EVOLUTIE-10/4-Evolution:The first four billion years/Michael Ruse
Het boek van Michaël Ruse en Joseph Travis bestaat uit de volgende onderdelen :
1-Voorwoord van Edward O.Wilson. 2-Inleiding door M.Ruse en J.Travis. 3/1-The History of Evolutionary Thought. 3/2-The Origin of Life. 3/3-Paleontology and The History of Life. 3/4-Adaptation. 3/5-Molecular Evolution. 3/6-Evolution of the Genome. 3/7-The Pattern and Process of Speciation. 3/8-Evolution and Development. 3/9-Social Behavior and Sociobiology. 3/10-Human Evolution. 3/11-Evolutionary Biology of Disease and Darwinian Medicine. 3/12-Beyond the Darwinian Paradigm : Understanding Biological Forms. 3/13-Philoso^phy of Evolutionary Thoiught. 3/14-Evolution ans Society. 3/15-Evolution and Religion. 3/16-American Antievolutionism :Retrospect and Prospect. 4-Alphabetic Guide : Begrippen van de evolutie theorie en actoren van deze theorie (korte biografieën). **************************************************************
.
FOREWORD. (EDWARD O.WILSON).
Two centuries after its author's birth and 150 years after its publication Charles Darwin's "On the origin of Species" can fairly be ranked as the most important book ever written......It is the masterpiece that first addressed the living world (with "The Descent of Man following) humanity's place within it,without reference to any religion or ideology,and upon massive scientific evidence provided across successive decades. So solidly have the fields of biology built upon the Darwinian conception of evolution that it makes sense today to recognize it as one of the two laws that govern our understanding of life.The first law is that all the elements and processes that define living organisms are ultimately obedient to the laws of physics and chemistry.The second law,the formation and product of evolutionary biology as well as much of organismic and environmental biology,is that all elements and processes defining living organisms have been generated by evolution through natural selection.The first law addresses how a phenomenon occurs and the second law addresses why it occurs.These laws are fully complementary,a prime requirement for the recognition of scientific law generally.Modern biology as a whole has little meaning without the joining of(...) approaches guided by the two laws. The science is presented here,but also some of the main practical and inevitably,with fundamental relevance, as the consequences of evolutionary thought for philosophy and religion. The great questions - "Who are we ?","Where did we come from ?" and "Why are we here ?"- can be answered only,if ever,in the light of scientifically based evolutionary thought.
Het Darwinjaar 2009 is nu pas goed begonnen en langs alle kanten stromen nieuwe informariebronnen.Allen zijn waardevol voor de studie van het Darwinisme bv.
www.evolutietheorie.be/
Website over evolutietheorie van de Universiteit Gent,geïnitieerd onder impuls van Johan Braeckman-Professor filosofie,biologie en specialist van de algemene princiepen van de evolutietheorie-Vakgroep Wijsbegeerte en moraalwetenschappen. Johan Braeckman heeft onlangs een reeks lezingen gegeven in het kader van de Leerstoel Willy Calewaert over de "Betekenis van Charles Darwin in de evolutietheorie in de 21e eeuw".Deze website is zeer interessant en sterk aan te bevelen.
Talrijke nieuwe boeken worden nu uitgegeven ;slechts een selectie zal hier gecommentarieerd worden.
A - DARWIN-DE BIOGRAFIE. Adrian Desmond and James Moore.
De oorspronkelijke titel is "Darwin.De biography" en dateert van 1991 Het heeft geduurd tot 2009 om een nederlandse vertaling klaar te krijgen,dus juist voor het "Darwinjaar 2009".Dit is daarom een grote en onmisbare aanwinst voor de kennis van Darwin ,zijn leven en zijn werk.
De auteurs.
Adrian Desmond studeerde aan de Harvard en aan de London Universities.Hij is gespecialiseerd in paleontologie van de gewervelde dieren ,de evolutie en de geschiedenis van de wetenschap..Hij is als Honorary Fellow verbonden aan de faculteit biologie van University College,London.
James Moore studeerde onder andere theologie en geschiedenis .Hij bestudeert al dertig jaar het leven en het werk van Darwin.Hij is verbonden geweest aan Harvard en Cambridge University.Thans doceert hij aan de Open University.
Voor iedereen die in de persoon van Charles Darwin en het Darwinisme geïnteresseerd is,is deze biografie een MUST.Nergens wordt zo een weelde aan details bijeengebracht die het onderwerp zo grondig belichten.Zelfs degenen die slechts van verre belangstelling hebben zullen deze biografie ongetwijfeld appreciëren.
RECENSIE.
Meer dan enig ander denker uit de moderne tijd ,meer nog dan Freud of Marx,heeft Charles Darwin verandering gebracht in de manier waarop wij naar onszelf kijken.Maar hoe kon een beschaafde ,dertigjarige man in het vroeg-Victoriaanse Engeland opperen dat de mens afstamt van een weekdier ?In deze alom bejubbelde biografie wordt Darwin geportretteeerd als iemand die het product is van zijn tijd en die worstelt met immense vraagstukken in een samenleving die sterk in beweging is.In meeslepende proza geven de auteurs inzicht in zijn karakter,zijn huiselijk leven en zijn wetenschapsbeoefening.We ervaren hoe hij vriendschappen sloot en verbrak,mensen inpalmde en dan aan het lijntje hield en wetenschappelijke nieuwtjes lospeuterde.We komen te weten hoe verbeten hij te werk ging ,hoe hij het mechanisme van de evolutie van alle kanten tegen het licht hield en uit welke politieke kiem zijn belangrijkste ideeën ontsproten.Natuurlijk maken Adrian Desmond en James Moore in deze biografie ook duidelijk hoe Darwin heeft moeten vechten om zijn ideeën over evolutie en natuurlijke selectie geaccepteerd te krijgen.Twintig jaar lang broedde hij op zijn evolutietheorie;aan zijn diepste gedachten over "aapmensen en mensapen" gaf hij nauwelijks ruchtbaarheid.Zelfs nog in 1859 moest hij worden aangezet tot de publicatie van zijn "Origin of Species". "Darwin.De Biografie" is een veelzijdig portret van een gekwelde man ,die leefde in een cruciale fase van onze geschiedenis ,een vrijdenkende agnost die bang was als anarchist gezien te worden.
Citaten. "Zelden is het nauwe verband tussen het leven van een wetenschapper en zijn theoriën zo volledig en pakkend beschreven geweest. (The Sunday Times).
"Ongetwijfeld de beste biografie die ooit over Darwin is geschreven.".(Stephen Jay Gould -Nature).
B - CHARLES DARWIN. Michael Ruse.
Personalia.
Michael Ruse werd geboren op 21 juni 1940 in Birmingham,Engeland.Hij is een wetenschapsfilosoof,gespecialiseerd in de filosofie van de biologie en is goed bekend door zijn werk in de strijd tussencreationisme en evolutie biologie.Hij is nu op rust maar sinds 2000 is hij actief aan de Florida State University.Volgens Ruse is het mogelijk het christendom compatible te maken met de theorie van de evolutie.Hierin verschilt hij radicaal van mening met Richard Dawkins.Hij debatteert regelmatig met William A.Dembski,een voorstander van "Intelligent Design".(ID)
VOORWOORD (Michael Ruse).
Waarom Charles Darwin,de vader van de evolutietheorie in een werk gewijd aan het denken van grote filosofen ? Hiervoor zijn verschillende redenen,te beginnen bij het feit dat Darwin zich altijd interesseerde voor filosofie bv. bij W.Whewell,de wetenschapshistoricus en -filosoof maar ook bij Plato,Aristoteles,Hume en Kant.Veel van wat Darwin te zeggen had is van groot belang voor mensen die in filosofie geïnteresseerd zijn.Er zijn ook sterkere redenen.Zijn werk vraagt zelf om een filosofische analyse en heeft betrekking op filosofische kwesties.DANKZIJ DARWIN WETEN WE NU DAT DE ORGANISMEN NIET OP WONDERBAARLIJKE WIJZE IN ZES DAGEN GESCHAPEN ZIJN MAAR HET UITEINDELIJKE RESULTAAT ZIJN VAN EEN LANG,LANGZAAM,ONGERICHT PROCES VAN NATUURLIJKE VERANDERING-EVOLUTIE.Een dergelijke theorie vereist conceptueel onderzoek om na te gaan hoe ze is opgebouwd en hoe zij tot haar uitspraken komt.En aangezien deze theorie zich ook tot de mensheid uitstrekt-we waren niet het resultaat van een uitbarsting van creativiteit aan het eind van de goddelijke werkweek-moet het denken van Darwin ook worden onderzocht op zijn implicaties voor belangrijke filosofische vragen,zowel op het gebied van de kennistheorie (epistemologie) als op dat van de moraal (ethiek).Dit boek is bestemd voor degenen die kennis willen opdoen over hem en over zijn werk in verband met de filosofie;voor zover zijn werk filosofische implicaties inhoudt in "On the Origin of Species" en in "The Descent of Man" .Omdat Darwin in de eerste plaats een groot wetenschapper was,is het eerste deel van dit boek gewijd aan wat hij als wetenschapper te zeggen had (Hoofdstukken 1 tot en met 6)De tweede taak is te laten zien hoe deze wetenschap zich vanaf zijn tijd tot de onze heeft ontwikkeld.De implicaties van Darwins denken voor traditionele filosofische vragen gaan over kennis,over moraal en,voor zover van toepassing,over godsdienst.BIJ DE STUDIE VAN DE EVOLUTIETHEORIE ONTSNAPT MEN NOOIT AAN DE CONFRONTATIE TUSSEN WETENSCHAP EN GODSDIENST,TEN TOP GEDREVEN DOOR DE CREATIONISTEN EN DE AANHANGERS VAN "INTELLIGENT DESIGN".Deze thema's komen aan bod in de hoofdstukken 7 tot en met 12.Men is nu gelukkig lang voorbij de opmerking van Ludwig Wittgenstein in zijn "Filosofische onderzoekingen" waarin hij schrijft "Darwins theorie is voor de filosofie net zo min relevant als elke andere hypothese in de natuurwetenschap".Dit toen onjuist en is het nu nog ! Er is nog een lange weg te gaan en er moet veel werk verzet worden om de vijandigheid te overwinnen waarmee veel filosofen zich nog steeds tegen de hele Darwinistische onderneming opstellen.Zoals de vrouw van de bisschop van Worcester gezegd zou hebben :"Afgestamd van apen ? Laten we hopen dat het niet waar is.Maar als het waar is moeten we hopen dat het niet algemeen bekend wordt."HET MOET ALGEMEEN BEKEND WORDEN EN HET MOET HET STARTPUNT ZIJN VAN DIEPGAANDE FILOSOFISCHE BESCHOUWINGEN;
N.B Filosofie of wijsbegeerte is een term die vele ladingen dekt.Sommige ervan zijn uitermate van toepassing bij het werk van Darwin zoals bv."Filosofie is het onderzoek van de aard,de oorzaken,of princiepen, van de werkelijkheid,de kennis,of de waarden, gebaseerd eerder op logische redenering dan op empirische methoden"-"Een kritische analyse van de fundamentele aannamen of overtuigingen (geloof)."
CITATEN UIT RECENSIES VAN DE BOEKEN VAN MICHAEL RUSE.
1/Evolution : The first four billion years. (Harvard University Press)
www.hup.harvard .edu/catalog/RUSEVL.html
"Spanning evolutionary science from its inception to its last findings,from discoveries and data to philosophy and history,this book is the most complete authoritative,and inviting one-volume introduction to evolutionary biology.(from speciation to adaptation, from paleontology to evoltionary development <evo-devo>,social and political signicance). + Encyclopedic section.
2/Mystery of mysteries.-Is evolution a social construction ?
www.hup.harvard .edu/catalog/RUSMYS.html
"Is science objective,a disinterested reflection of reality,as Karl Popper believed ? Or is it subjective,a social construction,as Thomas Kuhn maintained ? Enlightening inquiry into the nature of science,using evolutionary theory as a case study......Ruse explicates the role of metaphor and metavalues in evolutionary thought and draws significant conclusions about the cultural impregnation of science.Identifying strengths and weaknesses on both sides of the "science wars", he demonstrates that a resolution of the objective and subjective debate is nonetheless possible."
3/The evolution-creation struggle.
www.hup.harvard.edu/catalog/RUSEVO.html
"Creation versus evolution:what seems like a cultural crisis of our days is in fact part of a larger story reaching back through centuries.The views of both evolutionists and creationists originated as inventions of the Enlightenment- two opposed but related responses to a loss of religious faith in the Western world.Michael Ruse uncovers surprising similarities between evolutionists and creationists thinkings.......He reveals that those most hostile to religion are just evangelical as their fundamentalists opponents.Those two diametrically opposed ideologies have,since the Enlightenment,engaged in a struggle for the privilege of defining human origins,moral values and the nature of reality."
4/Darwin and Design .-Does evolution have a purpose ?
www.hup.harvard.edu/catalog/RUSDAR.html
"The intricate forms of living things bespeak design and thus a creator :nearly 150 years after Darwin's theory of natural selection called the argument into question,we still speak of life in terms of design....e.g. the function of an eye.Why is the "argument from design" so tenacious,and does Darwinism...itself still evolving after all the years...necessarily undo it ?....Michael Ruse offers a full and fair assessment of the status of the argument of design in light of both the advances of modern evolutionary biology and the thinking of today's philosophers....with specialattention given to the supporters and critics of "Intelligent Design". (Substantial contribution to the ongoing debate about the relationship betweenscience and religion,and between evolution and its religious critics.)"
5/Monad and Man.-The concept of progress in Evolutionary Biology.
www.hup.Harvard.edu/catalog/RUSMON.html
"The idea of evolution : it fascinates some of us,disturb others,and leaves only a very few people indifferent....A renowned writer on evolutionary theory and its history,Ruse has long been sensitive to the fact that many people....and not simply religious enthousiasts....find something deeply troubling about much of what passes for science in evolutionary circles.What causes this tension is the intimate relationship between evolution and the secular ideology of progress.Ubiquitous in Darwin's time ,the idea of an unceasing improvement in life insinuated its way into evolutionary theory from the first.In interviews with today's major figures in evolutionary biology-including Stephen Jay Gould,Edward O.Wilson Ernst Mayr and John Maynard Smith- and in an intimate look at the discoveries and advances in the history and philosophy of science,Ruse finds this belief just as prevalent today-however it might be denied or obscured .He traces the delicate line between those who argue that science is and must be objective and those who deem science a "social construction" in the fashion of religion or the rest of culture.".
*Evolutionisme is niet alleen het voertuig van progressief denken ter onderbouwing van een vooruitgangsgeloof maar ook van behoudende groeperingen ter verdediging van een vaak verwerpelijk ethiek op grond van de theorie van de natuurlijke selectie. *zie ook : An interview with Michael Ruse-For the First World,America is the only country that has not taken the Enlightenment seriously.
