Het fruitvlieg-genoom bestaat niet alleen uit fruitvlieg-DNA, maar blijkt verrijkt te zijn met een nagenoeg complete set genen van de parasitaire bacterie Wolbachia.

Onderzoekers hebben zich in een nieuwe studie over het genoom van de fruitvlieg Drosophila ananassae gebogen. Het levert een verbazingwekkende ontdekking op. De betreffende fruitvlieg blijkt namelijk het complete genoom van een parasiet te herbergen. Wetenschappers spreken over de grootste overdracht van genetisch materiaal van bacterie naar dier die ooit is ontdekt.

Van bacterie naar fruitvlieg
Je zou zeggen dat het fruitvlieg-genoom alleen bestaat uit fruitvlieg-DNA. Maar dat is niet helemaal waar. Althans, in het geval van de fruitvlieg Drosophila ananassae. Met behulp van geavanceerde sequencing-technieken hebben onderzoekers namelijk ontdekt dat een nagenoeg complete set genen van de bacterie Wolbachia in de afgelopen 8000 jaar in het genoom van de fruitvlieg is opgenomen. Anders gezegd, heel wat genen van de parasitaire bacterie zijn naar het genoom van de fruitvlieg ‘gesprongen’.

Springende genen
Springende genen zijn genen die binnen een genoom van positie veranderen of worden overgedragen naar het genoom van andere soorten. Er bestaan echter nog veel vragen over hoe dat precies in zijn werk gaat en wat de gevolgen voor de gezondheid zijn. Maar de nieuwe studie schept nu iets meer duidelijkheid. “We hadden niet eerder de technologie waarmee we zo’n uitgebreide genoverdracht van een bacterie naar een vlieg konden waarnemen,” legt onderzoeker Julie Dunning Hotopp uit. “Maar met behulp van geavanceerde sequencing-technieken konden we tot deze belangrijke ontdekking komen.”

Sequencing
Om een genoom te kunnen lezen, hakten wetenschappers in het verleden eerst al het DNA in korte stukjes, van honderden tot duizenden letters lang. Daarna moesten ze het in elkaar zetten, zoals een legpuzzel, voordat ze naar een gen of stukje DNA konden kijken. Maar nieuwe sequencing-technieken – bekend als long-read sequencing – maken zoals de naam al doet vermoeden langere sequenties van zelfs meer dan 100.000 DNA-letters mogelijk. Dat betekent dat de brokken veel groter zijn en een puzzel van een miljoen stukjes dus ineens een stuk makkelijker in elkaar te zetten is.

Het DNA-alfabet
Je kan het genoom zien als een dik boek dat is geschreven in een DNA-alfabet van vier letters: A, T, G en C. De chromosomen zijn de hoofdstukken en de genen zijn de woorden. Tussen de functionele genen vind je ook heel wat onzin alsof er een kat over het toetsenbord gelopen is tijdens het schrijven van dit boek. Het doel van genoomwetenschappers is alle woorden en onzin in de juiste volgorde te zetten. Daarnaast moet elke paragraaf aan het juiste hoofdstuk (chromosoom) gekoppeld worden. Met nieuwe sequencing-technieken wordt dit echter steeds een beetje makkelijker.

De nieuwe analyse onthult dat het bacterie-DNA in 8000 jaar tijd in het fruitvlieg-genoom is geïntegreerd, uitsluitend binnen chromosoom 4. Hierdoor vormt het nu ongeveer 20 procent van chromosoom 4. De onderzochte genen blijken bovendien nog actief ook.

Wolbachia-bacterie
Wolbachia komt van nature voor in zo’n 60 procent van alle insectensoorten. De bacterie blijkt zijn genen door te geven via vrouwelijke eicellen. Sommige studies hebben aangetoond dat de infecties meer mutualistisch dan parasitair zijn. Zo zou het voor insecten voordelen kunnen bieden, waaronder resistentie tegen bepaalde virussen.

Genoverdracht
De ontdekking dat de fruitvlieg Drosophila ananassae is uitgerust met vrijwel het complete genoom van de bacterie, toont aan dat genen niet altijd alleen van ouder op nageslacht worden doorgegeven. Bovendien blijkt nu dat in tegenstelling tot de vinken van Darwin of de erwten van Mendel, genetische variatie niet altijd klein of voorspelbaar is. “Ons onderzoek toont voor het eerst duidelijk het mechanisme aan van integratie van Wolbachia-DNA in het genoom van een fruitvlieg,” aldus Hotopp.

Fruitvliegjes worden al lang als modelorganismen bij wetenschappelijk genetisch onderzoek gebruikt. Dat komt met name door de overvloed aan gemeenschappelijke genetische overeenkomsten tussen de vliegjes en mensen. In feite is 75 procent van de genen die ziekten bij mensen veroorzaken, ook te vinden in de fruitvlieg. En dus hebben de bevindingen uit de studie mogelijk ook gevolgen voor ons. “Dit nieuwe onderzoek toont fundamentele wetenschap op zijn best,” aldus onderzoeker Albert Reece. “Het zal een bijdrage leveren aan ons begrip van evolutie. Bovendien kan het ons zelfs meer inzicht verschaffen in hoe microben bijdragen aan de menselijke gezondheid.”