Wetenschap

Welk gen bepaalt het geslacht?

Mevrouw of meneer vlieg

extra code
Hoe komt het dat het ene embryo een mannetje wordt en het andere een vrouwtje? Groningse biologen doen hun uiterste best om dat te ontdekken. Want wie dat begrijpt, kan er ook mee knutselen en dat kan superhandig zijn.
Tekst en foto Christien Boomsma

Het kan niet al te moeilijk zijn, zou je denken. In de dierenwereld heb je mannetjes en je hebt vrouwtjes. Samen zorgen die voor een leuke genenmix in hun nakomelingen, die de soort als geheel lekker flexibel maakt en ‘fit’ om te overleven. Een principe dat zo fundamenteel is, dat zal toch al héél vroeg in de evolutie van de soorten zijn afgetikt?

Niet dus.

De wereld mag dan vol zijn met mannetjes en vrouwtjes, maar de natuur heeft talloze manieren ontwikkeld om ze te ‘maken’, weet geneticus en entomoloog Leo Beukeboom. Bij mensen ligt het gen dat een man ‘maakt’ op het Y-chromosoom, dat alleen mannen hebben. Maar dat hóéft niet.


Foto Peter Koomen

Wat kun je ermee? (1)

Ziekten bestrijden

Nu Akash Sharma zijn PhD binnen heeft, gaat hij werken in het muggenlab van het Imperial College in Londen. Daar gaat hij werken aan de bestrijding van het Zikavirus.

Zika wordt overgebracht door de gelekoortsmug. Wie besmet is, krijgt meestal wat griepachtige verschijnselen en herstelt vrij snel. Vervelend wordt het als je zwanger bent. Een ongeboren kind heeft een risico op microcefalie – ofwel een extreem kleine schedel. Vooral in Brazilië komt dit probleem veel voor.

Wetenschappers werken aan een methode om steriele mannetjes te kweken. Door die los te laten in de natuur, concurreren ze met de vruchtbare mannetjes. Hierdoor zou je de populatie schadelijke gelekoortsmuggen kunnen terugbrengen of zelfs uitroeien. Door het geslacht vooraf te bepalen en alleen mannetjesmuggen te produceren, zou die hele operatie aanzienlijk efficiënter verlopen.

‘Bij vogels of vlinders zijn het juist de vrouwtjes die twee verschillende geslachtshormonen hebben’, vertelt Beukeboom. ‘Maar je hebt ook soorten, insecten als bijen of mieren, waarbij mannetjes maar één stel chromosomen hebben. Pas als een ei bevrucht wordt en het embryo een dubbel stel krijgt, ontwikkelen ze zich tot vrouwtjes.’

Zoektocht

Beukeboom wil daar alles van weten. Want wie de genetica achter geslachtsbepaling begrijpt, kan die vervolgens proberen te manipuleren. En dat kan bijzonder nuttig zijn als je schadelijke insecten wilt bestrijden.

In zijn lab op de Linnaeusborg begonnen hij en zijn promovendi Akash Sharma en Yanli Wu daarom vier jaar geleden een zoektocht naar het gen dat het embryo van een Musca domestica – de gewone, irritante, zwarte huisvlieg – laat uitgroeien tot een mannetje.

‘Je moet begrijpen dat vier jaar geleden van nog geen enkel insect het mannelijkheidsgen was ontdekt’, vertelt Beukeboom. ‘En de huisvlieg is extra interessant. Binnen de soort komen namelijk verschillende systemen van geslachtsbepaling voor. En die vliegen kun je dus met elkaar kruisen.’

De zwarte vliegen die door je keuken vliegen als je de vuilnisbak te laat hebt geleegd? Die hebben gewoon een XY-systeem met hun mannelijkheidsgen op de Y. Maar een zelfde vlieg uit Spanje, Italië of Griekenland, kan hem op een heel ander chromosoom hebben zitten.

Het was de uit India afkomstige Sharma die het gen waar genetici al vijf decennia naar zochten uiteindelijk wist te identificeren. In een laboratorium dat vol staat met plastic containers vol zoemende, krioelende zwarte vliegen, vergeleek hij het transcriptoom – de RNA-moleculen die van het DNA worden afgelezen – van mannelijke en vrouwelijke vliegenembryo’s. De verschillen die hij vond, wezen hem in de richting van het gen waarnaar hij zo hard op zoek was.

Zwangere mannetjes

‘Vervolgens injecteerden we een vrouwelijk embryo met RNA van het gen waarvan we vermoedden dat het het juiste was’, zegt hij. En inderdaad: de embryo’s ontwikkelden zich niet langer tot gewone vrouwtjes, maar tot mannetjes met eierstokken. ‘Pregnant males’, zegt Sharma trots.

Hij doopte zijn vondst Mdmd- Musca domestica male determiner. En daar had het bij kunnen blijven.

Maar Sharma was nog niet tevreden. Immers – terwijl hij zijn best deed om als allereerste het mannelijkheidsgen van een insect te vinden, waren anderen hem voor geweest. De male determiner van twee soort muggen was net iets eerder al gevonden – inclusief een publicatie in toptijdschrift Science – en hij wilde óók een grote publicatie.

‘We hebben toen ook nog de CRISPR-cas9 techniek gebruikt om het gen uit te schakelen’, zegt hij. ‘Daarna groeiden vliegenembryo’s die waren begonnen als mannetjes, uit tot vruchtbare vrouwtjes. Er was sprake van een complete omdraaiing van de sekse’, zegt Sharma. ‘Dat was het allerbelangrijkste!’

Het was ruim voldoende voor óók een publicatie in Science met Sharma als eerste auteur. Dat het allerlaatste experiment, waarbij hij nog probeerde om vrouwelijke embryo’s om te bouwen tot mannetjes, voorlopig nog mislukte, kon hem toen niet zo heel veel meer schelen.

Puzzels

Ondertussen leverde het onderzoek in lab Beukeboom nog meer resultaten op. Ook Sharma’s collega Yanli Wu werkte immers aan geslachtsbepaling bij de huisvlieg, al had haar onderzoek een andere richting. Zij ontdekte dat er weliswaar één ‘werkend’ Mdmd-gen in de huisvlieg zit, maar dat er op verschillende locaties kopieën te vinden zijn, die heel sterk op elkaar lijken.

‘Het lijkt erop dat de geslachtsgenen van vliegen zich verplaatst hebben in de loop van de evolutie’, legt Leo Beukeboom de vondst uit. ‘Dat verklaart ook waarom er verschillende systemen zijn binnen de soort.’

En waarom dat zo is? Dat moet toekomstig onderzoek nog uitwijzen. Beukeboom vermoedt een verband met temperatuur. Hoe dichter bij de evenaar, hoe minder vaak je het Mdmd-gen op het Y-chromosoom vindt. Experimenten om dat nader uit te zoeken, staan nog op de rol.

Niet erg. Want al is het jammer als een antwoord hem ontglipt, het feit dat er steeds nieuwe puzzels zijn, fascineert hem alleen maar. De complexiteit blijkt steeds weer groter dan hij dacht.

‘Er zijn nu drie mannelijkheidsgenen ontdekt’, zegt hij, ‘in drie insecten. Maar in élk insect blijkt het totaal anders te werken. En er zijn meer dan een miljóén insecten!’

Ofwel: hij heeft nog iets te doen.

English

LAAT EEN REACTIE ACHTER

Reacties met een link worden beoordeeld en kunnen worden geweigerd. / Comments containing a link will be reviewed and may not be published.

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in