Invasie van de chromosomen

Piet Borst 29 JANUARI 2005 NRC

Bijna waren we er niet geweest, omdat onze verre voorouders waren uitgeroeid door virussen. Hoewel zoogdieren goed zijn uitgerust om virusinfecties te weerstaan, weten vooral de retrovirussen, zoals het AIDS virus, die verdediging te omzeilen. Retrovirussen kunnen zich in DNA nestelen en wat daar eenmaal inzit raak je niet makkelijk kwijt. Het zoogdier genoom zit vol met afgestorven retrovirussen. Naar schatting is 45% van ons DNA het gevolg van retrovirale invasies. Als het nog iets meer was geweest dan hadden onze voorouders deze parasitering van hun genoom niet overleefd. Dan waren wij bij het evolutionaire afval beland, zoals de laptop van fraude-officier Tonino, verstikt door virussen.


Het menselijk DNA als virale vuilnisbak is niet iets dat kinderen op school leren. Daar gaat het over de blauwdruk van de mens, het schitterende genenpakket dat onze menselijke eigenschappen en mogelijkheden bepaalt. Dat die blauwdruk vol zit met de koffievlekken van virale invasies, wordt er niet bij verteld. Mislukte invasies, want die virussen zijn al miljoenen jaren geleden onschadelijk gemaakt door antivirusafweer, waarna ze tot chromosomaal afval zijn gedegenereerd. Omdat DNA onderzoekers goed zijn in het herkennen van verre verwantschappen, weten we nu waar dit afval vandaan komt.

Het gevaar van chromosoominvasie zit in de wijze waarop wij ons DNA dupliceren, elke keer als cellen delen. Dat kopiëren is nauwkeurig, maar dom. De nauwkeurigheid is spectaculair, één foutje per 6 miljard bouwstenen die iedere celdeling gekopieerd moeten worden. De domheid is onbetwistbaar, omdat alles gekopieerd wordt. Net als een Xerox/Océ-machine de hele tekst kopieert, inclusief de koffievlekken, zo kopieert de DNA synthesemachine alles in ons DNA, inclusief de rommel. Vandaar dat drastische maatregelen nodig zijn om te voorkomen dat ons DNA vervuilt. Primair poogt ons lichaam te voorkomen, dat virussen binnen dringen en dat ze zich voldoende kunnen vermenigvuldigen om onze geslachtscellen te kunnen bereiken. Want daar draait het om: de voortplanting. Alleen die virussen, die zich in het DNA van de geslachtscellen weten te nestelen, worden onderdeel van de menselijke genenpoel.

Voor retrovirussen werkt de immunologische en cellulaire afweer kennelijk onvoldoende, zodat andere verdedigingslinies worden opgeworpen. De eerste linie is een ingenieus systeem van genverandering, dat pas in de afgelopen 3 jaar ontrafeld is. Binnendringende retrovirussen worden opgewacht door een enzymsysteem dat de genetische code van het virus verandert. De DNA code bevat de letters A, G, C en T en dit enzym kan van een C een T maken. Door introductie van een groot aantal typefouten wordt de viruscode onleesbaar gemaakt, zodat het virus zich niet meer kan vermenigvuldigen. Een geniaal idee, dat ook goed werkt in de praktijk. Hoe komt het dan dat mensen toch AIDS krijgen?

Het antwoord is dat ieder nieuw afweersysteem, waarmee wij ons te weer stellen, een tegenactie op gang brengt bij de parasiet. Wie inbrekers buiten houdt met een ingenieus alarm, trekt een nieuw slag inbrekers aan die het alarm weten te inactiveren of te omzeilen. Zo ook in de natuur: Ons fraaie code modificatie systeem heeft een selectie in gang gezet, die geleid heeft tot virussen die de code modificatie kunnen ontlopen. Het AIDS virus codeert voor een eiwit dat bij binnenkomst van het virus meteen het alarm afzet, d.w.z. het code modificatie systeem inactiveert. Zo weet het virus zich toch te vermenigvuldigen. Onze kiembaar heeft het geraffineerde AIDS virus (nog) niet weten te bereiken, maar wat is 50 jaar in een evolutie die met miljoenen jaren (deep time) werkt?

