Evoluerend genoom maakt malariamug flexibel

Anopheles-muggen zijn verantwoordelijk voor het overdragen van malariaparasieten naar de mens. Sommige soorten brengen een levensgevaarlijke vorm van de malariaparasiet over; andere zijn alleen hinderlijk, maar verder onschuldig. Om de genetische verschillen tussen die twee te onderzoeken heeft een internationaal team van wetenschappers de genoomsequenties bepaald van zestien Anopheles-soorten uit de hele wereld. Op 27 november 2014 zijn hierover twee artikelen in Science verschenen. Michael C. Fontaine, universitair docent aan de Rijksuniversiteit Groningen, is eerste auteur van één artikel en coauteur van het andere.

Malariaparasieten bij mensen veroorzaken naar schatting jaarlijks 200 miljoen gevallen van malaria en meer dan 600 duizend sterfgevallen. Van de bijna 500 verschillende Anopheles-soorten kunnen er maar enkele tientallen de parasiet bij zich dragen. Bovendien is slechts een handjevol soorten verantwoordelijk voor het overgrote deel van de malariabesmettingen.

Ziektes uitbannen

De in Science gepubliceerde onderzoeksresultaten leveren allereerst nieuwe inzichten op over hoe deze muggensoorten aan elkaar verwant zijn. Verder maken ze inzichtelijk hoe de dynamische evolutie van hun genoom kan bijdragen aan de flexibiliteit van de muggen, waardoor die zich beter aan nieuwe omgevingen kunnen aanpassen en mensenbloed kunnen vinden. De nieuwe genoomsequenties vormen een belangrijke aanvulling op de wetenschappelijke hulpmiddelen waarmee we ons inzicht in de verschillende biologische eigenschappen van muggen kunnen vergroten en ziektes kunnen helpen uitbannen die wereldwijd een bedreiging vormen voor de volksgezondheid.

Anopheles gambiae

Het vermogen om malaria over te dragen – de ‘vectorcapaciteit’ – varieert tussen de verschillende Anopheles-soorten en is afhankelijk van allerlei factoren, zoals voedings- en voortplantingsvoorkeuren, en ook de immuunrespons van de mug tegen malaria infecties. Ons inzicht in dit soort factoren hebben we voor een groot deel te danken aan de sequentie van het Anopheles gambiae-genoom, die in 2002 is gepubliceerd.

Zestien Anopheles-genomen

Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van prof. Nora Besansky van de University of Notre Dame, Indiana (VS), heeft de DNA-sequenties bepaald van de genomen van zestien Anopheles-soorten. De beschrijving en evolutie van deze zestien nieuwe genoomsequenties zijn gepubliceerd in een eerste Science-artikel, getiteld: Highly evolvable malaria vectors: the genomes of 16 Anopheles mosquitoes.

Gene flow

Een tweede Science-artikel beschrijft een onderzoek dat werd gedaan onder leiding van prof. Besansky en dr. Michael C. Fontaine (universitair docent aan de RUG, voorheen werkzaam aan de University of Notre Dame, IN, VS). Het behandelt de recente evolutie en soortvorming binnen het soortencomplex van Anopheles gambiae. De vraag hoe de evolutionaire geschiedenis van muggensoorten er werkelijk uitziet en hoe zich in Afrika nieuwe muggensoorten hebben ontwikkeld, is een uiterst omstreden kwestie binnen het onderzoeksveld.

De nieuwe genoomsequenties leveren overtuigende bewijzen voor de werkelijke relaties tussen verschillende soorten, die zeer nauw verwant zijn aan Anopheles gambiae, maar desondanks zeer uiteenlopende eigenschappen hebben die van invloed zijn op hun vectorcapaciteit. Uit de resultaten blijkt dat de meest efficiënte vectoren niet per definitie de muggensoorten zijn die het nauwst aan elkaar verwant zijn. Verder blijken eigenschappen die de vectorcapaciteit verbeteren, verkregen te kunnen worden via gene flow (uitwisseling van genen) tussen soorten.

Neanderthalers

Door dit onderzoek begrijpen we veel beter hoe nieuwe muggensoorten uit elkaar kunnen ontstaan en hoe zij gunstige genmutaties kunnen uitwisselen via gene flow – een vorm van genoverdracht die vermoedelijk ook tussen neanderthalers en de voorouders van de moderne mens heeft plaatsgevonden. Het onderzoek laat zien hoe gene flow de evolutie van algemene en specifieke biologische eigenschappen van muggen kan beïnvloeden, waaronder hun ecologische flexibiliteit en vectorcapaciteit.

Inherent vermogen tot evolueren

De twee zeer verschillende evolutionaire tijdschalen – een die alle Anopheles-soorten omvat en een die zich toespitst op een groep zeer nauw verwante soorten – leiden tot duidelijke inzichten over de mechanismen die deze muggengenomen hun huidige vorm hebben gegeven. Hun dynamische evolutionaire profiel zou weleens een typisch genoomkenmerk kunnen zijn van een inherent vermogen tot evolueren, dat Anopheles-muggen in staat stelt zich snel aan te passen aan nieuwe, door mensen gecreëerde leefomgevingen – en waarmee ze zich tot een van onze grootste kwelgeesten hebben kunnen ontwikkelen.

Meer informatie

- Dr. Michael C. Fontaine, assistant professor, Centre for Ecological and Evolutionary Studies, Rijksuniversiteit Groningen.

Referenties

- Extensive introgression in a malaria vector species complex revealed by phylogenomics. Science, 27 november 2014; DOI: 10.1126/science.1258524

Fontaine MC*, Pease JB*, Steele A, Waterhouse RM, Neafsey DE, Sharakhov IV, Jiang X, Hall AB, Kakani E, Mitchell SN, Wu YC, Smith HA, Love RR, Lawniczak MKN, Slotman MA, Emrich SJ, Hahn MW, Besansky NJ. (*hebben in gelijke mate bijgedragen aan dit onderzoek)

- Highly evolvable malaria vectors: the genomes of 16 Anopheles mosquitoes. Science, 27 november 2014; DOI: 10.1126/science.1258522