"Michael Ruse schildert de geschiedenis van de opkomst van de evolutiegedachte en de impact die deze had op de wetenschap,de godsdienst en het maatschappelijk veld.Mede dank zij Thomas Henry Huxley ontstond het "evolutionisme".Ruse beschouwt de "evolutionists" als belijders van een "wereldlijke godsdienst" en daarmee als bloedverwnaten van de creationisten die de evolutie verwerpen vanuit hun religieuze geloof in de bijbel als het woord van god.Er is dus sprake van "een broedertwist".....De ene stelde rede en vooruitgang in het centrum van het wereldbeeld;de andere stelde emotie en geloof centraal.....Het is goed dat Michael Ruse het belang van Teilhard de Chardin onderstreept als een wegbereider voor de verzoening tussen geloof en wetenschap.Teilhard heeft het mechanisme van de "natuurlijke selectie" in de evolutieleer van Darwin altijd aanvaard.Pas het verschijnen van de mens in de evolutie maakt het voor hem nodig de begrippen "toeval" en "vrijheid" als spelers in het proces tegenover elkaar hun plaats te geven.....In "Le phénomène Humain" spreekt Teilhard de Chardin van "hyperfysica" i.p.v "metafysica".Daarmee bedoelde hij dat de krachten die de stof voortstuwen in hun effecten,weliswaar actief zijn maar experimenteel nog niet door de wetenschap kunnen worden getraceerd."
************************************************************ NB-De citaten uit de recensies van de boeken van Michael Ruse komen hoofdzakelijk uit het recent werk : "Evolution:The first four billion years". Dit boek is nu in bestelling en zal later dienen als grondige aanvulling van dit bericht over Evolutie /M.Ruse.
C - DE EVOLUTIE VAN HET DARWINISME. Rogier Deckmyn.
Recensie.
"Er ligt grootsheid in deze opvatting : dat het leven ,met heel de rijkdom van zijn mogelijkheden ,oorspronkelijk door the Schepper (N.B;The Creator was niet aanwezig in de eerste versie van "The origin of species" maar werd later om niemand tegen het hoofd te stoten door Charles Darwin aan de uitgaven toegevoegd.)in één of een paar vormen is geademd;en dat,terwijl de planeet trouw is blijven rondcirkelen in gehoorzaamheid aan de onwrikbare wetten van de zwaartekracht,uit dit simpele begin een eindeloze verscheidenheid van prachtige en wonderlijke vormen is ontstaan en nog steeds blijft ontstaan." (Charles Darwin)
Als ik u zeg dat dit een citaat is uit een boek van een diepgelovig auteur of de neerslag van een zondagse preek,u zou me geloven.Het is echter de slotzin van de "On the Origin of Species".Het geeft aan hoe gemakkelijk je teksten ,door de context weg te nemen,kunt gebruiken voor je eigen doelen.Voor alle duidelijkheid : Darwin had "De Schepper" eraan toegevoegd om zijn gevaarlijke idee verkocht te krijgen;om zijn gelovige lezers en zijn geliefde Emma niet te bruskeren.
ZOWAT IEDEREEN PROBEERDE DARWIN VOOR ZIJN KARRETJE TE SPANNEN.
Darwins idee van de evolutieleer was van bij de publicatie kwetsbaar voor nieuwe interpretaties.'Omdat de theorie zo'n grote verklarende kracht heeft over alle facetten van de samenleving ,is ze uiterst kwetsbaar voor allerlei would-be wetenschappers,ideologen en ander gevaarlijk tuig' scrijft de auteur in "De evolutie van he darwinisme".'Zowat iedereen probeerde Darwin voor zijn karretje te spannen en het resultaat was niet altijd even fraai.' Onder anderen Francis Galton,een halve neefvan Darwin, probeerde de theorieën van Darwin op de mens toe te passen.Waren geestelijke eigenschappen erfelijk of aangeleerd,vroeg hij zich af.Hij bestudeerde stambomen van musici,dichters,legerleiders en andere 'uitblinkers' en concludeerde dat hun bijzondere kwaliteiten erfelijk waren.In principe zou je dus via een fokprogamma verstandiger en vaardiger mensen kunnen kweken,dacht hij.Dat was volgens hem hoognodig ,want in de praktijk was de mensheid er in de loop van duizenden jaren maar op achteruitgegeaan.Galton wou maatregelen om de degeneratie te stoppen."Waardevolle" mensen moesten worden aangemoedigd zich voort te planten."Gedegenereerde" types-mensen van lager allooi-moesten juist ontmoedigd worden om kinderen te krijgen.Een programma als dat van Galton staat bekend als eugenetica.Omdat het inging tegen de christelijke waarde van naastenliefde en omdat de wetenschap twijfelde aan de overerfbaarheid van geestelijke eigenschappen,is het eugenetische programma nooit echt van de grond gekomen.Behalve Nazi-Duitsland ,waar het recht van de sterkste werd verheerlijkt .Het duitse ras werd superieur geacht ,en het eugenetische programma zou tot in zijn uiterste consequentie doorgevoerd worden.Het trauma van WO II heeft de eugenetica gelukkig goeddeels uitgerangeerd.Eugenetici en sociaal-darwinisten ('wie uit de boot valt is slachtoffer van de natuurlijke selectie en zijn verwijdering uit de maatschappij is een goede zaak')gingen dus met Darwins ideeën aan de haal om de bestaande denkbeelden over inferioriteit en superioriteit te rechtvaardigen.Het is maar één van de hoofdstukken van dit ambitieuze all-in-one boek dat de hele geschiedenis en evolutie van Darwins idee schetst : van de reis met de Beagle over de grote omwenteling van de moleculaire genetica tot de recente aanvallen op Darwins theorie vanuit het creationisme en het Intelligen Design.Het boek houdt onder meer halt bij Wallace,Lamarck,Mendel,Bateson,De Vries,Watson en Crick,Wilson,Dawkins en schuwt de anekdote niet.De auteur verteld levendig en met humor over wetenschappelijke rivalen,hun strijd om de primeur,de ontgoocheling om vergissingen en doodlopende sporen.Wetenschap als een wielerwedstrijd die beslist wordt in de spurt.'Er zijn een hoop kandidaten en het komt erop aan juist positie te kiezen,hier en daar iemand de dranghekken in te duwen en op het juiste moment in de goede opening te duiken.'Ook filosoof en Darwinkenner Johan Braeskman prijst het boek,al merkt hij op :'De auteur maakt het verschil tussen ideologie en wetenschap niet altijd duidelijk.'Darwinistische' ideeën en frasen zijn vanzelfsprekend opgenomen in een politiek en moreel beladen discours,maar het komt erop aan dat er weer 'uit te zuiveren' in plaats van de indruk te wekken dat evolutietheorie-een wetenschap- intrinsiek ideologisch is'.In het Darwinjaar 2009 is dit Darwinboek toe te voegen aan de bestaande stapel.Het is een sterk staaltje wetenschapsgeschiedenis geworden met een vlotte inleiding die zeven misverstanden over de evolutietheorie de wereld uithelpt.
1 -METAGENOMICS :Nieuwe uitdaging voor Life Sciences en Energie. Bart Sattler,31-10-2007 /Samenvatting. www.twanetwerk.nl
Hoewel voor ons onzichtbaar,vormen micro-organismen,ofwel microben,een essentieel onderdeel van het leven op aarde.Het zijn microscopische kleine organismen (bacteriën,archaea,eukaryoten en virussen) en ze leven vrijwel overal waar water is.Microben spelen een onmisbare rol in fotosynthese en in het in stand houden van de voedselketen op onze planeet.Maar ook op kleine schaal,in en op ons menselijk lichaam, vervullen zij een aantal essentiële functies.De miljarden microben in onze darmen zijn essentieel voor onze spijsvertering,het afbreken van giftige stoffen en de afweer tegen ziekteverwekkers.Microben kunnen ook milieu verontreinigingen opruimen,en liggen ten grondslag aan vele technieken voor bodemreiniging,bijvoorbeeld in geval van olie- en chemische verontreinigingen.Al deze processen vinden plaats dankzij een complex samenspel van microbiologische gemeenschappen,ofwel ecosystemen.Het genetisch onderzoeken van zulke systemen is het nieuwe vakgebied metagenomics.In het vakgebied metagenomics wordt het DNA van complete microbiologische gemeenschappen in kaart gebracht.Sommige van deze gemeenschappen,zoals die in de bodem,bestaan uit duizenden onderling afhankelijke soorten microben.Hoewel het genoom van een microob in omvang ongeveer één tienduizendste is van het menselijk genoom,is het analyseren van de DNA-fragmenten die het metagenoom uitmaken een gigantische klus,omdat er zoveel verschillende soorten microben (en dus genen) aanwezig zijn in de meeste populaties.
MICRO-ORGANISMEN VOOR MENSELIJK NUT.
Naast de onmisbare rol die microben in onze biosfeer spelen,worden zij reeds op grote schaal toegepast in biokatalytische processen.In hun evolutie hebben microben talloze overlevingsstrategieën ontwikkeld,en hun genoom bevat dan ook de genetische instructies voor talloze biochemische transformaties.Zo worden hun biokatalytische eigenschappen gebruikt in fermentatieprocessen (gisten) ,in de procuctie van biobrandstoffen, voedingingrediënten,medicijnen,antibiotica en de verbetering van de bodemkwaliteit. In het conventionele genoomonderzoek aan micro-organismen wordt alleen de DNA-volgorde van een enkele microbe onderzocht.Dit doet men door van deze microbe een zuivere cultuur te maken,van deze zuivere stam het DNA te onttrekken en vervolgens met sequencers een analyse te maken van het genoom van de microbe.Hieruit kan dan de functie van deze ene microbe worden onderzocht.Dit is een tijdrovend proces,zeker met de sequencers die tot voor kort in gebruik waren.Een groot deel van de microben kan zelfs niet in cultuur worden gebracht.Volgens schattingen hebben wij tot dusverre minder dan 1 procent van alle micro-organismen beschreven,ofwel in cultuur gebracht en geanalyseerd.Omdat we slechts een heel klein gedeelte van alle microben kennen,neemt men aan dat we ook slechts een klein deel van alle mogelijke bio-katalytische eigenschappen van microben in kaart hebben gebracht.Het traditionele onderzoek richt zich bovendien op individuele (stammen van) microben in een laboratoriumcultuur.De kennis over de interactie tussen verschillende stammen microben in een ecosysteem is dan ook achtergebleven.Daarom is het rijk der micro-organismen,hun functies en hun voor de mens nuttige eigenschappen voor ons nog steeds grotendeels een terra incognita.
WAT HOUDT METAGENOMICS IN ?
In de wereld van metagenomics volgt men een meer holistische aanpak : men probeert het DNA van een complete gemeenschap van micro-organismen in één keer te onderzoeken.De gemeenschap wordt hierin beschouwd als een soort organisme met een enkel genoom en de genen worden geanalyseerd zonder rekening te houden met de vraag welke gen van welke specifieke microbesoort afkomstig is.Met behulp van de gereedschappen van metagenomics wordt een ecosysteem van microben bestudeerd in de natuurlijke setting, zonder dat het noodzakelijk is om eerst individuele microben te isoleren,in cultuur te brengen en te analyseren.Op basis van een enorme hoeveelheid ruwe gegevens wordt vervolgens getracht om onderliggende eigenschappen van de gemeenschap als geheel in kaart te brengen.De term metagenomics slaat dus zowel op een onderzoeksveld als op verschillende onderzoekstechnieken die worden gebruikt om onderzoek aan ecosystemen van microben te verrichten.Recentelijk zijn de technieken en methoden beschikbaar gekomen die wetenschappers in staat stellen om gemeenschappen van microben te onderzoeken en zo te begrijpen hoe zij werken.Innovaties in de life sciences <------>,bioinformatica <---> en systeembiologie <----> hebben bijgedragen aan de opkomst van dit wetenschapsveld.<---->Een typisch metagenomics-onderzoeksproject begint met het verwijderen van het DNA uit alle microben die in een te onderzoeken ecosysteem leven.Deze DNA fragmenten kunnen dan worden ingebracht in het plasmide (extrachromosomaal DNA) van laboratoriumbacteriën om te worden opgekweekt,zodat kopieën verkregen worden van de genomen van alle bacteriën in het oorspronkelijke ecosysteem.Zo wordt een levende library van het DNA van alle bacteriën in het ecosysteem gemaakt.<---->De library kan vervolgens worden gescreend op basis van een analyse van de volgorde van de baseparen (sequencing) ,of op basis van een functionele analyse van de producten van de genexpressie (eiwitten).<---->
TOEPASSINGEN IN DE LIFE SCIENCES.
Zonder twijfel zullen gemeenschappen van micro-organismen in het menselijk lichaam een belangrijk deel van het metagenomics-onderzoek bepalen.Er is inmiddels al veel kennis gegenereerd over de complexe samenhang tussen het menselijk genotype en fenotype,en de hiermee geassocieerde samenstelling van de microbengemeenschap (het 'microbioom').Het menselijk lichaam bevat ongeveer tien keer zoveel cellen van micro-organismen als menselijke cellen.Micro-organismen vormen bijvoorbeeld een integraal onderdeel van onze spijsvertering en ons afweersysteem.Ook spelen zij een rol bij hartziekten,diabetes,huidziekten,zweren en ontstekingen.Door de poputatie microben in en op mensen van verschillende leeftijd,oorsprong, gezondheid met elkaar te vergelijken,hopen onderzoekers uit te vinden hoe microben het verloop van ziekten beïnvloeden (positief danwel negatief),en hoe zij kunnen worden gemanipuleerd om onze gezondheid te verbeteren.<---->Ook toepassingen van metagenomics op het gebied van energie- en materiaaltechnologie liggen voor de hand.Zo is momenteel bijvoorbeeld de 'heilige graal' van het onderzoek naar biobrandstoffen het vinden van micro-organismen die op effectieve en efficiënte wijze cellulose weten om te zetten in suikers die vervolgens via fermentatieprocessen en eventuele chemische procesvoering kunnen worden omgezet in biobrandstoffen en biomaterialen.<---->Onlangs heeft het Joint Genome Institute (JGI) een metagenomische analyse uitgevoerd naar microben die leven in het spijsverteringssystemen van termieten.Deze zijn immers zeer effectief in het omzetten van cellulose uit hout in suikers.In dit onderzoek is een aantal nieuwe cellulases ontdekt,enzymen die in staat zijn om cellulose af te breken.Momenteel wordt door JGI gekeken naar de microben in het spijsverteringsstelsel van andere insecten die hout verteren.JGI streeft naar een 'onderdelenlijst' waaruit synthetisch biologen kunnen putten om een energie-producerende organisme te maken.(Zie verder punt 3-Craig Venter en Global Ocean Sampling Expedition).
