Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: PCR

DNA en vulkanische rotsen

Al sinds de jaren zestig proberen onderzoekers Darwiniaanse evolutie te simuleren met replicerende DNA-strengen. Het is echter in veel experimenten gebleken dat replicatie van DNA in vitro voor een probleem zorgt. Bij deze kunstmatige replicatie blijken de fragmenten van DNA steeds korter te worden naarmate de replicatiecyclussen elkaar opvolgen. Kortere fragmenten repliceren namelijk sneller dan langere en zullen daardoor vlugger in aantal toenemen, waardoor de langere DNA-strengen uiteindelijk verminderen of ‘uitsterven’. Dit wordt wel het dilemma van Spiegelman genoemd, naar een pionier op het gebied van dit soort onderzoeken.

Nu is recent het nieuws verschenen dat dit dilemma vermeden kan worden. Er is door een groep onderzoekers van het Max Planck Instituut en Ludwig Maximilians Universiteit in Duitsland in eerste instantie aangetoond dat het mogelijk is de langere filamenten van kortere te scheiden. Door gebruik van capillaire buisjes, waardoor een vloeistof met DNA strengen stroomt en waarin een temperatuurgradiënt bestaat, laten ze zien dat de langere DNA strengen als gevolg van convectie en thermodiffusie aan de basis van dit buisje accumuleren.

Vervolgens werd er een experiment opgezet met Polymerase Chain Reaction (PCR). Dit enzym wordt doorgaans in laboratoria gebruikt om kleine hoeveelheden DNA te amplificeren met cycli van temperatuurwisselingen. Er werden DNA- strengen van verschillende lengte plus polymerase en primers in bufferoplossing door het buisje heen gestuurd. Er vindt zodoende replicatie van de verschillende DNA strengen plaats. Ook in dit geval accumuleerde de langere DNA-strengen. Het langere DNA wordt als het ware gevangen in het buisje, de kortere filamenten stromen met de vloeistof mee het buisje uit. Op de figuur kan gezien worden hoe de opgevangen fracties van de inhoud van het buisje kortere en langere DNA-strengen bevatten. Dit wordt aangetoond door middel van elektroforese van de verschillende fracties.

DNA_flownchem_630m

Een scala van dubbelstrengs DNA wordt geïnjecteerd in het capillaire buisje met lengtes variërend tussen 20 en 200 bp met stappen van 20. Het doorspoelen met buffer op de aangegeven snelheid (Vs) spoelt de lengtes tot en met 80 bp weg terwijl de langere strengen gevangen blijven zoals het resultaat op elektroforese rechts laat zien.

 

Deze resultaten zijn van bijzondere betekenis, niet alleen voor het onderzoek over het mogelijke ontstaan van DNA zelf, maar ook voor het onderzoek naar de oorsprong van leven in het algemeen. Er wordt in de publicatie gerefereerd aan vulkanisch gesteente op de zeebodem waarin een temperatuurgradiënt zou bestaan. Daarin kunnen kleine barsten of poriën zitten waarin zich macromoleculen als DNA kunnen ophopen en waarbij met replicatie van en mutaties in dit DNA er in principe Darwiniaanse evolutie mogelijk is.

Dit laatste zal altijd speculatief blijven, maar langzaamaan hopen de experimenten op waaruit blijkt dat dergelijke scenario’s mogelijk geweest zijn. Nu is dit experiment uitgevoerd met dubbelstrengs DNA. Doorgaans gaat men er echter van uit dat de eerste macromoleculen uit enkelstrengs RNA bestonden. Het is daarom niet duidelijk hoe dit experiment in deze hypothese past.

Nu hebben Nick Lane en Bill Martin veel geschreven over de mogelijke oorsprong van leven in de poriën van de schoorsteenwanden in hydrothermale bronnen. Het is enigszins opmerkelijk dat deze studie helemaal niet refereert aan deze wetenschappers.

 

h/t Rob van der Vlugt

Uit: Kreysing, M., Keil, L., Lanzmich, S. & Braun, D. Heat flux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length. Nature Chemistry 0, (2015). (Free access in ReadCube)

Hoe kleiner hoe vager

Het bepalen van de sequentie van een genoom (het totaal aan genen en niet-coderend DNA van een organisme) is steeds makkelijker geworden. Het gaat sneller en is minder duur. Daardoor is het tegenwoordig mogelijk meerdere genomen of zelfs hele microbiomen tegelijk te analyseren. Onderzoekers toonden aan dat in de meiofauna, het totaal aan micro-organismen* tussen 20 µm en 1 mm groot, op de bodem van zoet en zout water, er eigenlijk geen onderscheid meer gemaakt kan worden tussen soorten.

meiofauna

meiofauna taxa: a/ Nematoda, b/ Harpacticoida, c/ Rotaliina, d/ Ostracoda, e/ Nonionella, f/ Reophax, g/ Allogromiina, and h/ Tanaidacea.
Uit: J. Fredrik Lindgren et al. 2013

 

De auteurs gebruiken het concept van genetische soort, en ecosoort. De genetische soorten zijn afzonderlijke genotypische clusters terwijl de ecosoort een afstammingslijn is die een bepaalde ecologische niche bewoont. De ecologische niche bestaat niet alleen uit de omgeving maar ook uit de andere soorten die daar leven.

Er zijn eerder studies gedaan naar de soorten micro-organismen die de waterbodems bewonen. Daarin worden homologe sequenties verkregen na toepassing van PCR met een universele primer. De genetische afstand tussen de micro-organismen wordt bepaald door het aantal mutaties ten opzichte van de lengte van de geanalyseerde sequentie van het DNA. Neemt de genetische afstand toe dan neemt de biodiversiteit af. Dat wil zeggen dat het aantal mutaties tussen de verschillende genotypische clusters toeneemt (de drempel ligt hoger) en dan kun je minder soorten registreren. Dit soort technieken geven een inzicht in de biodiversiteit van een ecologische niche of gebied.

Genetic distanceDe grafiek laat zien dat je een continue neerlopende lijn krijgt. Er bestaat blijkbaar geen drempelwaarde die duidelijk laat zien hoeveel soorten er zijn.

Kleine organismen zijn aanwezig in grote aantallen. Dit betekent, vooral wanneer men uitgaat van genetische drift, dat er een enorm gamma aan mogelijke mutaties in de groepen bestaat waardoor het lastig wordt grenzen te stellen en soorten te onderscheiden.

Het model dat de auteurs gebruiken is wellicht geen correcte weerspiegeling van de werkelijkheid. De grootste tekortkoming is dat er uitgegaan wordt van aseksuele reproductie. Ze stellen dat een model met seksuele reproductie niet veel aan de essentie van hun bevindingen zal veranderen. Dit zou betekenen dat de definitie van ecologische niches als die van zeebodems en microbiomen lastiger wordt. Er kan geen benoeming van soorten plaatsvinden.

 

*Micro-organismen zijn zowel bacteriën als meercellige eukaryoten.

Uit: Proceedings of the Royal Society

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Why Evolution Is True

Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: