Bionieuws

Gen & Micro

‘Bijna alles draait om replicatie’

Evolutiebioloog Eugene Koonin: ‘Genomen analyseren en reconstrueren is een andere manier om grip te krijgen op ontstaan en ontwikkeling van het leven.’ Foto: Konrad Förstner, IMBI-Universität Würzburg

‘Experimenten doe ik niet, maar gelukkig valt er genoeg te ontdekken in databanken met genoomgegevens’, zegt Russisch-Amerikaanse genoom- en evolutiebioloog Eugene Koonin. Hij ontving 9 maart een Wagenings eredoctoraat.

‘Al vanaf dat ik een jongen van zes of zeven jaar was, wilde ik bioloog worden. Althans, ik wilde in ieder geval nooit iets anders worden. Ik houd van de natuur en hield toen vooral van dieren. Het zou onnatuurlijk zijn als je als kind al verliefd wordt op biochemie en zoiets als genen, dat kwam pas veel later’, zegt genoom- en evolutiebioloog Eugene Koonin (1956) van het National Center for Biotechnology Information in Bethesda. Hij ontving 9 maart in Wageningen een eredoctoraat voor zijn pionierswerk in genoomevolutie en onderzoek naar het doorgronden van het Crispr-Cas-systeem, dat nu zo is zwang is voor het redigeren van genomen. Hij is een internationaal erkende expert in computational biology, het met behulp van data-analyse en theoretische en wiskundige modellering en simulaties bestuderen van – in dit geval vooral – genomen.

Fossielen
‘Mijn eigenlijke drijfveer is het begrijpen van evolutie en het voorouderlijk leven. Dat kun je natuurlijk doen door fossielen te bestuderen, maar ik doe dat door van achter mijn computer genomen te analyseren en te reconstrueren. Het is een andere manier om grip te krijgen op ontstaan en ontwikkeling van het leven. In zekere zin zelfs nog directer dan dat paleontologen dat doen, want in de genen zit heel veel informatie over de evolutionaire processen die niet in fossielen zichtbaar is. Experimenten doe ik niet, maar gelukkig valt er genoeg te ontdekken in al die databanken met genoomgegevens, die steeds beter gevuld raken’, vertelt Koonin aan de telefoon.

Adaptisme
Koonin heeft ook duidelijke denkbeelden over evolutie. ‘Het is meer dan variatie, replicatie en natuurlijke selectie, omdat toeval – of zo je wil genetische drift – een heel dominante rol kan spelen. Het is soms eerder Survival of the Luckiest. Ik denk dat die notie al wel aardig in het veld is doorgedrongen: onder professionals is extreem adaptisme op de terugtocht. Evolutie doorgronden vraagt om een breder en dieper begrip van alle processen die een rol spelen. Ook epigenetische en zelfs lamarckiaanse processen leveren extra dimensies en verder het aspect dat benutting van publieke goederen leidt tot zowel competitie als coöperatie’, aldus Koonin. ‘Evolutionaire stambomen blijven ook voor mij een interessant concept, maar we moeten ons realiseren dat het voor bacteriën en archaea om een heel andere raamwerk gaat dan voor eukaryoten.’

‘Een stamboom is prima, zolang we
ons blijven bedenken dat het onderdeel is
van een enorm woud van leven’

‘Bij microben overheerst het proces van horizontale genenoverdracht, wat het denken in een simpele vertakkende boom irrelevant maakt. Bij prokaryoten moet je meer denken aan netwerken omdat uitwisseling van genetisch materiaal zo dominant aanwezig is. Aan de andere kant zit er wel een logica in de boomstructuur, omdat vertakkingen het proces van repliceren verbeelden. En replicatie is echt, het is het proces waar bijna alles om draait. Uit een enkel gen ontstaan er meerdere, en overeenkomsten en kleine verschillen daarin zijn uiteindelijk bepalend voor de koers van de evolutie. Dat verbeelden in een stamboom is prima, zolang we ons blijven bedenken dat het onderdeel is van een enorm woud van leven. De patronen zijn vooral van statistische aard, daarom pleit ik voor een statistische boom van het leven’, zegt Koonin.

Evolutionaire stamboom van retro-elementen en virussen. Bron: Eugene Koonin e.a., Virology, 12 maart 2015.

Naast de drie huidige domeinen van leven – bacteriën, archaea en eukaryoten – in hun eigen keizerrijk, ziet hij dan ook graag een ‘keizerrijk voor virussen en zelfzuchtige elementen’. ‘Virussen kennen een grote verscheidenheid van genoomreplicaties en strategieën voor expressie. Ze zijn al vroeg in de evolutie ontstaan, mogelijk al voor het cellulair leven. Want zodra je replicerende systemen hebt, ontstaan er ook genetische elementen die hierop parasiteren.’

Genoomredigeren
Zijn fundamentele belangstelling voor evolutie heeft hem ook meegesleept in het onderzoek naar CrisprCas, het microbiële afweersysteem tegen virussen dat aan de basis staat van nieuwe toepassingen voor genoomredigeren. ‘Mijn achtergrond als viroloog is zeker behulpzaam, alhoewel ik denk dat ik bij het analyseren en karakteriseren van Crispr-Cas-systemen vooral baat heb bij mijn computationele vaardigheden. De training als viroloog helpt wel omdat je daardoor gewend bent te denken in replicerende systemen en de bijbehorende wapenwedlopen. Virussen, viroïden en andere parasitair replicerende systemen hebben een grotere rol in evolutie gespeeld dan veel biologen zich realiseren’, meent Koonin.

Eredoctoraat
Dat hij nu in Wageningen een eredoctoraat krijgt, verheugt hem zeer. ‘Als viroloog was ik al zeer onder de indruk van het moleculaire werk dat ze daar deden aan plantenvirussen. Bovendien heeft ook de door mij zeer gewaardeerde evolutiebioloog Richard Lenski van het langlopende E. coli-evolutie-experiment in Wageningen een eredoctoraat, dus dat verbroedert. En last but not least is het ook een erkenning van de samenwerking met de groep van microbioloog John van der Oost. In 2005 was ik in Wageningen en hield er een praatje over Crispr. Het zou me echt niet verbazen als dat toen een wereldprimeur was.’

Dit artikel verscheen in Bionieuws 5 van 10 maart 2018.