Mutaties aanbrengen

Om op natuurlijke wijze onstaande genetische variatie te verklaren hebben genetici lang gebruik gemaakt van chemicaliën en X-straling om mutaties aan te brengen. Hierdoor konden zij genen identificeren welke complexe eigenschappen zoals gedrag beïnvloeden. Gedurende de afgelopen 40 jaar zijn er honderden gedragsmutanten gecreëerd in organismen zoals bacteriën, wormen, fruitvliegjes, zebravissen en muizen. Dit werk laat zien dat heel normaal gedrag in organismen wordt beïnvloed door vele genen. Hoewel een enkele genmutatie al serieuze gevolgen kan hebben voor gedrag, komt normale ontwikkeling tot stand door de samenwerking van vele genen. Een eigenschap die door meerdere genen wordt beïnvloed wordt polygenetisch genoemd. Een overeenkomt met het menselijke DNA is de auto. Een auto heeft duizenden onderdelen nodig om normaal te kunnen functioneren. Als een van deze onderdelen kapot gaat, kan de auto niet normaal meer functioneren. Hetzelfde geldt voor een organisme: als de functie van een enkel gen ontbreekt door bijvoorbeeld een mutatie, is de kans groot dat dit vele soorten gedrag en het functioneren van het organisme in het algemeen beïnvloed. Wat het effect precies is, kan men onderzoeken door experimenteel aangebrachte genetische variaties: mutaties. Deze zijn aangebracht bij onder andere bacteriën, wormen, fruitvliegjes, zebravissen en muizen.

Bacteriën

Ondanks het feit dat het gedrag van een bacterie niet snel de aandacht trekt, vertonen zij toch gedrag. Zo bewegen zij zich naar of van veel verschillende soorten chemicaliën af. Dit doen zij door rotatie van hun propellor-achtige flagellen. Sinds 1966 zijn er heel veel gemuteerde bacteriën gecreëerd. Dit benadrukt de genetische complexiteit van ogenschijnlijk simpel gedrag in een simpel organisme. Zo zijn er bijvoorbeeld heel veel genen betrokken bij de rotatie van de flagellen en de controle over de duur van de rotatie.

Rondworm

Er zijn ongeveer 20000 verschillen soorten rondwormen. Eén daarvan, de Caenorhabditis elegans, ook wel C. elegans genoemd, is ongeveer 1 mm lang en brengt zijn 3 weken durende leven door in rottende vegetatie. Hier voedt het zichzelf met micro-organismen zoals bacteriën. Ondanks het feit dat de C. elegans lang gezien werd als een oninteressant uitdrukkingloze buis (tube) van cellen, wordt het nu bestudeerd door duizenden onderzoekers. Een waardig aspect van de C. elegans is dat al zijn cellen te zien zijn onder een microscoop dankzij zijn transparante lichaam. De ontwikkeling van alle cellen kan bestudeerd worden. Tevens ontwikkelen deze zich snel door de korte levensduur van de rondworm. Het gedrag van de C. elegans is complexer dan dat van eencellige organismen. Er zijn veel verschillende mutanten van de C. elegans geïdentificeerd. Onderzoekers hebben mutaties geïdentificeerd welke beweging, voedingsgedrag en leergedrag beïnvloeden. De C. elegans is vooral belangrijk voor de functionele genetische analyse omdat het ontwikkelingsproces van elk van zijn cellen en het ‘bedradingssysteem’ van zijn 302 zenuwcellen bekend is. Ongeveer de helft van de genen van de C. elegans komen overeen met de genen van de mens.