Oorsprong van de term. De term "metagenomics" werd voor de eerste keer gebruikt door Jo Handelsman (Mrs)(University of Wisconsin,Department of Plant Pathology,Madison,USA) in 1998.Er zijn sindsdien talrijke publicaties over dit onderwerp te vinden in de literatuur en in de meeste gevallen komen de namen Jo Handelsman en medewerkers voor,zoals:
-"Metagenomics : Application of genomics to uncultured microorganisms." Jo Handelsman,Microbiology and molecular biology reviews,Dec.2004,661-685.(Basis artikel).
-"Biotechnological prospects from metagenomics."P.D.Schloss abd Jo Handelsman,Current opinions in biotechnology,2003,14,303-310. www.current-opinion.com
-"Isolation of antibiotics Turbomycin A and B from a metagenomic library of soil microbial DNA." Applied and Environmental microbiology,Sep.2002,4301-4306. Jo Handelsman et al.
-"How to find antibiotics.",Jo Handelsman,The scientist,10 Oct.2005. http://www.the-scientist.com
-"Metagenomics : The science of biological diversity." K.J.Shelswell,Aug.2004 The science create quarterly. http://www.scq.ubc.ca/?p=509
-"Metagenomics and industrial applications." P.Lorenz,J.Eck,Nature Publishing Group,2005 www.nature .com/reviews/micro
2-"UNDERSTANDING OUR MICROBIAL PLANET : THE NEW SCIENCE OF METAGENOMICS." National Academies (Science,Engineering and Medicine) http://www.nap.edu http://dels.nas.edu/metagenomics
De belangstelling voor de mogelijkheden geboden door "metagenomics" is zo groot dat de National Academies in de USA een speciale publicatie over dit onderwerp uitgegeven heeft.In dit werk wordt een verkorte versie van de inhoud en van de mogelijkheden van metagenomics samengevat. Enkele citaten:
-"Microbial communities support all life on Earth.Metagenomics is a revolutionary new approach to understanding the characteristics of our microbial world. A new tool for scientific exploration : Medicine - Life sciences-Earth sciences. Helping address the challenges of today's world." Alternative energy-Environmental remediation- Biotechnology-Agriculture-Biodefense and microbial forensics.
-"Humans are inextricably linked with the microbial communities that surround and support us.Many basic bodily processes depend on the trillions of microbes that colonize the human body beginning shortly after birth.The vast majority of the microbes that live in our bodies are not harmful-many,in fact,provide such essential functions as helping us digest food,break down toxins and fight off other diseases-causing microbes."
-"What is metagenomics ?" Metagenomics is an emerging field in which the power of genomic analysis (the analysis of all the DNA in an organism)is applied to entire communities of microbes,bypassing the need to isolate and culture individual microbial species.In its approach and methods,metagenomics transcends individual genes and genomes,enabling scientists to study all of the genomes in a community as a whole."
-"How does metagenomics work ?" Currently ,many metagenomics studies take the same first step : Researchers retrieve a sample from a particular environment (such as oil,seawater or the human mouth) and do a mass extraction of the DNA from all the microbes in the sample.<---->Typically ,once the DNA is extracted from a sample,laboratory bacteria are induced to take up and replicate the DNA,thus creating "a library" that contains pieces of the genomes of all the microbes in the sample.<----> This library consists of millions of random fragments of DNA from all the microbes in the sample community."
-"What scientists do with a library of genomes,or "metagenomes" depends on what they want to find out.
SEQUENCE-BASED METAGENOMICS.
....Focus on finding the entire genomic sequence found in a sample-the pattern of the four different nucleotide bases in the DNA strand.
FUNCTION-BASED METAGENOMICS.
...Screen for various functions,such as vitamins or antibiotic production.New antibiotics have already been discovered using this approach.Extraction and identification of novel proteins and metabolites from a microbial community is possible."
-"Applications :What metagenomics can do ?"
*The world within : learning from the microbial inhabitants of the human body.Study of the "human microbiome" can lead to new tools and guidelines in nutrition ,drug discovery and preventive medicine.
**Global impacts : The role of microbes in maintaining atmospheric balance .Photosynthetic bacteria remove CO2- which is a major greenhouse gas-from the atmosphere.
***Bioenergy : Harnessing microbial power Several types of microorganisms must work in concert to transform the cellulose from agricultural wastes into sugars.The sugars are fermented-also by microbes-to produce ethanol.Still other microbes produce a variety of potential energy sources including hydrogen,methane,butanol and even electric current.
****Smart farming : How microbes help our crops. In "suppressive soil" plants stay healthy even when disease causing organisms are present in high density.The activities of suppressive soil complex microbial communities are enormous beneficial to agriculture.Metagenomics offers a unique opportunity to explore how microbial communities interact with crops and may eventually lead to ways to harness the power of soil microbial communities to produce healthier and more rebust crops.
*****Cleaning up : Remediation of environmental contamination. Some microbes consume methanogen gas- a major greenhouse gas- which sweeps from landfills and swamps.Other microbes degrade the waste in sewage water at water treatment facilities.Communities of marine bacteria,similar to the soil microbes that degrade gasoline leaks on land,can help clean up oil spills in the Earth's oceans.
3- J.CRAIG VENTER - DE PIONIER.
www.answers.com/topic/craig-venter
J.Craig Venter werd geboren in Salt Lake City (Utah,USA) op 14.10.1946.Hij is een bioloog en zakenman.Niets liet vermoeden dat hij op het gebied van de biologie wereldberoemd zou worden.Uit zijn eerste levensjaren was dit allerminst evident tot hij een PH.D titel in farmacologie en fysiologie verwierf in 1975 aan de universiteit van San Diego (California).In 1984 begon hij bij het National Institute of Health (NIH) en als voorzitter van CELERA GENOMICS begon hij te werken aan het Human Genome Project met een door hem ontwikkelde technologie : de "Shotgun sequencing" (sequencing =bepaling van de volgorde van de nucleïnebasen in DNA).Hij werd de mededinger van Francis Collins van het NIH .Beiden werkten met verschillende methoden maar de oplossing van het Human Genome werd aan beide onderzoekers toegewezen door president Bill Clinton in 2000.Hij verliet Celera Genomics in 2002.In 1992 verwierf hij "The Institute for Genomic Research (TIGR)".Hij is nu voorzitter van de "J.Craig Venter Institute" en stichtte in 2005 "Synthetic Genomics".Hij is nu actief,met zijn schip de "Sorcerer II" in de "Global Ocean Sampling Expedition" om de genetische diversiteit van de microbiële gemeenschappen uit de zee in kaart te brengen.Dit werk is nu nog aan de gang.
In de genetica is de "Shotgun sequencing" (ook gekend als "shotgun cloning") een methode om de volgorde van de basenparen in lange DNA fragmenten te bepalen.De klassieke methode,afkomstig van de werken van Fred Sanger (Cambridge,UK) kan enkel dienen voor tamelijk korte fragmenten (100 tot 1000 basenparen).Langere sequenties moeten in kleinere fragmenten verdeeld worden en daarna terug aaneen verbonden worden tot volledige sequenties.De "Shotgun Sequencing" vereist aanzienlijke computer kracht en het overwinnen van een aantal inherente moeilijkheden..Deze methode heeft nochtans haar nut bewezen in de studie van het "Human Genome". Een citaat uit deze bron illustreert deze procedure:
-"Venter developed a method of deciphering genomes known as whole-genome "shotgun sequencing".The genome to be analyzed is broken into random,overlapping fragments of DNA that are a few thousands basepairs in length.Each fragment is sequenced,or read.Then the fragments are reassembled by a computer into their correct order.Although there were initially many sceptics, Venter's conviction that shotguning would be faster and just as accurate for much genomes deciphering proved to be true,and the technique is now widely used.In 1995 Venter and its team used the technique to obtain the first complete genome (DNA sequence) of an organism other than a virus,that of the bacterium Haemophilus Influenzae.In 2000,in collaboration with researchers at the university of California at Berkeley,het published almost the entire genome of the fruit fly Drosophila Melanogaster.In 2001 his team and a competing group published rough drafts of the Human Genome.<----->
September 2007 : First complete ( 6 billion letters) genome of an individual human.-Venter's own DNA sequence !
-OCEANIC METAGENOMICS COLLECTION. "SORCERER II : The search for microbial diversity roils the waters."
Craig Venter is not short of ambition .With the Human Genome fresh off the sequencing machines,he sets his sights on a project of even grander scale : to describe the immense wealth of genetic information living in the world's oceans.This voyage into biologically uncharted waters was inspired in part by the voyage of the Beagle.Venter,it seems,would like to be remenbered as the Charles Darwin of the 21st century.<----> The voyage has already turned up between 5 and 6 million genes.Most of the genes have never been seen before.<---->Many of the genes encode proteins that fall outside standard classification schemes.This project is revealing some of the biggest discoveries about the environment (dixit Craig Venter !)
-"THE SORCERER II : GLOBAL OCEAN SAMPLING (GOS) EXPEDITION. EXPANDING THE UNIVERSE OF PROTEIN FAMILIES."
PLoS Biology, March 2007,Vol.5,n°3,0432. www.plosbiology.org
SUMMARY.
The rapidly emerging field of metagenomics seeks to examine the genomic content of communities of organisms to understand their roles and interactions in an ecosystem.Given the wide-ranging roles of microbes play in many ecosystems,metagenomics studies of microbial communities will reveal insights into protein families and their evolution.Because most microbes will not grow in the laboratiry using current cultivation techniques,scientists have turned to cultivation -independent techniques to study microbial diversity.One such technique -shotgun sequencing - allows random sampling of DNA sequences to examine the genomic material present in a microbial community.We used shotgun sequencing to examine microbial communities in water samples collected by the Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedition (GOS).Our analysis predicted more than 6 million proteins in the GOS data-nearly twice the number of proteins present in current databases.These predictions add tremendous diversity to known protein families and cover nearly all known prokaryotic protein families;Some of the predicted proteins had no similarity to any currently known proteins and therefore represent new families.A higher than expected fraction of these novel families is predicted to be of viral origin.We also found that several protein domains that were previously thought to be kingdom specific have GOS examples in other kingdoms.Our analysis open the door for a multitude of follow-up protein family analyses and indicates that we are a long way from sampling all the protein families that exist in nature.
In deze blog waarin zeer veel aandacht geschonken werd aan de moleculaire biologie zou het onvergeeflijk zijn voorbij te gaan aan de bijdrage van Gregor Mendel en aan de zeer belangrijke tak van de erfelijkheid.Dit wordt in dit bericht behandeld Achtereenvolgens komen de volgende aspecten aan bod. 1-Personalia.-Wie was Gregor Mendel ? 2- Erfelijkheid. (Enkele basis opmerkingen). 3-De wetten van Mendel. 4-De erkenning van de Mendeliaanse overerving in de moderne synthese van de moleculaire biologie.
1-PERSONALIA.
Gregor Johann Mendel werd geboren op 22 juli 1822 in Heinzendorf (Silesië, Oostenrijkse keizerrijk),nu Hyncice (Brünn/Brno,Moravië,Tchechië) en stierf op 6 januari 1884 op 61 jaar in Brno tengevolge van een chronische nierziekte.Hij was afkomstig uit een rooms-katholiek duits sprekende familie als zoon van Antoon en Rosine Mendel.Hij had een oudere zuster en een jongere broeder.Zij leefden en werkten in een boerderij die aan de Mendel familie toebehoorde sedert minstens 130 jaar.Tijdens zijn kinderjaren werkte Mendel als hovenier en toonde veel interesse voor de natuur.In 1843 trad hij in de Augustijnen abdij St.Thomas in Brno.Bij zijn doopsel kreeg hij de naam Johann en koos de naam Gregor bij zijn intrede in het klooster.In 1851 ging hij studeren in Wenen en keerde terug naar zijn abdij om er te onderwijzen,voornamelijk de fysica.Gregor Mendel is gekend als de "vader van de moderne genetica".Hij voerde zijn experimentele studie over planten,in de eerste plaats met de erwtensoort "Pisum Sativum",in de tuin van de abdij.Over zijn werk wordt het volgende geciteerd :
-"Mendel read his paper "Experiments on Plant Hybridization" at two meetings of the Natural History Society of Brno in 1865.When Mendel's paper was published 1866 in Proceedings of the Natural History Society of Brno,it had little impact and was cited about three times over the next thirty five years. His paper was criticized at the time,but it is now considered as a seminal work."
-"At first Mendel's work was rejected ,and it was not widely accepted until after he died.The common belief at the time was that Darwin's theory of pangenes was responsible for inheritance."
-"Pangenesis was Charles Darwin's hypothetical mechanism for heredity.He presented this 'provisional hypothesis' in his 1868 work "The variation of Animals and Plants under domestication." and felt that it brought together a multitude of facts which are at present left disconnected by any efficient cause."
-"Pangenesis holds that body cells shed GEMMULES ,which collect in the reproductive organs prior to fertilization.Thus every cell in the body has a "vote" in the constitution of the offspring."
-"Pangenesis itself is now seen as deeply flawed and not supported by observation,yet it represents Darwin's attempt to explain diverse phenomena."
De pangenesis hypothese van Darwin over de erfelijkheid was tijdens de werken van Mendel nog aanvaard en dit is zeker een van de redenen waarvoor de wetten van Mendel eerst niet veel succes kenden.Men kan hierin Darwin niets verwijten omdat in zijn tijd niets gekend was over de genen,de chromosomen en DNA.Later werd alles wel veel duidelijker.
**************************************************************** Toen Mendel abt werd in 1868 was zijn wetenschappelijk werk grotendeels voltooid.Hij had dan ook andere belangrijke taken te vervullen en dit liet hem geen tijd meer over om wetenschap te beoefenen. De moderne synthese van de biologie gebruikt nu wel de Mendeliaanse Genetica.
2-ERFELIJKHEID.
De erfelijkheid is de som van alle biologische processen waardoor specifieke kenmerken overgedragen worden van ouders op nakomelingen.Ze kan uitgelegd worden door de genen ,de functionele eenheden van overerfbaar materiaal dat in de levende cel gevonden wordt.De verzameling genen die een nakomeling erft van beide ouders ,een combinatie van het genetisch materiaal van iedere ouder ,noemt men het "genotype" van een organisme.Het is verschillend van het "fenotype" die de uiterlijke uitdrukking is van een genotype in een organisme. (bv.structuur van het lichaam,fysiologische processen en gedragingen)Het fenotype is afhankelijk van de complexe interacties tussen de genen en de omgeving.De genetica neemt een centrale en belangrijke positie in de biologie waarin de Mendeliaanse overerving een prominente rol speelt.
3-MENDELIAANSE ERFELIJKHEID (GENETICA). DE WETTEN VAN MENDEL.