Genoominvasie is een risico dat alle organismen bedreigt en zelfs ééncelligen beschikken over ingenieuze verdedigingsmechanismen. Extreem gaat de gist Neurospora te werk: Van alle DNA-informatie, die dubbel voorkomt in het genoom, wordt de code veranderd, zodat het DNA van alle rondspringende virussen onschadelijk wordt gemaakt. Dat is een Pyrrhusoverwinning, omdat door deze stap de evolutie van Neurospora grotendeels is stilgezet. Genverdubbeling is de motor van de evolutie. Een extra gen kopie kan de natuur gebruiken om nieuwe eigenschappen te creëren. Het zijn zulke toevallige genverdubbelingen, die ten grondslag liggen aan al onze complexe functies, zoals bloedstolling of immuun afweer. Een organisme, dat genverdubbeling onmogelijk maakt, raakt op een zijspoor in de evolutie.

De meeste organismen gaan niet zo ver als Neurospora, maar zetten een andere verdedigingslinie in, het RNAi. Dit interfereert (vandaar RNAi, RNA interferentie) met het aflezen van de virusgenen. Hoe belangrijk RNAi voor de bescherming van onze kiembaan is, valt nog niet te zeggen. Planten hebben het RNAi geperfectioneerd tot een algemeen virus afweersysteem, maar ook dat is niet waterdicht. Handige plantenvirussen kunnen de RNAi afweer van komkommers en tomaten onklaar maken.

Is dat virusafval in ons DNA dan nergens goed voor? Dat gaat zeker te ver, want de natuur knutselt uit afval handige nieuwe functies in elkaar. Ons genoom is te vergelijken met een vlot in een oceaan vol wrakhout. Het meeste wrakhout (extra DNA) dat op het vlot slaat richt alleen schade aan, en wordt zo mogelijk geloosd. Een enkele keer blijft er iets aan dek liggen, dat kan worden ingezet voor nieuwe bouwsels. We weten nu dat sommige gedegenereerde virussen zijn gerecruteerd om de aflezing van genen te veranderen en er zijn zelfs voorbeelden van hele genen die uit DNA-afval zijn opgebouwd.

Doelgericht is dat niet. De natuur doet maar wat. Het leeuwendeel van de DNA-veranderingen is schadelijk en de organismen die zulke schadelijk mutaties (aangeboren afwijkingen) oplopen worden meedogenloos verwijderd door natuurlijke selectie. DNA is ook dom: de natuur kan niet DNA-rommel vergaren die later nog eens handig van pas kan komen. De kikker kan niet al voorbereidingen treffen om later in de evolutie een goed functionerende prinsgemaal te worden. Voor moleculair biologen is dit gesneden koek, maar voor buitenstaanders blijft de evolutie een bron van verbazing. Voor die mensen heeft Richard Dawkins weer een aardig (maar duur) boek geschreven, The Ancestor's Tale (Weidenfeld en Nicholson, 2004).

Wat deze column poogt over te brengen is dat ons DNA niet de fraaie blauwdruk bevat van een schitterend ontworpen interieur, maar meer lijkt op de zolder van een huis waar de kinderen al lang geleden uit vertrokken zijn. Of zoals Ronald Plasterk het formuleert: Als een marsmannetje op aarde zou komen en ons DNA zou analyseren, zou hij makkelijk tot een verkeerde conclusie kunnen komen. De genen, die coderen voor de componenten van ons lichaam nemen minder dan 2% van ons DNA in beslag; 45% van ons DNA bestaat uit afgestorven virussen en andere DNA-rommel. Conclusie: de functie van menselijk DNA is de opslag van DNA-rommel. Het is werkelijk opmerkelijk dat zo'n krakkemikkig geconstrueerd wezen als de mens toch nog ruim 70 jaar mee gaat.

Als er een God zou bestaan, die iets bijdraagt aan de evolutie, - maar daar zijn geen aanwijzingen voor -, dan kan ik mij voorstellen dat Hij/Zij er genoegen in heeft geschapen om de mens te doen ontstaan. Wat heb je aan al die ingenieuze biologische mechanismen als nooit iemand daar oog voor heeft? Zelfs een chimpansee heeft geen idee hoe wonderbaarlijk de natuur in elkaar zit. Wat zijn wij toch bevoorrecht dat we als mens biologie of geneeskunde kunnen studeren. Vwo'ers grijp je kans.