Fruitvliegjes

Drosophila Melanogaster, ook wel fruitvlieg genoemd, is de ster onder de organisme met betrekking tot gedragsmutaties. Hiervan zijn er al honderden geïdentificeerd. Een voordeel van de fruitvlieg met betrekking tot gedragsmutaties is zijn grootte (2-4 mm), het gemak waarmee hij in een laboratorium groeit, zijn korte generatietijd (ongeveer twee weken) en zijn grote productiviteit (vrouwtjes kunnen 500 eieren in 10 dagen leggen). Het eerste onderzoek naar het gedrag van de fruitvlieg ging over de reactie op licht (fototaxis) en op zwaartekracht (geotaxis). De normale fruitvlieg beweegt naar het licht toe (positieve fototaxis) en weg van de zwaartekracht (negative geotaxis). Er werden een aantal mutanten van de fruitvlieg gecreëerd die: of negastief fototaxis waren of positief geotaxis waren. De honderden andere gedragsmutanten zijn onder andere de sluggish (trage-mutant, over het algemeen langzaam), hyperkinetic (de hyperkinetische-mutant, over het algemeen snel), easily shocked (de snel geshockeerde-mutant, grotere kans op beroerte) and paralized (verlamde-mutant, stort neer wanneer de temperatuur boven de 28 graden celcius stijgt). Een drop-dead mutant loopt en vliegt een paar dagen normaal en valt dan plotseling op zijn rug en gaat dood. Meer complexe gedragingen zijn ook bestudeerd bij de fruitvlieg. Dit zijn onder andere hofmakerij bij vrouwelijke fruitvliegen en leren. De fruitvlieg geeft ook de kans om een genetische-mozaïek te maken. Dit zijn individuen waarin het gemuteerde allel zich in sommige cellen van het lichaam bevindt maar niet in andere. Zo kan onderzocht worden wat het effect van een mutatie in een allel is wanneer deze zich in verschillende delen van het lichaam bevinden.

Zebravis

Ondanks het feit dat de C. elegans en de fruitvlieg bruikbaar zijn voor gedragsgenetica, zijn vele vormen en functies anders in gewervelde dieren. De zebravis, genoemd naar zijn horizontale strepen, is een van de belangrijkste gewervelde voor het bestuderen van de vroege ontwikkeling. Dit omdat de ontwikkelende embryo direct geobserveerd kan worden omdat het niet verstopt zit binnen in de moeder, wat wel het geval is bij embryo’s van zoogdieren. Tevens zijn de embryo’s doorschijnend. Ongeveer 1000 genmutaties die de ontwikkeling van de embryo beïnvloeden zijn geïdentificeerd. Het gedrag van de zebravis is een belangrijke focus geworden. Zo wordt er veel aandacht besteed aan sensorische en motorische ontwikkeling, voedsel voorkeuren en agressie.

Muizen en ratten

De muis is de hoofdsoort van zoogdieren welke gebruikt wordt voor genetische mutaties. Er zijn honderende lijnen van muizen met mutaties gecreëerd welke gedrag beïnvloeden. De muis is ook de hoofdsoort van zoogdieren welke gebruikt is voor gerichte mutaties. Een gerichte mutatie is een proces waarbij een gen op een specifiek manier veranderd wordt om zijn functie aan te passen. In de meeste gevallen worden genen er uit ‘gekicked’ (knocked-out genes). Dit wordt gedaan door verwijdering van belangrijke stukken DNA wat er voor zorgt dat het gen niet overgeschreven wordt. Nieuwe technieken zorgen voor meer subtiele veranderingen. Deze brengen veranderingen aan welke leiden tot overexpressie of onderexpressie van het gen in plaats van het volledig uitschakelen van het gen. Wanneer er muizen geproduceerd worden die homozygoot zijn voor het gen, kan het effect van de knock-out gen op gedrag worden onderzocht.

Conclusie

Door bij verschillende organismen mutaties aan te brengen is men veel te weten gekomen over de invloed van een enkel gen op een eigenschap. Echter, er is geen noodzakelijke relatie tussen natuurlijk ontstaande genetische variatie en experimenteel aangebrachte genetische variatie. Dus: als een aangebrachte mutatie invloed heeft op bepaald gedrag, betekent dat niet dat natuurlijke ontstaande genetische variatie in hetzelfde gen geassocieerd mag worden met natuurlijk ontstaande variatie in gedrag. Er moet nog veel onderzoek verricht worden voordat men pas echt weet wat de invloed van alle menselijke genen op ons gedrag is.

Lees verder

• Mendels Wetten van Erfelijkheid