Het werk van Mendel is zeer sterk gebaseerd op de studie van de hybriden van verschillende planten variëteit,voornamelijk van Pisum Sativum (Erwten soort). Mendel volgde de overerving van enkelvoudige,gemakkelijk zichtbare en onderscheidbare kenmerken zoals rond vs.gerimpelde zaden,paarse vs.witte bloemen,gele vs.groene zaden enz...Zijn werk was hoofdzakelijk gekenmerkt door eenzeer zorgvuldige quantitatieve analyse van de experimentele gegevens. Hij bestudeerde op deze wijze de opvolging van de generaties : F 1=eerste generatie hybriden en kwam zo tot het begrip van "dominante" en "recessieve" kenmerken.Verder ontdekte hij in de tweede hybride generatie F 2 dat de recessieve kenmerken terug te voorschijn komen.Dit leidde tot de zeer belangrijke wetten van Mendel.De eerste wet van Mendel is de wet van de "segregatie".Deze wet bepaalt dat bij overerving de kenmerken (de genen) niet vermengd worden en contamineren elkaar niet.De tweede wet van Mendel is de wet van de "recombinatie" die bepaalt dat sortering van de genen onafhankelijk is.(assortment).Dit kan men illustreren als men de tweede generatie F 2 bekijkt van een plant met twee verschillende kenmerken.Dezelfde analyse kan ook voor organismen met meerdere kenmerken gemaakt worden maar de erfelijkheidsregels worden dan zeer complex.Het is niet voor niets dat de erfelijkheidsleer een de moeilijkste hoofdstukken van de biologie is.
-"Mendel 's conclusions were largely ignored.Although they were not completely unknown to biologists of the time,they were not seen as generally applicable,even by Mendel himself,who thought they only applied to certain categories of species or traits.A major block to understanding their siginficance was the importance attached by 19th centuty biologists to the apparent blending of inherited traits in the overall appearance of progeny,now known to be due to multigene interactions,in contrast to the organ-specific binary characters studied by Mendel".
-"Thomas Hunt Morgan later integrated the theoretical model of Mendel with the chromosome theory of inheritance,in which chromosomes of cells were thought to hold the actual heredity material,and create what is known as "classical genetics"",which was extremely successful and cemented Mendel's place in history."
-"Without his careful attention to procedure and detail,Mendel's work could not have had the impact it made on the world of genetics."
MENDEL'S LAWS. LAW OF SEGREGATION.
-"The law of segregation states that when any individual produces gametes,the copies of a gene separate,so that each gamete receives only one copy.A gamete will receive one allele or the other.The direct proof of this was later found when the process of meiosis came to be known.In meiosis the maternal and paternal chromosomes get separated and the allele with the characters are segregated into different gametes."
LAW OF INDEPENDENT ASSORTMENT.
-"The law of independent assortment ,also known as "Inheritance law" ,states that alleles of different genes assort independently of one another during gamete formation.While Mendel's experiments with mixing one trait always resulted in a 3:1 ratio between dominant and recessive phenotypes,his experiments with mixing two traits (dihybrid crossing) showed 9:3:3:1 ratios.But the 9:3:3:1 table showed that each of the two genes are independently inherited with a 3:1 ratio.Mendel concluded that different traits are inherited independently of each other, as that there is no relation for example between a cat's color and tail length.This is actually only true for genes that are not linked to each other."
4-ERKENNING VAN DE MENDELIAANSE OVERERVING.
Het belang van de werken van Mendel werd herkend in het begin van de 20e eeuw.Zijn werk werd herontdekt door Hugo de Vries en Carl Correns.Het was echter William Bateson die het meeste deed ten gunste van de theorie van Mendel.Het woord " genetics" komt toe aan W.Bateson.
Mendeliaanse erfelijkheid in de dierenwereld./Thoma Hunt Morgan en de fruitvlieg DROSOPHILA MELANOGASTER. www.answers.com/topic/thomas-hunt-morgan
Thomas Hunt Morgan is geboren in Lexington,Kentucky (USA) in 1866 en gstorven in 1945 in Pasadena ,Californië (USA).Hij was een der bekendste genetici van deze periode.
Citaten over het werk van Thomas H. Morgan:
-"To attack the issue of heredity,Morgan chose to work with the fruitfly,Drosophila Melanogaster.This fly requires little space,breeds quickly,has many observable characteristics and has only 4 chromosomes,making it an ideal model organism for genetics studies....Beginning in 1908 ( he) proved that chromosomes do indeed carry the genes,that genes are discrete physical things arranged in chromosomes like beads on a string,that genes change places on the chromosomes , that mutations are fully inherited and that mutations can be caused by exposure to high-energy radiation or other environmental phenomena."
-"The (story) began with the discovery of a single white-eyed male fly among the many thousands of normal red-eyed ones.(A lucky discovery ! ). Morgan bred this mutant male with red-eyed female.All of the offspring were red-eyed ones,indicating that the white form of the gene (called the white allele) was recessive to the dominat allele .Flies carried the mutant allele,but its effects did not show up.When these offspring were crossed the ratio of red to white was 3 : 1,just what would be expected for a classical recessive trait."
-"However,Morgan noted an unusual fact about the white-eyed flies : all of them were male.Morgan knew that the female Drosophila had 2 so called X chromosomes,while the male has only 1.Combining this fact with the discovery that only males showed the white-eyed trait he reasoned that the white- eye mutant allele must be on the X-chromosome.Males show the white-eye trait because the mutant white allele is the only one they have - they don't have a second X chromosome with a normal red allele.Females rarely shows the white eye trait,because they have a normal red eye allele on the other chromosome."
LINKAGE AND CHROMOSOME MAPPING.
-"The discovery of more mutated genes allowed Morgan to explore how genes are arranged on the chromosomes,and to discover an exception of Mendel's law of inheritance.Mendel had proposed the law of independent assortment stating that the alternative forms of different traits (such as round vs.wrinkled pea seeds and short vs. tall plant height) seperate and recombine independently of each other,so that,for instance,obtaining a wrinkled tall plant is just as likely as obtaining a wrinkled short plant.Morgan found that this was not always true.Rather,certain combinations of alleles are very unlikely to be separated from each other,a fact that is attributed to co-inheritance of two alleles on the same chromosome.While alleles on separate chromosomes assort independently,as Mendel predicted,those on the same chromosome travel together unless separated."
-"However,Morgan noted that specific allele combinations didn't always stay together...Chromosomes sometimes exchange segments.This phenomenon is known as crossing over (occurring only during meiosis)."
-"The likelihood of two alleles becoming separated during cross over was proportional to the distance between them.In other words,the closer they are,the more likely they will stay together,and the further apart they are the more likely they will separate....In this way,the relative distances of genes can be determined,providing a "linkage map" of the chromosomes."
Morgan was able to demonstrate that genes are carried on chromosomes and are the mechanical basis of heredity.These discoveries formed the basis of the modern science of genetics.When he was awarded the Nobel Prize in Physiology and Medicine in 1933 he was the first person awarded the prize in genetics,for his discoveries concerning the role played by the chromosomes in heredity.
Door zijn werken over de Mendeliaanse erfelijkheid uit te breiden tot het dierenrijk,namelijk tot de Drosophila, toonde hij aan dat de wetten van Mendel slechts in selecte gevallen geldig zijn.Er zijn talrijke uitzonderingen waarvan de studie door Morgan geleid heeft tot twee zeer belangrijke aspecten van de genetica,namelijk : de "Linkage theory"" en de "Cross over theory" met als gevolg de opstelling van de "Chromosome Mapping".
-"The X-linked inheritance,in which white-eyed flies showed a sex-linked inheritance of the trait in a modified 3 : 1 ratio was found in 1920.In other words,cross-breeding hybrid red-eyed flies resulted in all females offspring having red eyes,whereas half of the male offspring had white eyes.Morgan explained this modified ratio by proposing that the the red eye color genes are carried on the X-chromosome,of which females have 2 but males have only 1.The female's two X chromosomes can be homozygotous (the genes carried are AA or aa) or heterozygotous (the genes carried are Aa) for a X-linked gene.Males are always homozygous,because the small Y chromosome lack almost all the genes found on the X chromosome.Thus they can carry only one gene for the trait : AY or aY.Since males can carry no second copy of the gene for the trait,they will express the white-eyed trait if they inherit the gene for it from a hybrid red-eyed parent.This discovery further strengthened the case in favor of the chromosomal theory of inheritance."
Biologie 11 - DNA-THE SECRET OF LIFE/JAMES D.WATSON
1-INLEIDING.
In het Cavendish Laboratory (U.K) ontdekten James Watson en F.Crick samen de structuur van DNA-De dubbele helix in 1953.Dit werd op magistrale wijze verteld door James Watson in zijn "best-seller" van 1968 :"The double Helix :A personal account of the discovery of the structure of DNA."Dit werd behandeld in hel Blog Bericht-Biologie 8.Sinds 1953 is deze uitvinding aan de basis geweest van de stormachtige ontwikkeling van de moleculaire biologie in de 20e eeuw. Ter gelegenheid van de vijftigste verjaardag van de "Dubbele Helix" in 2003 verscheen het boek van James Watson :" DNA-The secret of life."Watson is sinds 1953 permanent actief geweest in de moleculaire biologie in tal van locaties maar vooral in Cold Harbor Laboratory,Long Island (New York,USA).In "The secret of life" geeft hij een uiterst boeiend relaas van de laatste 50 jaar.Hij doet dit met enthousiasme en op een manier die de geïnteresseerde lezers,met enige kennis van biologie,zullen appreciëren.Dit boek is dus een MUST.In de "Introduction" maakt James Watson enkele opmerkingen die zeer belangrijk zijn en die de moeite waard zijn geciteerd te worden.
-"Our discovery put an end to a debate as old as the human species: does life have some magical ,mystical essence,or is it ,like any chemical reaction carried out in a science class,the product of normal physical and chemical processes ? Is there something divine at the heart of a cell that bring it to life ?The double helix answered that question with a definitive NO."
-"Life is simply a matter of chemistry."
-"<We> were quick to grasp the intellectual significance of our discovery,but there was no way we could have foreseen the explosive impact of the double helix on science and society.Contained in the molecule's graceful curves was the key to molecular biology,a new science whose progress over the subsequent fifty years has been astounding."
-"....The climax of the first fifty years of the DNA revolution came on Monday,June 26,2000,with the announcement by U.S.President Bill Clinton of the completion of the rough draft sequence of the human genome :"Today we are learning the language in which God created life.With this profound new knowledge,humankind is on the verge of gaining immense new power to heal."".
-"...It is also clear that the science of molecular biology -what DNA can do for us-still has a long way to go."
In de vier eerste hoofdstukken beschrijft en becommentarieert James Watson de beginfase van de ontdekking : de vroegere evolutiegeschiedenis, de ontdekking van de dubbele helix en van de genetische code en de eerste stappen van de "Recombinant DNA" techniek. In de volgende hoofdstukken komt de invloed van de DNA sructuur op de maatschappelijke evolutie aan bod.(Biotechnologie,genetische gemodificeerde organismen in de landbouw,het Human Genome en zijn implicaties in de studie van de evolutie en de oorsprong en verleden van de menselijke ras,DNA in de gerechtszaken,de opsporing van de genen die ziekten veroorzaken en de genetische therapie)(5-12).Tenslotte in de hoofdstukken 13 en 14 komen meer ethische problemen aan bod : "Nature vs.Nurture","Our genes and our future.".Bij ieder van deze diverse hoofdstukken heeft James Watson zijn eigen visie duidelijk weergegeven.Het hoeft geen betoog dat niet iedereen met zijn standpunten akkoord is.Dit is niet noodzakelijk zolang iedereen de eerlijkheid en de wetenschappelijke waarde van James Watson erkent. en hem beschouwt als een van de grote reuzen van de moleculaire biologie van de 20e eeuw,in opvolging vooral van Charles Darwin en Gregor Mendel om maar deze twee te noemen.Uit de 14 hoofdstukken van "The secret of life" worden nu belangrijke citaten weergegeven.Een uitgebreide beschrijving van het leven en het werk van James Watson tot 2007 kan ook gevonden worden via www.answers.com/topic/james-watson
2-BEGINNING OF GENETICS :FROM MENDEL TO HITLER. (Erfelijkheid/Genetica)
In het eerste hoofdstuk van "The secret of life" gaat de aandacht van James Watson naar de beginperiode van het zoeken van een uitleg voor de erfelijkheid bij Charles Darwin.Voor zijn werk over de evolutie zocht Darwin een verklaring voor de erfelijkheid in duistere ,wetenschappelijk niet bewezen richtingen zoals "pangenesis" en preformationism".Deze zoektocht duurde tot 1853 toen zijn meesterwerk over de evolutie :"On the origin of species." verscheen.Een andere mijlpaal werd bereikt toen de tchechische monnik Gregor Mendel zijn beroemde wetten afleidde uit zijn studie van de erwten (Pisum Sativum) in de tuin van zijn klooster in Brno (Brünn) .Zijn baanbrekend werk kende geen onmiddellijk succes en raakte maar moeilijk bekend.Slechts rond 1900,met de visualisatie van de chromosomen,via verbeterde microscopische technieken,begon men de wetten van Mendel te aanvaarden.De overerfbare entiteiten noemde men toen "genen".Deze waren blijkbaar te vinden op de chromosomen.Er volgde nog een lange zoektocht naar de structuur van het genetisch materiaal tot de beruchte datum 1953 en de ontrafeling van de dubbele helix.Hier volgen enekele citaten uit dit hoofdstuk over erfelijkheid:
-"An understanding of the actual mechanism of genetics proved a tougher nut to crack.Gregor Mendel (1822-1884) published his famous paper on the subject in 1866 (and it was ignored by the scientific community for another thirty-four years).Why did it take so long ? .....Perhaps most important was the failure by early biologists to distinguish between two fundamentally different processes ,heredity and development."
-"Broken down in terms of academic disciplines ,genetics focuses on the information and developmental biology focuses on the use of that information."
Het werk vanMendel situeerde zich in de plantenbiologie en Thomas Hunt Morgan breidde het onderwerp uit tot het dierenrijk met zijn befaamde studie van de fruitvlieg "Drosophila melanogaster";
EUGENETICA EN RACISME.
De werken van Darwin en Mendel zijn niet zonder gevolg geweest en hebben invloed gehad in de sociale betekenis van de genetica.Het werk van Mendel is vooral nauw verbonden met de hele ontwikkeling van de veredeling van planten en dieren en kon uiteraard ook niet zonder gevolg blijven voor de "veredeling" van de menselijke ras.Het was vooral in de victoriaanse periode in Engeland ,op het einde van de 19e eeuw ,dat deze gedachte ingang vond.Het was vooral FRANCIS GALTON ,een vriend en neef van Darwin,die de bezieler was van wat hij noemde in 1883 "EUGENICS".Er valt veel te zeggen over Francis Galton en zijn eugenetica.Hij had ermee geen slechte bedoelingen.Er zijn twee soorten eugenetica : de positieve en de negatieve.Beiden hebben tot doel de verbetering van het menselijk genetisch patrimonium.Nu is "EUGENETICA" een verfoeide denkrichting,vooral tengevolge van de racistische toepassing ervan door de Nazi's.Er zijn echter ook sporen van eugenetica te vinden in de Verenigde Staten (USA) (rond 1910 vooral) maar ook in Zweden.Hierover schrijft James Watson het volgende:
-"Racism is not implicit to eugenics-good genes,the one eugenics seeks to promote ,can in principle belong to people of any race.......The prominent practitioners of eugenics tended to be racists who used eugenics to provide a "scientific" justification" for their racist views."
