Miljoen nieuwe genen in zeewater
Maak kennis met de nieuwe tak van sport in het genetisch onderzoek, de metagenomics. Niet het DNA van één organisme, maar van een volledig ecosysteem wordt hierbij in kaart gebracht. De Amerikaanse microbioloog Craig Venter vond zo ruim een miljoen nieuwe genen in 1500 liter zeewater.
Groeiprobleem
Bacteriën zijn lastpakken. Ze weigeren in het laboratorium te groeien. De eigenschappen van de meeste bacteriën zijn daarom volstrekt onbekend. Slechts 1% van de bacteriesoorten laat zich in het laboratorium onder de loep nemen. Omdat onderzoekers weten dat micro-organismen een grote rol spelen in de beïnvloeding van onder meer het klimaat zijn ze erop gebrand om meer micro-organismen te identificeren om zo milieuverschijnselen beter te begrijpen.
Andersom denken
- Hoeveel bacteriesoorten zouden er in deze emmer met zand zitten?
Met de nieuwste technieken in de genomics hoeft dat kweken in het laboratorium niet meer. Onderzoekers redeneren nu andersom. Ze nemen een schep aarde of een emmer water uit de sloot. Die bodem- en watermonsters zitten bomvol micro-organismen. Vervolgens isoleren ze het DNA uit alle organismen. Het DNA wordt op een grote hoop geveegd en levert een totaal-DNA op. Aan de hand van dat DNA proberen onderzoekers af te lezen welke genen en welke bacteriesoorten er in de bodem of het slootwater zitten.
Metagenomics
Deze nieuwe tak van sport in het genenonderzoek heet metagenomics en staat sinds het begin van dit millennium volop in de belangstelling. Wetenschappers kijken niet naar de volledige genetische code van één organisme (genoom), maar ze bestuderen de genen van alle organismen binnen een bepaald ecosysteem (metagenoom). Het wordt daarom ook wel ecogenomics genoemd.
Oceaanwater
Een indrukwekkend voorbeeld van dit metagenomics-onderzoek is een onderzoeksproject van de Amerikaanse microbioloog Craig Venter die in 2000 al furore maakte met het razendsnel in kaart brengen van het menselijke genoom. Venter en zijn collega-onderzoekers zeilden met hun onderzoeksboot The Sorcerer II naar de Sargassozee waar zij 1500 liter oceaanwater aan boord tankten. De Sargassozee, in de buurt van de Noord-Atlantische Bermuda-eilanden, is een van de best bestudeerde mariene regio's ter wereld.
Nieuwe genen
Van de micro-organismen die hij uit het zeewater filterde, bracht hij het totaal-DNA in kaart. Wat bleek? De monsters uit de Sargassozee bevatten meer dan 1,2 miljoen nieuwe genen. Door het DNA uit de monsters te vergelijken met DNA van micro-organismen die al bekend zijn, wist Venter ruim 1800 verschillende micro-organismen te identificeren, waaronder 148 nieuwe soorten. Alhoewel de functies van de meeste genen nog ontrafeld moeten worden, begrijpen we het leven in de Sargassozee en de oceaan in ieder geval een stuk beter.
Milieuproblemen oplossen
Geïnspireerd door Darwins ontdekkingsreizen maakt The Sorcerer II een reis van achttien maanden langs onder meer Panama, de Galapagos-eilanden en Australië waar meer oceaanmonsters genomen worden. Venter hoopt nieuwe genen en bacteriën te ontdekken die de juiste eigenschappen bezitten om bijvoorbeeld schadelijke stoffen in het milieu zoals de explosieve stof trinitrotolueen (TNT) af te breken of om waterstofgas te produceren. Waterstofgas wordt wel gezien als de energiebron van de toekomst, omdat bij verbranding daarvan niet het broeikasgas koolstofdioxide vrijkomt. In theorie is het mogelijk om in het laboratorium een soortgelijk gen in een makkelijk hanteerbare bacterie in te bouwen. Zo kan de bacterie aangepast worden om op commando waterstofgas te maken. Metagenomics kan ons helpen bij het vinden van creatieve oplossingen voor onze milieuvraagstukken.
