Het oog is altijd lastig geweest. Zelfs Charles Darwin kon met zijn evolutietheorie de ontwikkeling van die ingewikkelde oogbol maar moeilijk verklaren. Een nieuwe ontdekking waarin meer dan 500 miljoen jaar oude bacteriën een belangrijke rol spelen, brengt nu meer duidelijkheid.
Amerikaanse onderzoekers hebben namelijk bewijs gevonden voor de uitwisseling van genenpakketjes tussen bacteriën en gewervelde dieren. In hun nieuwe studie staat een bijzonder voorbeeld hiervan centraal: Het IRBP-gen (interphotoreceptor retinoid-binding protein), waarin de code staat om een eiwit aan te maken, vormt een belangrijke schakel in de ontwikkeling van het oog en het waarnemen van licht. De wetenschappers gebruikten de rekenkracht van het geavanceerde computermodel IQ-TREE om de evolutionaire geschiedenis van het ontstaan van het oog bij gewervelde dieren te doorgronden en kwamen nog meer bacteriële gensequenties tegen bij de mens die niet bij onze verre voorouders aanwezig waren.
Genen lenen van andere levensvormen
Het idee van genetische kruisbestuiving tussen bacteriën en gewervelde dieren is niet nieuw. Toen het genenpakket van de mens in 2001 voor het eerst werd gesequensed, dachten wetenschappers met meer dan tweehonderd ‘bacteriële’ genen te maken te hebben. Veel van deze microbiële genetische koppelingen hielden echter in vervolgonderzoek geen stand. Onderzoeker Matthew Daugherty en collega’s van de University of California doken met behulp van nieuwe computersoftware dieper in het menselijk DNA en vergeleken de DNA-fragmenten met vergelijkbare gensequenties van honderden andere soorten. Genen die niet bij verre voorouders te vinden zijn, werden aangemerkt als interessant. Dit zouden volgens de onderzoekers goede kandidaten zijn om direct van bacterie naar gewerveld dier over te springen. “Van de tientallen potentiële afwijkende genen was er eentje die er met kop en schouders bovenuit stak”, vertelt Daugherty.
Belangrijke schakel
Dit was het gen IRBP, dat al bekendstond als belangrijke schakel voor het gezichtsvermogen. Het eiwit dat hiermee kan worden gesynthetiseerd, doet zijn werk in de ruimte tussen het netvlies en het retinaal pigmentepitheel (RPE), een eencellige laag op het netvlies die verbonden is met de neurosensorische retina. Als er licht op een lichtgevoelige fotoreceptor valt, komt er een ‘knik’ in de aanwezige vitamine A-complexen, waardoor er een elektrische puls vrijkomt die de oogzenuw activeert. IRBP zorgt ervoor dat de knik in deze moleculen weer verdwijnt en het vitamine A-complex weer terugkeert naar zijn oude vorm. IRBP is dan ook essentieel voor het zicht van alle gewervelde dieren, stellen de onderzoekers.
Van eiwitrecycling naar gezichtsvermogen
IRBP lijkt nog het meest op een groep bacteriële gensequenties die peptidasen worden genoemd. Deze enzymen zijn vooral bekend om hun eiwitrecyclende capaciteiten. Vermoedelijk is meer dan 500 miljoen jaar geleden een peptidase-gen van een microbe naar een oude voorouder van alle huidige gewervelde dieren overgesprongen. Toen dit gen eenmaal op z’n nieuwe plek was ingekapseld, kopieerde het zichzelf twee keer. Hierna verloor het zijn eiwitrecyclefunctie en ging het een visuele rol vervullen door zich te binden aan lichtgevoelige moleculen, klinkt het in de studie.
Niet onomstreden
De essentiële rol van IRBP is niet onomstreden. Sommige biologen in het vakgebied zijn het niet helemaal met de theorie van de Californische onderzoekers eens. Maar dat er horizontale uitwisseling van genen plaatsvindt tussen compleet verschillende levensvormen, dat is zeker. Wanneer een gensequentie wortel schiet in een nieuwe soort, dan kan het evolutieproces ermee aan de haal gaan en ontstaan soms totaal nieuwe mogelijkheden of krijgen al aanwezige vaardigheden van de ontvanger een enorme boost. Het is een fascinerend concept waar ongetwijfeld nog veel vervolgonderzoek naar zal worden gedaan.