-"Eugenics ultimately proved a tragedy for humankind.It also proved a disaster for the emerging science of genetics."
-".....In fact,despite the prominence of eugenicists ,many scientists had criticized the movement and dissociated themselves from it...Eugenics had lost its credibility in the scientific community long before the Nazis's appropriated it for their horrific purposes."
3-THE DOUBLE HELIX : THIS IS LIFE.
In het weede hoofdstuk vertelt James Watson hoe een klein boekje ,verschenen in 1944,de richting van zijn loopbaan als bioloog beïnvloed heeft.Het was het boek van de grote fysicus,vader van de golfmechanica,Erwin Schrödinger : "What is life ?" De basis ideeën van Schrödinger (S) waren:
-"S.argued that life could be thought of in terms of storing and passing on biological information.Chromosomes were thus simply information bearers.Because so much information had to be packed into every cell, it must be compressed into what S. called a "hereditary code-script" embedded in the molecular fabric of chromosomes..To understand life ,then,we would have to identify these molecules,and crack their code."
Het boek van Schrödinger heeft een enorme invloed gehad op zeer veel wetenschappers in de biologie sector.Het loont de moeite te vermelden dat Francis Crick en Maurice Wilkins,mede Nobel winnaars met James Watson, bij deze behoren.Verder gaat James Watson dieper in de evolutie van zijn loopbaan als bioloog.Hij heeft zeer veel grote wetenschappers in deze sector ontmoet.Zijn studie begon met het onderzoek van bacteriofagen bij Salvatore Luria en evolueerde daarna om uiteindelijk de geraken in het Cavendish Laboratory in Cambridge (U.K).Belangrijke actoren voor de ontwikkeling van zijn loopbaan waren o.a.zoals vermeld,Salvatore Luria maar ook Max Delbrück,Max Perutz en John Kendrew,om maar enkele van de voornaamsten te noemen.Verder geeft James Watson een overvloed aan details en anecdoten over zijn werk in Cambridge.Het is ook vooral interessant te vermelden de sprint in de race om als eerste de structuur van DNA te ontrafelen (eerder dan Linus Pauling uiteraard !!).Het is een goede aanvulling van zijn "best-seller" van 1968: "The double helix.-A personal account of the discovery of the stucture of DNA."Het is wel aangewezen dit paragraaf te beïndigen met het volgende citaat:
-"The dicovery of the double helix sounded the dead knell (de doodsklok) for vitalism.Serious scientists ,even those religiously inclined,realized that a complete understanding of life would not require the revelation of new laws of nature.Life was just a matter of physics and chemistry,albeit exquisitely organized physics and chemistry.The immediate task ahead would be to figure out how the DNA -encoded script of life went about its work.How does the molecular machinery of cells read the message of DNA molecules ?"
4-READING THE CODE : BRINGING DNA TO LIFE .
Na de ontrafeling van de structuur van DNA,toen bleek dat de sleutel van de genetica vervat was in de volgorde van de nucleotide basen onder de vorm van een code,werd het volgend dringend probleem het mechanisme van deze code te achterhalen .De weg naar de link tussen deze informatie uit de code van DNA en de erfelijkheid heeft lange jaren onderzoek gevraagd en is nauw verbonden met het werk van Gregor Mendel waarvoor bij zijn bekendmaking nog geen verklaring bestond.Belangrijke namen van biologie onderzoekers zijn met deze zoektocht verbonden.
-"Knowing that the biochemical synthesis is governed by proteIn enzymes that promotet he individual incremental chemical reactions along the metabolic pathways ,Beadle and Tatum suggested that each mutation they discovered had knocked out a particular enzyme.And since mutations occur in genes ,genes must produce enzymes.-<one gene,one enzyme !>"
-"The first suggestion that genes might provide the information for ALL proteïns came from Linus Pauling."
-"Pauling was able to refine Garrod's notion of < inborn errors of metabolism> by recognizing some to be what he called <molecular diseases> (ex.sikle-cell anemia)."
Om tot een duidelijk schema te komen moet de rol van RNA in de proteïne synthese uitgeklaard worden want proteïnen worden gevormd buiten de celkern waar DNA zit verborgen.Sidney Brenner speelde een grote rol in dit verband.Het is nu algemeen aanvaard dat RNA gecopieerd wordt (transcriptie) via DNA in de kern.Zo ontstaat messenger RNA dat migreert naar het cytoplasma en daar leidt tot de vorming van proteïnen met behulp van transfer RNA's die voor ieder aminozuur als tussenstap fungeren.Dit alles treedt op in de ribosomen die uit RNA en proteïnen bestaan.Dit is slechts een verkorte versie van het verhaal.Er komt nog veel meer bij kijken en andere belangrijke actoren hebben een bijdrage geleverd.(*).De ganse geschiedenis is weergegeven in hoofdstuk 3 van :"DNA-The secret of Life.".Het volstaat hier de laatste paragraaf van dit hoofdstuk te citeren.
-"Molecular biology had come a long way in its first twenty years after the discovery of the double helix.We understood the basic machinery of life and we even had a grasp on how genes are regulated.But all we had been doing so far was observing;we were molecular naturalists for whom the rain forest was the cell-all we could do was describe what was there.The time had come to become proactive .Enough observation : we were beckoned (to beckon=lonken naar) by the prospect of intervention,of manipulating living things.The advent of recombinant DNA technologies,and with them the ability to tailor DNA molecules would make all this possible."
Dit is de beste overgang naar het volgend hoofdstuk gewijd aan de baanbrekende techniek genaamd: "Recombinant DNA technology.".
-Oswald Avery : Hypothese dat DNA was "the transformic factor" in genetica (1944). -Archibald Garrod : -Alkaptonurie is een <inborn error of metabolism>; -Herontdeking van de wetten van Mendel. -G.Beadle en E.Tatum :Studie van de geïnduceerde mutaties. -Paul Zamecnik : Identificaties van de ribosomen als plaatsen waar de synthese van de proteïnen gebeurt. -Marshall Nirenberg en G.Khorana :Ontdekking van de drie letter code van de codons. -J.Monod,F.Jacob : lac Operon als voorbeeld van gen "switching".
5-PLAYING GOD.-CUSTOMIZED DNA MOLECULES.
Het hoofdthema van dit gedeelte is "Recombinant DNA".Na de structuur van de dubbele helix ontrafeld te hebben en de genetische code verklaard te hebben,wat gingen de biologen met die kennis doen en met welke techniek ?De grootte van de DNA molecules stelt de biologen voor een groot probleem.Men moest over een middel beschikken om een gen - een specifieke deel van DNA - te isoleren en te vermenigvuldigen om ermee te kunnen werken.
-"In essence we needed a molecular editing system : a pair of molecular scissors that could cut the DNA text into manageable sections;a kind of molecular glue pot that would allow us to manipulate those pieces,and finally a molecular duplicating machine to amplify the pieces that we have cut out and isolated."
Hier geeft James Watson in een notedop waarover het gaat.Alles kwam in een stroomversnelling toen de "Recombinant DNA" technologie bij toeval (serendipity) ontdekt werd in 1973.Alles begon toen Arthur Kornberg in 1950 de DNA polymerase ontdekte.Hiermee was hij in staat een complementaire keten van een ontvouwde helix te maken.Met nog een belangrijk element (ligase) kon Kornberg een "kunstmatig" viraal DNA bekomen.Dit inspireerde President Lyndon Johnson de ontdekking te kenmerken als een "Awesome achievement".Een belangrijk element was ook de ontdekking van de "restriction enzymes" die specifieke sekwenties kunnen doorknippen op wel gekende plaatsen.Het hele plaatje is echter ingewikkelder dan dat en voor de volledige beschrijving is het aangewezen te refereren naar gespecialiseerde basis boeken. Om toch volledig te zijn moet ook de ontdekking van de "plasmiden" door Stanley Cohen in 1971 vermeld worden waarmee een weg naar resistentie genen tegen antibiotica gevonden werd.
-"By the early seventies ,all the ingredients to make "recombinant DNA" were in place.First we could cut DNA molecules using restriction enzymes and isolate sequences (genes) we were interested in ; then ,using the ligase,we could glue that sequence into a plasmid;.....Finally ,we could copy our piece of DNA by inserting that same plasmid into a bacterial cell.Ordinary bacterial cell division would take care of replicating the plasmid with our piece of DNA just as it would the cell's own inherited genetic materials.Thus starting with a single plasmid transplanted into a single bacterial cell,bacterial reproduction could produce enormous quantities of our selected DNA sequence.As we let that cell reproduce and reproduce,ultimately to grow into a vast bacterial colony consisting of billions of bacteria,we would be simultaneously creating billions of copies of our piece of DNA .The colony was thus our DNA factory !".
Een groot moment was de ontmoeting van Stanley Cohen en Herb Boyer in 1972.Zo ontstond de 'Recombinant DNA technology".
-"But while Cohen and Boyer may indeed have opened our eyes to extraordinary scientific vistas,they had also opened a Pandora's box ?Where there undiscovered perils in molecular cloning ?....Could we in good conscience simply turn a deaf ear to the cry of the alarmists,that we were creating bacterial Frankensteins ?"
Deze problematiek werd wel ernstig genomen en leidde tot initiatieven ,gestart door toedoen van Paul Berg (Stanford University-Medical School) (1973). Hieruit ontstond de beruchte "Moratorium Letter".
-"....Scientists throughout the world to suspend voluntarily all recombinant studies until the potential hazards of such recombinant DNA molecules have been evaluated or until adequate methods are developed for preventing their spread."
Dit leidde in 1975 tot de "Asilomar Conference" in Pacific Grove (California) waar bitter gediscussieerd werd oa. tussen "prolong the moratorium or the moratorium be damned,let's get on with science !" Volgens James Watson :
-"I now felt that it was more irresponsible to defer research on the basis of unknown and unquantified dangers.There were desperately sick people out there,people with cancer or cystic fibrosis-what gave us the right to deny them perhaps their only hope ? (Gene therapy)"
Daarna werden methoden gevonden om aan deze problematiek te verhelpen (bv.de studie van "safe bacteria").Een essentiele doorbraak was de uitvinding van methoden om de DNA sekwenties te lezen.Twee technieken werden simultaan ontwikkeld,deze van Wally Gilbert van Harvard (USA) en deze van Fred Sanger van Cambridge (UK).
-"Sequencing would confirm one of the most remarkable finding of the 70's."
-"From 1981 on the expansion of molecular biology such as in Cold Spring Harbor Laboratory reflected the birth of a brand new industry :"Biotechnology".After 1975,DNA was no longer solely the concern of biologists trying to understand the molecular underpinning of life.The molecule moved beyond the academic cloister inhabited by white-coated scientists into a very different world populated largely by men in silk ties and sharp suits."
6-DNA,DOLLARS AND DRUGS-BIOTECHNOLOGY.
In 1976 was alles klaar om de volgende doorbraak mee te maken:het resultaat was een heel nieuwe industrie die gekend werd als Biotechnologie.Het enthousiasme van de initiatiefnemers werd wat getemperd door Stanley Cohen die de opmerking maakte dat de commerciële toepassingen nog verschillende jaren op hen zouden laten wachten maar zonder succes want de start was al gegeven.Dit wordt als volgt door James Watson beschreven:
-"The basic proposition was extraordinarly simple : Find a way to use the Cohen-Boyer technology to produce proteins that ara marketable.A gene for a "useful" protein -say one with therapeutic value,such as human insulin- could be inserted in to a bacterium,which in turn would start manufacturing the protein.Then it would just be a matter of scaling up production,from petri dishes in the laboratory to vast industrial-size vats,and harvesting the protein as it was produced."
Het eerste biotechnologie bedrijf kreeg de naam "Genentech" of "genetic engineering technology".Insuline beloofde een biotechnologische goudmijn te zijn.Kort daarna ontstond een tweede biotech bedrijf : Biogen (1978).Er moest nog een groot hinderpaal overwonnen worden,namelijk hoe rekening te houden met de "introns" in menselijke genen die moesten verwijderd worden om een bruikbare insuline te vormen.Diverse technieken om hieraan te voldoen werden ontwikkeld.Een ervan was de truc gebruik te maken van "reverse transcriptase" die RNA terug DNA kan vormen.Een belangrijke vraag werd snel gesteld:
-"Certain questions were soon bound to be asked: Should professors be permitted to enrich themselves on the basis of work done in their university's facilities ?Would the commercialization of academic science create irreconciliable conflicts of interest ?"
De patentkwestie was een andere "hot topic" ,zoals goed geïllustreerd wordt door James Watson:
-"Genentech's insulin triumph put biotechnology on the map.A quarter of a century later,genetic engineering with recombinant DNA technology is routine part of drug-discovery industry.These procedures permit the production of large quantities of human proteins ,which are otherwise difficult to acquire.in many cases,the genetically engineered proteins are safer for therapeutic and diagnostic uses than their predecessors."
De biotechnologie wordt verder door talrijke voorbeelden geïllustreerd,de ene met de onvermijdelijke nadelen en de andere met onverhoopt succes zoals Herceptin ,een monoclonaal antibody (MAb) tegen borstkanker.De lectuur van dit hoofdstuk is meer dan de moeite waard.
-"Developing a drug that inhibits a desired target without disabling other vital proteins is a formidable challenge even for the best of medicinal chemists." (Important for attacking cancer)... -"Succes stories are hard to come by,but will become more common (ex.Novartis Gleevec against a blood cancer called chronic myeloid leukemia-CML) by specifically blocking the growth-stimulating activity of membrane receptor proteins that are overproduced by cancerous cells of this type."
-"Another exciting new frontier in biotechnology involves improving on natural proteins.Why be content with nature's design,arrived at by sometimes arbitrary and now irrelevant evolutionary pressures,when a little manipulation might yield something more useful ?Starting with an existing protein,we now have the ability to make slight alterations in its amino acid sequence......Here we can return to nature's example for a solution : a procedure known as "directed molecular evolution mimics natural selection in the test tube."
7-TEMPEST IN A MEALBOX.-GENETICALLY MODIFIED AGRICULTURE.
De biotechnologie,ontstaan na de ontwikkeling van de "Recombinant DNA" techniek,wordt in de volgende hoofdstukken geïllustreerd door specifieke voorbeelden.Het eerste die aan bod komt is de toepassing in de landbouw.Die is ontstaan voornamelijk als oplossing voor de plaag die de katoenkwekers in de USA trof.James Watson beschrijft dit als volgt:
-"Genetic engineering has produced crops plants with onboard pest resistance.The environment is the big winner because pesticide use is decreased,and yet paradoxically organisations dedicated to protecting the environment have been the most vociferous in opposing the introduction of the so-called genetically modified (GM) plants."
