Aseksuele ziekteverwekkers passen zich toch snel aan!

Armworsteling

Je zou de strijd tussen een ziekteverwekkende schimmel en zijn gastheerplant kunnen vergelijken met een eeuwig durende armworsteling, waarbij de sterkste genen winnen. De schimmel infecteert de plant, het immuunsysteem van de plant ‘leert’ de schimmel te herkennen. De ziekteverwekker zal zich vervolgens moeten aanpassen om het immuunsysteem van zijn gastheer te omzeilen, zodat hij niet meer herkend wordt, enzovoort enzovoort.

Springgenen

Aseksuele schimmels maken als nakomelingen alleen identieke kopieën van zichzelf, en kunnen dus geen nieuwe combinaties van eigenschappen maken zoals seksueel voortplantende organismen dat kunnen. Lang is dan ook gedacht dat aseksuele ziekteverwekkers (pathogenen) amper kunnen evolueren en zich niet goed kunnen aanpassen, waardoor ze na verloop van tijd onderschept worden door het immuunsysteem van de gastheer. Maar dat is niet het geval. De onderzoekgroep van Bart Thomma van Wageningen UR heeft nu ontdekt hoe de aseksuele pathogeen Verticillium zich met behulp van transposons, zeg maar ‘springende genen’, op een snelle en effectieve manier weet aan te passen aan nieuwe uitdagingen.

Ieder genoom bestaat voor een deel uit stukken vreemd DNA (o.a virussen) die een eigen leven leiden als ‘indringers’. Sommigen van deze indringers kunnen springen. Deze springgenen kunnen de werking van het gen waarin zij springen veranderen.

Natuurlijke genetische modificatie

Onder leiding van Thomma laten Luigi Faino en Michael Seidl in hun onderzoek, gepubliceerd in Genome Research, zien dat de schimmelpathogeen Verticillium dahliae, de veroorzaker van Verwelkingsziekte in onder andere de tomatenplant in staat is om zijn tranposons te activeren. Door dit gericht te doen en alleen in bepaalde gebieden van het genoom die belangrijk zijn om componenten aan te maken voor infectie van een plant, vindt een versnelde evolutie plaats. Hierdoor kan de schimmel de juiste eiwitten aanpassen zodat die niet meer herkend worden door het immuunsysteem van de gastheer. Doordat Verticillium dahliae de transposons in andere delen van het genoom passief weet te houden, zullen de eiwitten die zorgen voor de belangrijkste basale eigenschappen van de pathogeen niet veranderd worden. Het genoom van Verticillium dahliae laat verder zien dat de pathogeen soms DNA kidnapt van andere organismen en inbouwt in zijn eigen DNA om vervolgens de gastheer te manipuleren. Daar waar transposons verspringen ontstaan breukjes in het DNA waardoor vreemd DNA waarschijnlijk makkelijk ingebouwd kan worden. Thomma: ‘Je kan dat eigenlijk natuurlijke genetische modificatie noemen’.

“Dit alles is ongelofelijk slim van deze pathogeen. We hebben hiermee het bewijs voor versnelde evolutie via transposons geleverd. Het blijft dezelfde schimmel met hetzelfde DNA, maar door slim gebruik te maken van springgenen en vreemd DNA past hij zich dus aan, waardoor het imuunsysteem van zijn gastheer hem niet meer herkent en hij weer rustig de plant kan infecteren.” Aldus Thomma

Hybridisatie

Een andere manier waarop een aseksuele pathogeen zich weet aan te passen wordt beschreven in de recente publicatie in Current Opinion in Microbiology van Jasper Depotter en Bart Thomma, waar ze de rol van hybridisatie in de evolutie van pathogenen beschrijven. Door het versmelten van twee soorten schimmels ontstaat er een nieuw soort met twee keer zo veel DNA en een hele set nieuwe eigenschappen. De pathogeen kan daardoor een hogere agressiviteit krijgen, of er kan zelfs een heel nieuw pathogeen ontstaan. Dit soort versmeltingen komen algemeen voor bij micro-organismen, en ook aseksuele pathogenen kunnen dit doen. DNA van de schimmelpathogeen Verticillium longisporum laat zien dat deze soort een versmelting is van Verticillium dahliae met een onbekende andere schimmel. Verticillium longisporum heeft dankzij deze versmelting meer DNA, en dus een groot aantal extra eigenschappen gekregen, waardoor die nu Brassica soorten kan infecteren terwijl Verticillium dahliae dat zelf niet kan.

Evolutie

Het DNA van Verticillium soorten legt de evolutie van deze schimmel goed bloot. Zo is duidelijk in de genen terug te zien dat en hoe Verticillium zich door de jaren heen steeds opnieuw weer heeft aangepast, met als doel overleven in zijn gastheer. Thomma: “Je ziet aan het DNA duidelijk het belang én het proces van evolutie.”