De genomen van 240 zoogdiersoorten werden vergeleken

Het genoom geeft informatie over evolutionaire afstamming en codeert voor de basis voor ziekte en gezondheid, evenals unieke eigenschappen. In het grootschalige onderzoeksproject Zoonomia analyseerden en vergeleken internationale onderzoeksteams het volledige genoom van 240 zoogdiersoorten. De resultaten laten zien hoe de genomen van mensen en andere zoogdieren de afgelopen 100 miljoen jaar zijn geëvolueerd en welke regio’s zijn veranderd of miljoenen jaren bewaard zijn gebleven. Ze bieden ook nieuwe inzichten in de genetische veranderingen die hebben geleid tot ongebruikelijke kenmerken bij verschillende soorten en de mutaties die betrokken zijn bij het ontstaan ​​van ziekten.

Ons genoom bestaat uit miljarden basenparen. Slechts een fractie hiervan is bekend over de functie van elk stukje DNA en welke veranderingen in de code gepaard gaan met nadelige effecten. De snelheid waarmee individuele basen en basissequenties in de loop van de ontwikkeling veranderen, is een teken van evolutionaire betekenis. “Onveranderde basen bij alle zoogdieren kunnen fenotypes vormen die essentieel zijn voor de gezondheid van een organisme”, legt een onderzoeksteam onder leiding van Matthew Christmas van de Universiteit van Uppsala in Zweden uit. “Regels die snel evolueren in sommige soorten of alleen veranderen in soorten die een adaptieve eigenschap delen, kunnen fenotypes vormen die overleven in specifieke niches ondersteunen.”

Genomische overeenkomsten en verschillen

In samenwerking met onderzoeksteams van meer dan 60 instellingen over de hele wereld hebben Christmas en zijn team de genomen van 240 zoogdiersoorten gesequenced, geanalyseerd en vergeleken als onderdeel van het Zoonomia-project. Zoonomia biedt dus ’s werelds grootste vergelijkende bron voor genomen van zoogdieren. In elf artikelen in het tijdschrift Science beschrijven de deelnemende onderzoeksteams de eerste resultaten van de uitgebreide analyses. “De combinatie van de elf artikelen die we nu publiceren in Science levert enorm veel informatie op over de functie en evolutie van het genoom van zoogdieren”, zegt kerstcollega Kirsten Lindblad-Toh. “We hebben ook gegevens die nog vele jaren kunnen worden gebruikt in ontwikkelingsstudies en medisch onderzoek.”

De analyses waren gericht op het identificeren van delen van het genoom die evolutionair geconserveerd zijn in zoveel mogelijk verschillende zoogdieren. Volgens de hypothese van de onderzoekers hebben deze afdelingen hoogstwaarschijnlijk belangrijke functies – anders zouden ze zelfs geen 100 miljoen jaar evolutie hebben overleefd. In feite identificeerden de onderzoekers meer dan 4.500 bijna identieke regio’s in 98 procent van de 240 bestudeerde zoogdiersoorten – van vleermuizen tot walvissen. Volgens de analyses zijn de meeste van deze DNA-secties regelgevende elementen. Deze bevatten niet de instructies voor het bouwen van eiwitten, maar specificeren wel hoe het genoom wordt uitgelezen. “We schatten dat ten minste 10,7 procent van het menselijk genoom evolutionair geconserveerd is”, aldus de auteurs.

Gezondheid belang

Het is al bekend dat sommige van deze oude paden een belangrijke rol spelen in onze gezondheid. Voor veel anderen is de taak echter nog steeds niet duidelijk. Een deelstudie van het project geeft de eerste inzichten in het potentiële belang van een van deze gebieden. Daartoe onderzochten de onderzoekers het genoom van mensen met medulloblastoom, een kwaadaardige hersentumor bij kinderen. “Bij patiënten met medulloblastoom vonden we veel nieuwe mutaties op evolutionair geconserveerde locaties”, zegt kerstcollega Karen Forsberg-Nelson. “We hopen dat de analyse van deze mutaties de basis zal leggen voor nieuwe diagnoses en behandelingen.”

In een ander deelonderzoek zochten de onderzoeksteams naar de genetische basis voor ongebruikelijke eigenschappen bij bepaalde dieren, waaronder een scherp reukvermogen en het vermogen om te overwinteren. “Het is opwindend dat we nu een beeld hebben van de mutaties die hebben geleid tot de evolutie van bepaalde eigenschappen bij deze zeer verschillende zoogdieren”, zegt Christmas. “Bij soorten die in winterslaap zijn, hebben we bijvoorbeeld sleutelsequenties geïdentificeerd die verband houden met een uitzonderlijk vermogen tot cellulaire regeneratie. Dit zou ook kunnen helpen bij het zoeken naar nieuwe therapieën.”

Belangrijk voor soortenbescherming

De analyses laten ook zien dat de diversificatie van zoogdieren begon toen ze de planeet nog deelden met dinosaurussen. Lang voordat een asteroïde-inslag zo’n 65 miljoen jaar geleden het uitsterven van de dinosauriërs stopte, zwierven de voorouders van vele groepen zoogdieren die nog steeds bestaan ​​over de aarde. De resultaten zijn ook belangrijk voor de bescherming van soorten. “Onze resultaten kunnen belangrijke informatie opleveren over de vraag of bepaalde zoogdieren met uitsterven worden bedreigd – afhankelijk van hoeveel variatie er in hun genoom is”, legt Lindblad-Toh uit. “Deze informatie kan de basis vormen van hoe we soorten behandelen om hun overleving te verzekeren.”

Bronnen: Matthew Christmas (Uppsala University, Zweden) et al., Science, hier beschikbaar. doi: 10.1126/wetenschap.abn3943;
Nicole Foley (Texas A&M University, VS) et al., Sciences, doi: 10.1126/science.abl8189

© wissenschaft.de – Elena Bernard