Het eerste voorbeeld dat uitvoerig beschreven wordt is dat van de bacterie "Agrobacterium Tumefaciens" waarmee Marc Van Montagu en Jef Schell (Univ.Gent) roem verworven hebben.Watson geeft heel duidelijk voldoende aandacht aan de realisatie van deze belgische biologen.(Zie ook Blog/Biotechnologie).De mogelijkheden geboden door Agrobacterium tumefaciens worden hier duidelijk beschreven.
-"Its bizarre parasitic lifestyle might hold the key to getting genes into plants."
Andere methoden worden ook beschreven (bv."Gene Gun").Toepassingen voor koren,maïs en onkruid worden uitvoerig besproken.Enkele citaten zijn het vermelden waard:
-"As the GM food debate swirls around us,it is important to appreciate that our custom of eating food that has been genetically modified is actually thousands of years old.In fact,both our domesticated animals,the source of our meat ,and the crop plants that furnish our grains,fruit and vegetables,are very far removed genetically from their wild forbears." (Het loont de moeite dieper over dit citaat na te denken !)
-"One ingenious organic method relies on a toxin derived from a bacterium-or often,the bacterium itself- to protect plants from insects attacks.(Bacillus Thurigiensis) (Bt)......Today we have a whole range of Bt designer crops ,including "Bt corn","Bt potato","Bt cotton" and "Bt soybean" and the net effect has been a massive reduction in the use of pesticides."
-"A meaningful evaluation of GM food should be based on scientific considerations,not on political or economic ones."
In dit hoofdstuk is nog veel meer te vinden maar het standpunt van James Watson is wel heel duidelijk;men kan dit dus hierbij laten. In de andere hoofdstukken wordt de "Recombinant DNA" techniek beschreven in de zoektocht naar de genetica van de menselijke ziekten en in de behandeling ervan.
-"Gene Hunting : The genetic of human diseases". -"Defying disease : Treating and preventing genetic disorders (Gene Therapy)."
De rest van het boek hoort beter thuis bij een paragraaf over Bioethiek.
Toen,in 1953,de structuur van DNA ontrafeld werd door J.D.Watson en F.Crick (zie Bericht,Blog/De dubbele helix) en kort daarna de code van deze belangrijke molecule bekend werd,begon de stormachtige ontwikkeling van de moleculaire biologie.Zeer snel werd het centraal dogma ervan voorgesteld en aanvaard,vooral onder impuls van Francis Crick.Volgens dit dogma ging het als volgt : DNA/RNA/PROTEÏNE.Het duurde echter niet lang om in te zien dat dit dogma nogal simplistisch was.De weg van DNA naar proteïne was wel ingewikkelder dan eerst gedacht.Er komen tal van aspecten bij kijken tussen DNA en de uiteindelijke proteïnen.
2-DEFINITIE.
De laatste jaren is het aantal informaties over epigenetica gestaag toegenomen en men kan er zich aan verwachten dat dit in de 21e eeuw nog aan belang zal winnen.Het is ook niet moeilijk een definitie te vinden voor deze actuele tak van de moleculaire biologie.Volgens Microsoft Encarta-Winkler Prins 2007 is in de genetica een epigenetische verandering een fenotypische verandering ten gevolge van variabele genexpressies zonder dat daarbij sprake is van een verandering van het genotype.Uit de weelde aan teksten over "epigenetica" is "Epigenetic:The science of change." zeker aangewezen om klaarheid in de begrippen te scheppen. www.ehponline.org
-"The word "epigenetic" literally means...in addition to changes in genetic sequences...The term has involved to include any process that alters gene activity without changing the DNA sequence and leads to modifications that can be transmitted to daughter cells-although experiments show that some epigenetic changes can be reversed-."
-"Epigenetic processes are natural and essential to many organism functions but,if they occur improperly,there can be major adverse health and behavioral effects."
3-MECHANISMEN.
Er bestaan talrijke epigenetische mechanismen om de expressie van de genen in DNA te beïnvloeden.Deze mechanismen berusten zowel op processen op het niveau van DNA zelf als op invloeden van het externe milieu.Vooraleer in te gaan op een beschrijving van diverse belangrijke mechanismen is het verhelderend het "lac operon" voor ogen te hebben (J.Monod,F.Jacob,A.Lwoff).
-"lac OPERON".
In het genome van talrijke organismen is er een gen verantwoordelijk voor de vorming van een messenger RNA (door transcriptie) die in het cytosol leidt tot de productie van een enzyme (proteïne),bv.galactosidase,vereist voor het metabolisme van lactose.Om RNA te vormen moet de expressie van het gen geactiveerd worden.Normalerwijze is er in het DNA een "repressor" aanwezig die de transcriptie blokkeert (de repressor is doorgaans een speciale proteïne).Om tot de vorming van galactosidase te komen moet deze repressor gedesactiveerd worden.Dit gebeurt in de aanwezigheid van lactose (dus een externe invloed op de expressie).Pas daarna kan lactose gemetaboliseerd worden.Als er geen lactose is treedt de repressor terug in actie.Dergelijke mechanisme bestaan ook voor andere facetten van de DNA expressie.Men heeft hier dus een duidelijk voorbeeld van een epigenetische verandering geïnduceerd door het externe milieu.
-EXTERNE MECHANISMEN.
DNA methylering en chromatine omvorming. Er zijn nog veel andere verschillende manieren om de regulering van de uitdrukking van de gene te komen (gen expressie).Een ervan is de omvorming van chromatine (het complex van DNA en histone proteïnen die zorgen voor de compacte vorm van DNA om in de celkern te kunnen geïntroduceerd worden).Deze omvorming kan optreden tijdens de modificatie van de aminozuren waaruit de histonen bestaan (posttranslatie modificatie) of door additie van methyl groepen aan het DNA op CpG siten (cytosine-fosfor-guanine) waardoor 5-methylcytosine ontstaat.De rol van methylering in de expressie van de genen kan niet voldoende als heel belangrijk bestempeld worden;Er zijn verschillende omvormingen van histonen bekend waaronder o.a. acetylering zeer belangrijk is.
-"Many types of epigenetic processes have been identified,they include methylation,acetylation,phosphorylation etc...Perhaps the best known epigenetic process is methylation,in part it is easiest to study with existing technology in DNA.This is the addition or removal of a methyl group (CH3),predominantly where cytosine bases occur consecutively.Another significant epigenetic process is chromatin modification.Chromatin is the complex of proteïns (histones) and DNA that is thightly bundled to fit into the nucleus.This modification alters the chromatin structure to influence gene expression.In general,tightly folded chromatin tends to be shut down or not expressed,while more open chromatin is functional or expressed."
-INTERNE DNA MECHANISMEN.
Mechansimen om de gen expressie te beïnvloeden doen ook beroep op elementen die via DNA gevormd werden.In het genome van alle organismen liggen,verspreid in de DNA moleculen,een groot aantal fragmenten die op eerste zicht niet coderen en die men lang als "junk" DNA beschouwde.Het feit dat ze sinds lang bestaan doet echter vermoeden dat ze wel een rol zouden kunnen spelen.De laatste jaren is het meer en meer duidelijk dat dit wel het geval is.Een aantal kleine RNA stukken kunnen ontstaan door transcriptie van delen van het "junk" DNA .Het gaat dan over verschillende micro RNA's waarvan bewezen werd dat ze belangrijk zijn voor de gen expressie.Een voorbeeld werd vermeld in het bericht over "Biotechnologie" waarin de werking van RNAi bij de bestrijding van een insecten plaag bij planten beschreven werd.Ook vanuit introns,stukken niet coderende DNA ingebed tussen de coderende exons van messenger RNA,kunnen dergelijke micro RNA's gevormd worden.De laatste jaren was interessante informatie te vinden in Scientific American.Representatieve uittreksels hiervan verduidelijken deze interne expressie mechanismen.
A/The unseen genome : gems among the junk.,W.Wayt Gibbs. Scientific American Nov.2003,p.47.
-"Just when scientists thought they had DNA almost figured out,they are discovering in chromosomes two vast,but largely hidden layers of information that affect inheritance,development and disease."
-"It will take years,perhaps decades,to construct a detailed theory that explains how DNA,RNA and the epigenetic machinery all fit into an interlocking,self-regulating system."
B/The unseen genome : beyond DNA.,W.Wayt Gibbs. Scientific American dec.2003,p.107.
-"DNA was once considered the sole repository of heritable information.But biologists are starting to decipher a separate,much more malleable layer of information encoded within the chromosomes.Genetics makes way for epigenetics."
-"The third part of the genomic machine ,as facinating as active RNA genes and probably even more important, is the "epigenetic" layer of information stored in the proteïns and chemicals that surround and stick to DNA.Epigenetic marks are so named because they can dramatically affect the health and characteristics of an organism- some are even passed from parent to child- yet they do not alter the underlying DNA sequence."
-"Special purpose enzymes take methyl molecules (groups !) derived from basic nutrients,such as folic acid and vitamin B12,and stick them onto certain C bases throughout the genome.In general,the more methylated a stretch of DNA,the less likely it is to be transcribed to RNA and to carry out its function.The silent allele of an imprinted gene is almost always highly methylated, for example.But imprinting may be a side job for DNA methylation;it mainly seems to defend the genome against parasite genetic elements called transposons."
C/Censors of the genome. N.C.Lau and D.P.Bartel.,Scientific American August 2003,p.34.
-"Biologists have been surprised to discover that most animal and plant cells contain a built-in system to silence individual genes by shredding the RNA they produce.Biotech companies are already working to exploit it."(shrredding=versnipperen).
-"Just within the past several years,scientists have discovered a more precise and more powerful security apparatus built into all plant and animal cells.Called RNA interference ,or RNAi,this system acts as a censor.When a threatening gene is expressed,the RNAi machinery silences it by intercepting and destroying only the offender's messenger RNA,without disturbing the messages of other genes."
-"When the RNAi machinery is not defending against attack,it apparently pitches in (aanbieden om te helpen) to help silence normal cellular genes during development transitions needed to form disparate cell types,such as neurons and muscle cells,or different organs,such as the brain and the heart." PS; Voor RNAi: zie ook www.answers.com/topic/rna-interference
D/Regulating evolution. S.B.Carroll,B.Prud'homme and N.Gompel. Scientific American, may 2008, p.60.
-"Switches within DNA that govern when and where genes are turned on enable genomes to generate the great diversity of animal forms from very similar sets of genes."
4-EVOLUTIE .(EPIGENETICA vs. LAMARCKISM/INPRINTING-IMPRINTING).
REFERENTIES.
www.hopkinsmedicine.org/press/2002/November/epigenetics.htm Backgrounder : Epigenetics and imprinted genes (a).
www.notes.utk.edu/bio www.the-scientist.com
Epigenetics :Genome,meet your environment. As the evidence accumulates for epigenetics,researchers reacquire a taste for Lamarckism. Leslie A.Pray,The Scientist,vol 18,Issue 13-14,july 5,2004.(b)
www.pi.csro.au Inheritance...more than just genes. (c)
UITTREKSELS.
-"There are different kinds of epigenetic " marks",chemical additions to the genetic sequence.The addition of methyl groups to the DNA backbone is used on some genes to distinguish the gene copy inherited from the father and that inherited from the mother.In this situation,known as "imprinting", the marks both distinguish the gene copies and tell the cell which copy to use to make proteïns."(a)
-"Imprinted genes don't rely on traditional laws of Mendelian genetics,which describe the inheritance of traits as either dominant or recessive.In Mendelian genetics,both parental copies are equally likely to contribute to the outcome.The impact of an imprinted gene copy,however,depends only on which parent it was inherited from.For some imprinted genes,the cell only uses the copy from the mother to make proteïns ,and others only that from the father." (a)
-"Researchers are still trying to understand the process by which cells maintain or change their gene's imprinting marks.In sperm and eggs for instance,imprinted gene copies have to be reimprinted."(a)
"Some findings suggest that pregnant mother's diet can affect her health in such a way that not only her children but her grandchildren (and possibly her great-grandchildren etc...)inherit the same health problems...Wouldn't that imply what every good biologist knows is practically scientific heresy : the Lamarckian inheritance of acquired characteristics?."(b) "In some instances the answer could be YES. (Agouti mice where environment interfaces with genomics)Epigenetic inheritance provides a rapid mechanism by which (an organism) can respond to the environment without having to change its hardware...It does give reason to consider long-refuted notions about the inheritance of acquired characteristics.Lamarck proposed that environmental cues could cause phenotype changes transmittable to offspring."(b)
N.B.Dit mag echter niet veralgemeend worden .Deze soort erfelijkheid is zeker gelimiteerd in de tijd en niet onderworpen aan Darwiniaanse selectie.Deze epigenetische erfelijkheid speelt zich meestal af op het niveau van de methylatie van DNA.De grote onopgeloste vraag blijft uit te leggen hoe deze omgevingseffecten zich vertalen in de gameten.(zie Blog/Evolutie-2-Jean Baptiste de Lamarck).
-"Although the study demonstrates that ,at least in mice, folic acid supplementation in pregnant mothers reduces the risk of their babies having certain health problems; the results cannot so far be extrapolated to humans."(b)
-"Epigenetics has always been Lamarckian.....Not that Mendelian genetics is wrong,far from it.The increased understanding of epigenetic change and the recent evidence indicating its role in inheritance and development doen't give epigenetics greater importance than DNA.Genetics and epigenetics go HAND IN HAND."(b)
-"A new wave oif research is unravelling the secret beyond genes to identify what other biological information parents pass to their offspring ,and cells pass on to each other when they divide.It seems that it is not just genes that are inherited from one generation to the next but other factors that particularly affect development and disease."(c)
5-ADDENDUM.
HUMAN EPIGENOME PROJECT (HEP).
"The Human Genome Project (HGP) provided the blueprint for life but the epigenome project (HEP) will tell us how this whole thing gets executed."
-"Epigenome is one is one of the many "omics" that is being talked about in the wake of the "Human Genome Project". The "Human Epigenome Project (HEP) was recently announced.The HGP provided the blueprint for life,but the epigenome will tell us how this whole thing gets executed,what determines when and where genes are switched on and off to produce a person."
-"For genetically identical twins differences can't be explained on the basis of pure genetics because the DNA is identical .Something else must be at play.That "something else" is chemical modification of genes that are heritable from one cell generation to the next and that affect gene expression but do not alter the DNA sequence....An epigenome is the description of these modifications across the whole genome;but unlike the genome DNA sequence ,each organism has multiple epigenomes - for example,in different cell types - that may change during its lifetime in response to environmental cues."
-"Epigenetics then,both at the level of unravelling mechanisms and mapping epigenomes and at the applied level,is an exciting area of research...It is one of the mainstream exciting areas of post-genomic biology." **************************************************************
ADDENDUM.
