Natuurlijke selectie werkt soms beter als je ‘klein’ begint

Nieuws

Natuurlijke selectie werkt soms beter als je ‘klein’ begint

Gepubliceerd op
21 november 2017

Bedrijven die voor hun bioreactoren op zoek willen naar gisten, bacteriën of schimmels die nieuwe nuttige producten produceren, of dit doen bij minder goede groeiomstandigheden, kunnen voortaan beter niet meer automatisch kiezen voor selectie met een grote beginhoeveelheid micro-organismen. Ze zouden anders het risico kunnen lopen om de evolutionaire verbeter-mogelijkheden niet goed te benutten. Dat blijkt uit onderzoek van Wageningen University & Research dat gepubliceerd is in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

Evolutionaire mogelijkheden benutten

Bedrijven die met bacteriën, schimmels of gisten bepaalde nieuwe producten zoals enzymen of medicijnen maken, zijn altijd uit op een zo hoog mogelijke efficieny. Als onderzoekers bij zo’n bedrijf op zoek gaan naar cellen met betere of nieuwe eigenschappen, zoals de productie van een bepaald enzym of stofje, zetten ze vaak experimenten in met ‘stammen’ van de cellen die zij zelf in huis hebben. Spontane mutaties en natuurlijke selectie voor de meest fitte micro-organismen is dan een makkelijke en robuuste methode.

Een voor de hand liggende aanpak is om hierbij te beginnen met een zo groot mogelijke hoeveelheid micro-organismen. Dan is de kans immers het grootst dat je genetische varianten hebt of krijgt die een sprong vooruit betekenen. Maar uit experimenten in Wageningen is nu gebleken dat je bij een grote beginhoeveelheid micro-organismen juist de kans loopt om te blijven steken, en de evolutionaire mogelijkheden dus niet goed benut.

Slim selecteren

Arjan de Visser is coördinator van het onderzoek. De Visser: “Als je begint met een grote hoeveelheid micro-organismen, zorg je er inderdaad voor dat je een grote kans maakt om een snelle verbetering te vinden. Het micro-organisme dat het in die selectie wint, is waarschijnlijk het micro-organisme dat door een mutatie de grootste sprong maakt in de fitness. In de celkweek zullen die andere organismen met kleinere verbeteringen snel wegconcurreren. Soms werkt selectie echter niet rechtlijnig en is om een vólgende stap te maken in de verbetering van de fitness dan een type nodig met een kleinere verbetering of zelfs een kleine teruggang in de fitness. Maar die cellen verliezen het juist in de celkweek.”

Dat risico op het missen van kansen op verdere verbetering speelt vooral als de verbetering veroorzaakt wordt door slechts een of een klein aantal genen. De Visser: “Mutaties in die paar genen kunnen dan sterke interactie-effecten hebben. In dergelijke gevallen kan je beter kiezen voor een opzet met bijvoorbeeld meerdere kleine populaties cellen. Je wedt dan niet op een paard, namelijk dat het snelst van start ging, en loopt minder risico om te blijven hangen na één grote verbetering.” 

De Visser verwacht dat dit fenomeen ook van belang kan zijn in de plantenveredeling. Veredelaars die bijvoorbeeld zouden willen selecteren op droogteresistentie, doen er daarom verstandig aan om niet klakkeloos te selecteren met een hele grote hoeveelheid planten.