Genen en evolutie

Onderzoeker:  Steven Maere (UGent)

​Steven Maere onderzoekt de basismechanismen van evolutie. Zijn aandacht gaat uit naar de evolutie van complexe netwerken – samenwerkingsverbanden van grote groepen genen. Daarmee bevindt hij zich op vrijwel onontgonnen terrein. Evolutieonderzoek richtte zich vooral op deeenvoudige kenmerken.

Maar dankzij de beschikbaarheid van krachtige computers en nieuwe, ingenieuze algoritmen kan Maere met zijn team nu onderzoek doen naar de evolutie van een grote groep kenmerken tegelijkertijd. Naast het louter begrijpen van de werking van evolutie – de basis van alle leven – heeft evolutieonderzoek nog een ander belang. Bacteriën, parasieten en virussen ontwikkelen vaak resistentie tegen bestaande medicijnen. Om te begrijpen hoe dat gebeurt, is een dieper inzicht in de werking van evolutie noodzakelijk. Ook de ontwikkeling van kanker en de veredeling van planten zijn in essentie evolutionaire processen.
 

Evolutie door willekeurige veranderingen van het genetisch materiaal

Darwin beschreef evolutie als het doorgeven van veranderingen van de ene generatie op de andere. Vandaag weten we dat die wijzigingen veroorzaakt worden door veranderingen in het DNA. Meestal hebben die mutaties,  willekeurige veranderingen in de letters van het DNA, geen of zelfs een negatief effect. Maar heel af en toe komt er een mutatie voor die de drager ervan een voordeel oplevert. Zorgt dat voordeel ervoor dat de drager meer nakomelingen krijgt dan de concurrentie, dan kan het kenmerk zich in de loop van de generaties verspreiden in de populatie. Dat proces wordt natuurlijke selectie genoemd. Op die manier verwerft een soort nieuwe kenmerken. Ogen, oren, hersenen, het immuunsysteem… alle onderdelen van ons lichaam zijn het resultaat van honderden miljoenen jaren natuurlijke selectie en evolutie.
 

Evolutie van de evolutietheorie

Meer dan 200 jaar na zijn dood is de Darwins evolutietheorie zelf nog in volle evolutie. Tot voor kort gebeurde het onderzoek naar de mechanismen van evolutie vooral op het niveau van één enkel gen. De vraag was hoe veranderingen van een kenmerk (vaak het eiwit dat gecodeerd werd door het gen) een invloed had op de reproductiekansen (fitness) van de dragers ervan. Die aanpak heeft al een solide basis gelegd voor het begrijpen van evolutie. Maar de realiteit is een stuk ingewikkelder. Genen zijn betrokken in ingewikkelde, complexe netwerken. Een verandering in één onderdeel kan een hele waterval aan veranderingen in het hele netwerk met zich mee brengen. Bovendien blijkt ook de sturing van die netwerken in grote mate onderhevig te zijn aan selectie.

Steven Maere en zijn team brengen in kaart hoe die netwerken evolueren. De studie naar het gedrag van complexe netwerken van genen is nog onontgonnen terrein. Door gebruik te maken van krachtige computers en ingenieuze differentiaalvergelijkingen, hoopt Maere het effect van mutaties op die netwerken na te kunnen bootsen.
 

Contrastrategie tegen evolutie van ziekteverwekkers en kanker

Het werk van Steven Maere is in de eerste plaats gericht op het verdiepen van de evolutietheorie -- het begrijpen van de fundamenten van het leven. Maar op termijn kan het ook erg toepasbare resultaten opleveren. Evolutie heeft immers ook enkele schaduwzijden. Het systeem van mutatie en natuurlijke selectie wordt door virussen, bacteriën en parasieten gebruikt om weerstand te ontwikkelen tegen bepaalde geneesmiddelen. Ook de ontwikkeling van kanker is in essentie een evolutionair proces. Door beter inzicht te verwerven in het verloop van de evolutie kan de wetenschap nieuwe strategieën ontwikkelen om die problemen het hoofd te bieden. Ook in de plantenbiotechnologie kan evolutionair onderzoek voordeel opleveren, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van planten met verbeterde opbrengsteigenschappen.
 

 Verwante onderzoeken aan VIB

 
 

 Nieuws