De epigenetica speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van levende organismen.Aan de oorsprong liggen processen die zowel op het niveau van DNA als onder invloed van de omgeving liggen.Deze trend wordt nu zeer algemeen erkend en het is daarom niet verwonderlijk dat de bekende ontwikkelings- en embryologie bioloog Scott F. Gilbert er een recent boek hierover uitgegeven heeft. "Ecological developmental biology".De inhoud van dit werk wordt als volgt samengevat:
-"Ecological development biology concerns the interactions between developing organisms and their environment contexts.It studies development in "the real world" of predators,competitors,symbionts, toxic compounds ,temperature changes and nutricial differences.The study of epigenetics -gene expression changes that are not caused by alterations of a gene's DNA sequence- has recently provided startling insights into the ways that these environmental factors can alter the phenotype of an organism.Epigenetic research has shown that such environmental influence are not only active but are also necessary for the normal development of most animal species.Ecological developmental biology also studies the pathological activities of environmental teratogens ,endocrine disruptors and certain diets.These findings offer new and unexpected insights for the understanding and treatment of diseases such as cancer,obesity and diabetes.In certain instances,such environmentally induced epigenetic states can be transmitted between generations ; this book final section attempts to describe what evolutionary theory might look like when it includes developmental plasticity,the epigenetic origin of novel phenotypes,the transmission of certain epigenetic traits between generations and the selection of relationships between hosts and a consortium of symbionts."
1-Inleiding. H.Allen Orr (The NewYorker,10.24.2005) "Turned on : A revolution in the field of evolution." www.newyorker.com/archive/2005
Het zijn nu zeer boeiende tijden in de biologie.Volledige genomen worden gedecodeerd aan een verbazingwekkende snelheid en nieuwe hoog-technologische benaderingen van oude problemen verschijnen bijna wekelijks.Onder de nieuwe benaderingen neemt de "evolutie-ontwikkeling biologie" of "EVO-DEVO" reeds een bijna revolutionaire plaats in die belooft een radicale nieuwe visie te bieden voor de evolutie van het leven.Het centrale standpunt is eenvoudig.Organismen ondergaan twee soorten veranderingen gedurende hun levensduur :de ene is de verandering tijdens de ontwikkeling van een bevrucht ei (embryologie) en de andere verandering vindt plaats doorheen de evolutie van een bepaalde soort.Volgens evo-devo zijn de twee type veranderingen even belangrijk.Het begrip dat er een connectie is tussen tussen evolutie en ontwikkeling -de groei van een organisme vanaf een enkele cel,via een embryo,tot een vowassen vorm- is zowel natuurlijk als oud.Dit was vooral populair tijdens de 19e eeuw .Darwin zelf geloofde dat embryologie een krachtig bewijs leverde voor de stelling dat het leven afkomstig is van een gemeenschappelijk "voorouder" (The origin of species).
-"We can see why characters derived from the embryo should be of equal importance with those derived from the adult,for a natural classification of course includes all ages.(C.Darwin)"
Door de opkomst van de genetica in de 20e eeuw werd de weg van de embryologie als een van de sleutels van de evolutie verlaten.Het accent werd meer en meer gelegd op de genen zelf.Bij de start van de 21e eeuw lijkt het of evo-devo de volgende grote revolutie zal betekenen in het evolutionair denken (volgens S.J.Gould).Volgens S.B.Carroll is het niet verwonderlijk ,alles hangt af hoe DNA de organismen vormt.
"Endless forms :The evolution of gene regulation and morphological diversity." Cell 101,517-580,2000. "Endless forms most beautiful : The new science of evo-devo and the making of animal kingdom." (Norton,2005)
DNA is de molecule die overgaat van ouders op kinderen en een van haar hoofdrollen is de cellen instructies geven hoe proteïnen moeten gemaakt worden,de molecules waaruit wij hoofdzakelijk bestaan.
2.De evolutie van de evo-devo biologie. C.S.Goodman,B.C.Coughlin www.pnas.org/content
Eens verschillend maar toch complementair gingen ontwikkelingsbiologie en evolutie onlangs samen in een boeiende en vruchtbare samenwerking.De reünie werd officieel herkend als "evo-devo" in 19999 in een eigen divisie van de Integrative and comparative biology (SICB).
-"Evolutionary biologists seek to understand how organisms evolve and change their shape and form.The roots are found in the developmental mechanisms that control body shape and form."
-"Developmental biologists try to understand how alterations in gene expressions and function leads to changes in body shape and pattern."
-"So although SICB only recently validated evo-devo as an independent research area,evo-devo really started over a decade ago when biologists began using an individual organism's developmental gene expression patterns to explain how group of organisms evolved." (Proc.Natl.Acad.Sci.USA 97,4426-4550,2000)
-"Evolutionary developmental biology is a field of biology that compares the developmental processes of different animals and plants in an attempt to determine the ancestral relationship between organisms and how developmental processes evolved.It addresses the origin and evolution of embryonic development ;how modifications of development and developmental processes lead to the production of novel features;the role of developmental plasticity in evolution ecology impacts in development and evolutionary changes....... Some evo-devo researchers extend and enhance the modern synthesis by incorporating into it findings of molecular genetics and developmental biology. This leads to an explicit challenge to neo-darwinism."
-"A major question then,for evo-devo studies,is : if the morphological novelty we observe at the level of different clades is not always reflected in the genome,where does it come from ? Apart from neo-Darwinian mechanisms such as mutation,translocation and duplication of genes,novelty may also arise by mutation-driven changes in gene regulation.The finding that much biodiversity is not due to differences in genes,but rather to alterations in gene regulation,has introduced an important new element into evolutionary theory.Diverse organisms may have highly conserved developmental genes,but highly divergent regulatory mechanisms for these genes.Changes in gene regulation are "second-order" effects of genes,resulting from the interactions and timing of activity of gene networks,as distinct from the functioning of the individual genes in the network."
-"Epigenetic alterations of gene regulation or phenotype generation that are subsequently consolidated by changes at the gene level constitute another class of mechanisms for evolutionary innovation.Epigenetic changes include modification of the genetic material due to methylation and other reversible chemical alteration,as well as nonprogrammed remolding of the organism by physical and other environmental effects due to the inherent plasticity of developmental mechanisms."
Er is blijkbaar een evidente link tussen epigenetische mechanismen in modificatie van genetisch materiaal dat overgedragen wordt maar soms onderworpen wordt aan reversibiliteit.Dit moet zich afspelen op het niveau van het embryo (en dus ook van de stamcellen ?).Meer inzicht hierover is te vinden in het bericht over "Epigenetica".Het opent de mogelijkheid van een soort Lamarckiaanse overerving !!. www.answers.com/topic/modern-evolutionary syntheses
PS.Relatie met neo-Darwinisme. -"The term was first used after 1896 to describe the theories of August Weismann,who asserted that his germ-plasm theory made impossible the inheritance of acquired characteristics and supported natural selection as the only major process that could account for biological evolution."
ADDENDUM. (Dit kan ook dienen als addendum aan het bericht:Biologie-10-Epigenetica.)
Het recente boek van Scott F.Gilbert en David Epel: "Ecological developmental Biology-Integrating epigenetics,medicine and evolution." behandelt op zeer grondige en pedagogische wijze de hele problematiek van de invloed van de omgeving op de ontwikkeling van de levende organismen.Dit kan best dienen als aanvulling van de Berichten van EX LIBRIS over Epigenetica en Evolutionary developmental biology.De nadruk wordt gelegd op de vorming van allerlei fenotypen zoals hieronder bescheven.
Citaat : Scott F.Gilbert.
-" Phenotype is not just the expression of one's inherited genome.Rather,there are interactions between an organism's genotype and its environment that elicit a particular phenotype from a repertoire of possible phenotypes....Environment is therefore considered to play a role in the generation of phenotypes,in addition to its well-established role in the natural selection of which phenotypes will survive and reproduce.Thus in addition to helping decide the survival of the fittest,the environment is also important in formulating the arrival of the fittest."
Creationists en aanhangers van de pseudo-wetenschappelijke versie ervan "Intelligent design" zijn altijd ,blijkbaar nu nog zeer intens op de loer om mogelijkheden om de theorie van de evolutie en de natuurlijke selectie (The origin of species) van Charles Darwin in discrediet te brengen en aan te vallen.Met deze richtingen "epigenetica" en "eco-devo" denken zij, ten onrechte,een punt te hebben maar zij zijn mis (waarschijnlijk doelbewust laten zij doorschemeren dat Scott F.Gilbert misschien een creationist zou kunnen zijn (!).Niets is minder waar.Dit is misleidende en oneerlijke tactiek.)
Darwin zelf heeft al in zijn tijd hierop een duidelijk standpunt genomen: (Charles Darwin,1876).
-"In my opinion ,the greatest error which I have committed,has not been allowing sufficient weight to the direct action of the environment,i.e.food,climate etc... independently of natural selection."
Dit is alleszins het beste antwoord die aan de creationisten kan gegeven worden.Epigenetica en eco-devo mechanismen creëren GEEN soorten zoals de natuurlijke selectie maar kunnen voor een tijd sommige fenotype laten bestaan.In feite kan dit bestempeld worden als een zachte vorm van Lamarckisme.
Het loont de moeite hier het einde van het boek te citeren:
ETHICS FOR THE ANTHROPOCENE.
-"We and the other organisms with whom we share this planet are no longer in the HOLOCENE epoch.The interglacial age is over,and we are now living in the ANTHROPOCENE,an epoch characterized by a human-dominated environment.For better or worse,humans have become,as Julian Huxley predicted in 1963 we would ,'business managers for the cosmic process of evolution'.The first two things a manager must learn are the rules of the process and what the goalsof the process should be.......The rules of evolutionary process include the crucial notion of "becoming with".Co-development is normative ,and evolution is not merely the battle of each against all......The ethical starting point of ecological theory is "a commitment to the flourishing or well-being,of individuals,species,and communities".
Zoals te verwachten was kwam Scientific Ammerican in zijn nummer van Januari 2009 uitgebreid voor met een reeks bijdragen over evolutie, in het kader van het "Darwinjaar 2009".Het loont wel de moeite markante uitreksels van deze bijdragen in het kader van deze blog te vermelden Het is echter wenselijk dit te beginnen met een uittreksel van de inleiding "Dynamic Darwinism" geschreven, door John Rennie (Editor in chief van Scientific American).
-"A billion and half years ago,life on earth was staggeringly dull (ontstellend saai)......Then something happened : some unidentified combination of environmental circumstances and genetic novelty triggered crazy diversification in the variety and complexity of animal life over tens of millions years,climaxing in the so-called "Cambrian explosion"...... When Charles Darwin published "On the origin of species" in 1859,he touched off a cambrian explosion in evolutionary thought.Naturalists had theorized about evolution for centuries before him,but their ideas were generally unfruitful,untestable or wrong.Darwin's breakthrough insight was not that a simple mechanism-natural selection-made evolution possible.Rather it was that in organisms whose environment changed nonrandomly and whose reproductive success in that environment depended on inherited traits,evolution became inevitable.In the decades that followed,Darwin's ideas connected up with the nascent field of genetics and then,at an ever quickening pace,with molecular biology,ecology and embryology.The explanatory power of its concepts proved irresistible.Today,200 years after its birth and 150 years after Origin of species,Darwin's legacy is a larger,richer,more diverse set of theories that he could have imagined........ Just as most of the weird Cambrian monsters eventually went extinct,many current hypotheses in evolution will also wither over time.Those that survive ,however,will be inestimably powerful for explaining the natural world.We humans can also continue to use those ideas to make technologies more adaptable and robust.Why shouldn't we learn from billions of years of nature's experiments?"
Uit de reeks bijdragen werden er drie geselecteerd die een bijzonder blik werpen op de evolutie theorie.Diverse citaten werden dan bijeen gebracht.
1-TESTING NATURAL SELECTION. ,H.Allen Orr. p.44
-"The idea of 'Natural selection'' is simplicity itself.Some kinds of organisms survive better in certain conditions than others do;such organisms leave more progeny and so become more common with time.The environment thus 'selects' those organisms best adapted to present conditions. If environmental conditions change,organisms that happen to possess the most adaptive characteristics for those new conditions will come to predominate.Darwinism was revolutionary not because it made arcane (mysterious) claims about biology but because it suggested that nature's underlying logic might be surprisingly simple."
-"The status of natural selection is now secure ,reflecting decades of detailed empirical work.But the study of natural selection is by no means complete.Rather-partly because new experimental techniques have been developed and partly because the genetic mechanisms underlying natural selection are now the subject of meticulous empirical analysis- the study of natural selection is a more active area of biology than it was even two decades ago.Much of the recent experimental work on natural selection has focused on three goals : determining how common it is,identifying the precise genetic changes that give rise to the adaptations produced by natural selection,and assessing just how big a role natural role plays in a key problem of evolutionary biology-the origin of 'new species'."
-"Fitness,as used in evolutionary biology, is a technical term for this idea : it is the probability of surviving or reproducing in a given environment.The outcome of this selection process,repeated numberless times in different contexts,is what we all see in nature."
-"Most important ,we know something about the effects of mutations on fitness.The overwhelming majority of random mutations are harmful-that is,they reduce fitness;only a tiny minority are beneficial,increasing fitness."
-"Adaptive evolution is a two-step process,with a strict division of labor between mutation and selection.In each generation mutation brings new genetic variation into populations.Natural selection then screens them : the rigors of the environment reduce the frequency of "bad" (relatively unfit)variants and increase the frequency of "good" (relatively fit) ones;"
-"There are serious doubts about the extent of the role natural selection in guiding change at the molecular level."
ON THE ORIGIN OF SPECIES.
-"One of Darwin's boldest (strongest) claims was that it explains how new species arise.But does it ? What role does natural selection play in speciation,the splitting of a single lineage into two ? To this day,these questions represent an important topic of research in evolutionary biology."
-"Most biologists now agree that natural selection is the key evolutionary force that drives not only evolutionary change WITHIN SPECIES but also the ORIGIN OF NEW SPECIES."
PS.What evolutionists mean by "species" (biological species concept).
-"The key idea is that species are reproductively isolated from one another-that is,they have genetically based traits preventing them from exchanging genes."
-"Different species have separate gene pools."
-"It is thought that the populations must be geographically isolated before reproductive isolation can evolve."
-"The genetic drift hypothesis for speciation (about the origin of species) is probably wrong.Rather natural selection plays a major role in speciation."
2-FROM ATOMS TO TRAITS. D.M.KINGSLEY p.52.
Oorspronkelijk Darwinism - 1859 -(Spontaneous variation and natural selection.)
-"Darwin's theory was at once sweeping and simple.He proposed that all living things on earth descended from one or a few original forms.He did not presume to know how life itself arose.Once life began,though,Darwin argued,organisms would slowly begin to change and diversify through completely natural process : all living things vary;the differences are inherited.Those individuals with trait variants that are favorable in the environment they habit will thrive and produce more offspring than individuals with unfavorable variants.Advantageous traits will therefore accumulate over time by an inevitable process of 'natural selection'."
De opinie van John Herschel.
-"Herschel zeroed (focused) in on the fact that 'favorable variations' must occur if anything is to be "effected".Darwin actually knew nothing about the origin of the variant traits (mutations !) themselves,and Herschel felt that if Darwin could not explain the source of variation,he did not really have a theory sufficient to explain the origin of species."
N.B. Among the "random variations" there are possibly "favorable variations" so that "natural selection" could occur.
Erfelijkheid van variaties.
-"Darwin believed in blending inheritance, the idea that offspring take on characteristics intermediate between the parents.But even Darwin recognized that the theory was problematic."
-"Mendel's experiments changed the general perception of heritable variants from ephemeral and blendable to discrete entities passed from parents to offspring,present even though they are not always visible."
-"J.Watson and F.Crick had proposed a structure for the DNA molecule in 1953,with stunning implications for our physical understanding of heredity and variation."
Moleculaire basis van variatie.
-"Today scientists know that spontaneous changes in DNA are the simple "WHY" of variation,but to answer to "HOW" those mutations translate into traits differences is more complex and makes for an active field of research with implications far beyond evolution studies."
-"A subspeciality that has come to be known as EVO-DEVO concentrates on studying the effects of changes in important developmental genes and the role they play in evolution."
-"Herschel's most persistent objection to Darwin's theory was his feeling that useful new traits could never appear from simple random variation (??)... He argued that such characteristics would always require "mind,plan,design,to the plain and obvious exclusion of the haphazard (disorganized) view of the subject and the casual (accidental) concourse of atoms.Herschel was correct to point out that the origin of variation was still a mistery in 1859.After 150 years of additional research,however,we can now catalogue a variety of spontaneous DNA sequence variants that occur everytime a complex genome is passed from parents to offspring.Only a tiny fraction of these changes are likely to improve,rather than degrade the original heredity information and the traits that are derived from it....Thus the casual concourse of atoms clearly can generate interesting new traits and the intrinsic variability of living organisms continue to provide the raw material by which,in Darwin's famous words at the end of the "Origin of species",endless forms most beautiful and most wonderful,have been and are being evolved."
'Zo wordt Darwin toch in ere hersteld !!!)
3-EVOLUTION IN THE EVERYDAY WORLD. D.P.Mindell p.82
Implicaties van de evolutietheorie in het dagelijks leven.
-"Our progress in comprehending the history and mechanisms of evolution has led to powerful applications that shape a wide variety of fields today."
Gezondheidsgebied.
-" In health care,phylogenic analysis ( studies of DNA sequences to infer the evolutionary relatedness or genealogy)of a pathogen such as bird flu op West Nile virus can lead to vaccines and to guidelines for minimizing the disease's transmission to and among people.A laboratory process called " directed evolution" that rapidly evolves proteins can imrove vaccines and other useful proteins."
Bacteriële diversiteit (metagenomics).
-"A recently developed approach known as 'metagenomics' has revolutionized scientist's ability to survey the kinds of microbes living in a region,bringing about the most dramatic change in our understanding of microbial diversity since the advance of microscopes."
Vogelgriep H5N1
-"In 1997 scientists barely contained a potentially catastrophic outbreak in Hong-Kong of H5N1,when they convinced authorities to slaughter all domestic fowl (domesticated birds),the local virus source. Although future pandemics are a question of "WHEN",not "IF",our knowledge about evolutionary sources,hybridization among genomes and the host-shifting capability of the viruses helps us to minimize risks."
Evolutie en geneeskunde.
-"Applying an evolutionary perspective in understanding our susceptibilities and promoting health is known as evolutionary or Darwinian medicine.A vital step in this new endeavor is integration of basic evolutionary science into the curricula for medical and public health students.The matching of human genotypes with particular diseases has given rise to the possibility of personalized medicine, in which physicians can specify medications and dosages for individuals based on particular gene traits."
In vivo and in silico.
-"Researchers are now borrowing from evolution's drawing board,using directed evolution to enhance useful functions of proteins.These molecular biologists intentionally mutate genes,produce the proteins the genes encode,measure the proteins functional performance,and the select sets of top performers for subsequent bouts (intensive activity) of mutation and testing.Repeating this cycle millions of times often yield impressive results."
(PS-De biotechnologie is, in die zin,de logische hedendaagse opvolger van de evolutie !)
Kritische ecosystemen en bevolkingsaangroei.
-"As humankind's numbers continue to grow and cause environmental changes at a rapid pace,concerns mount about conserving biological diversity and sustaining human populations over time.We rely on healthy ecosystems,made of organisms and their environments, to provide us with usable water,arable land and clean air.These critical ecosystem services are essential for human well-being, yet we have little understanding of their regulation and the consequences of changes in ecosystems.....These are different questions that evolutionary method and knowledge help to answer."
Metagenomics.
-"Collect the DNA from an entire community of microbes of various species in some location and you have a metagenome.....The known microbes and their genes play important roles in development of our immune systems.... Metagenomics analyses suggest that changes in the occurrence,abundance and interactions of both known and unknown microbes play a role in human diseases."
-"Turning to external ecosystems and sustainability,metagenomic analyses of water samples from seas and oceans indicate that a vast amount of oceanic biological diversity,including many viruses,remains to be discovered and understood."
-"We have yet to see applications arising from microbial metagenomics and evolutionary ecology,but possibilities abound."
-"Evolution is the unifying principle for comprehending all life on earth,and applying its lessons about the history and mechanisms of change can promote human well-being.What was once a curiosity is now a powerful tool."
PS-Deze paragrafen zullen verder uitgewerkt worden met berichten over:"Evolutionary developmental biology"-"Epigenetics" and "Biotechnology".Dit zal nodig zijn om een beter begrip van hedendaags Darwinisme.!
In 2009 treedt het "DARWINJAAR " in gedurende dewelke talrijke bijdragen over de evolutieleer van Darwin onder de loupe zullen genomen worden. Vanaf 2009 zal de site www.darwinproject.ac.uk goed in het oog moeten gehouden worden.Heel waarschijnlijk zullen interessante informaties te vinden zijn.Bijdragen over Darwinisme zullen in de wetenschappelijke literatuur niet ontbreken.In dit opzicht heeft NWT (Natuur- Wetenschap en Techniek:zie www.nwtonline.nl )in het nummer 12 van november 2008 de reeks geopend. Onder de titel "Darwins demonen" worden enkele aspecten van het Darwinisme onder de loupe genomen;van de meest ineteressanten worden hier uittreksels vermeld.In de openingscolumn van Maarten Keulemans wordt de problematiek kort geschetst.
-"Waarom rommelt het zo achter de schermen ? En waarom fluisteren zoveel biologen dat de evolutieleer toe is aan vernieuwing ?" -"De grootste tragiek van Charles Darwin is misschien dat zijn naam zo verkleefd is geraakt met de theorie die hij opstelde....De klassieke mechanica heet niet "Newtonisme" maar de evolutieleer draagt wel degelijk de publieksnaam "Darwinisme".Dat werkt een ongelukkige indruk : dat de theorie een afgerond geheel is,een hermetisch verzegeld bouwwerk waaraan zonder de goedkeuring van Darwin zelf geen letter meer mag worden veranderd. (Darwin had het zeker niet zo gewild !!)Het klassieke Darwinisme werd vrijwel direct overstelpt onder de last van de opeengestapelde nieuwe inzichten.Al begin 20e eeuw besloten biologen het Darwinisme om te dopen tot Neodarwinisme.En met de inzichten van de moderne genetica is er opnieuw sprake van onvrede.Steeds duidelijker wordt dat Charles Darwin geen in graniet gehouwen leer heeft opgesteld (Hij heeft het zelf nooit zo gesteld maar liet de deur open voor andere mogelijke verklaringen !) maar de hoofdlijnen heeft geschetst van een levendig vakgebied dat volop in ontwikkeling is (Dit is typisch voor een echt wetenschappelijk werk !).....Aan de ene kant kan en mag Darwin niet worden verloochend -de creationisten liggen immers op de loer !-maar aan de andere kant is het duidelijk dat het Darwinisme toe is aan groot onderhoud. Dat is,aan het begin van de 21e eeuw het grote geheim van de evolutiebiologie....Bij Darwin en het Darwinisme heeft iedereen wel een beeld.Het is een voorstelling waarin alles draait om wezens waarvan alleen de "fitsten" overleven.Het wordt wel duidelijk waarom dat beeld bijstelling behoeft.De nieuwe contouren worden zichtbaar van een heel andere evolutieleer."
1 - SURVIVAL VAN DE DARWINISTEN."Morrelen aan Darwin", (Joeri Witteveen). (Filosofie van de biologie-University Cambridge,UK) In de zomer van 2008 boog een groep biologen en enkele filosofen zich over de vraag : is de canon van de evolutietheorie ,de zogeheten "Moderne Synthese",nog wel van deze tijd ?Of is het tijd voor een revolutie in de evolutietheorie ?Wat,nu dat het blijkt dat sommige delen van diverse organismen blijkbaar tot niets dienen en bijeffecten van de embryologische ontwikkeling zijn die volgens de oorspronkelijke evolutieleer waarschijnlijk geëlimineerd hadden moeten zijn ? In 1909 was de status van Darwins theorie allerminst zeker.Veel problemen ontstonden rond de vraag hoe geleidelijk evolutie eigenlijk gaat.Darwin had overtuigend beargumenteerd dat natuurlijke selectie alleen maar zou kunnen werken met geringe,opeenvolgende variaties.Mendel toonde aan dat erfelijke deeltjes (de genen) bij overerving niet samensmelten maar intact blijven.De variatie zou zich immers uiten in groten sprongen.Mendel en Darwin zijn echter niet strijdig met elkaar.Eind jaren vijftig mondde de kennis uit in de 'Moderne Synthese' ,ook wel neodarwinisme genoemd dat diende als canon van de evolutietheorie.Het rijmde met het idee dat verschillen in soorten ontstaan door de natuurlijke selectie van geringe genetische verschillen. "Niets in de biologie is van betekenis,tenzij in het licht van de evolutie." (Theodosius Dobzhansky) Later trokken S.J.Gould en R.Lewontin ten strijde tegen het "dogma" dat alles in de natuur het product is van de natuurlijke selectie (1979).De controverse leidde tot het inzicht dat niet alle eigenschappen van organismen adaptaties,producten zijn van natuurlijke selectie.Zij hadden een kwetsbaar punt geraakt,immers de embryonale ontwikkeling speelt ook een belangrijk rol vooral in de vraag "HOE" een organisme ontstaat (ontwikkelingsbiologie).De evolutiebiologen houden zich bezig met de vraag "WAAROM" individuen eruit komen te zien zoals ze eruit zien.S.J Gould en R Lewontin haalden argumenten van hun theorie van "punctuated equilibrium" in de paleontologie.Het werd duidelijk dat ontwikkelingsbiologie en evolutiebiologie helemaal geen gescheiden domeinen zijn (EVO-DEVO).Van groot belang bleken de stukken "regulerende DNA " te zijn. In de regulatie kunnen ook kleine veranderingen optreden.De invloed van de omgevingsfactoren,in zeer algemene termen,is niet te verwaarlozen.Maar zijn de effecten wel "erfelijk" ?Blijkbaar wel !Dan komt men heel dicht bij de zienswijze van Lamarck (Men moet echter hier geen beroep doen op de algemeen gekende Lamarckiaanse theorie die de lange nekken van de giraffen als erfelijkheid van verworven kenmerken bestempelt).Dit zal in een andere deel verder besproken worden waarin EPIGENETICA uitgebreider aan bod zal komen.In een eventuele nieuwe synthese zal de natuurlijke selectie aan verklarende kracht inleveren en zullen andere mechanismen aan terrein winnen - wat niet wil zeggen dat natuurlijke selectie geen rol meer zou spelen.Dat laatste had Darwin vast graag gezien want hij beschouwde resultaten uit de vergelijkende embryologie als een belangrijke steun voor zijn theorie dat het leven afstamt van een gemeenschappelijke voorouder.Misschien kunnen we beter spreken van een evolutie van de evolutiewetenschap !.
Nabeschouwing.
Hetgeen hier beschreven wordt is de normale gang van zaken in de wetenschap waarin nooit een DOGMA mag worden gehanteerd.Darwin stelde zijn visie over de evolutie ook niet als dogma.Hij was toen ook niet op de hoogte van latere ontdekkingen zoals de erfelijkheidsleer van Mendel,de karakterisatie van de genen,de structuur van DNA en alles wat later de moleculaire biologie nog bijbracht.Des te meer komt naar voor dat Darwin een geniale wetenschapper was met een zeer grote intuitie.Men mag wel in zijn leer tot in de 20e eeuw een "paradigma" herkennen.Zoals steeds in de wetenschap moet men rekening houden met de mogelijkheid van een "paradigma shift" en het is juist nu wat er gebeurt.De toekomst zal zeker niet vrij zijn van verassingen.
2-SURVIVAL VAN DE SLIMSTE.-De evolutie dobbelt niet. Kevin J.Verstrepen. (Biotechnologie,KUL/MIT/HARVARD-USA).
Dieren en planten die iets leren tijdens hun leven,en dat aangeleerde trekje doorgeven aan hun nakomelingen is volgens het klassieke darwinisme volstrekt onmogelijk.Er werden in 1999 nochtans enkele voorbeelden van zulke gedraging gevonden.(Lamarckiaanse evolutie) In het begin van de 19e eeuw erkende Lamarck de mogelijkheid dat levende wezens veranderen en evolueren "onder de invloed van de omstandigheden".Het zijn die " verworven eigenschappen " die aan het nageslacht worden doorgegeven.Al bewonderde Darwin wel het werk van Lamarck toch haalde hij zijn theorie gedeeltelijk onderuit.Darwin wees erop dat alle levende wezens door aangeboren verschillen lichtjes van elkaar en van hun ouders verschillen.Natuurlijke variatie noemde hij dat.Het was Darwins grote verdienste dat hij variatie en selectie uit elkaar haalde.Het neodarwinisme ontkrachtte het Lamarckisme aan het eind van de 19e eeuw op basis van de moleculaire genetica en het optreden van mutaties.Dit gaf de "Moderne Synthese" of Neodarwinisme,een vrijwel algemeen aanvaarde overkoepelende theorie die stelt dat evolutie het gevolg is van geheel toevallige veranderingen in het DNA,die soms een voordeel kunnen opleveren..Mutaties zijn puur toevallig en worden niet beïnvloed door de omgeving (!).Deze theorie bleek echter niet steeds geldig te zijn.Cairns stelde vast dat een aantal bacterieën een tweede mutatie kunnen krijgen tijdens een uithongeringsperiode.De verhongerende bacterieën lijken op een of andere manier te "weten" dat ze een mutatie nodig hebben in het gen dat zorgt bv.voor lactose metabolisme als het nodig is.Er zouden nog veel meer aanwijzingen opduiken dat levende wezens bepaalde mechanismen hebben om hun genetische verandering te sturen.Maar welke mechanismen ? Wat gebeurt er werkelijk ? Om te beginnen blijken sommige eencellige wezens in staat om in tijden van stress hun mutatiesnelheid op te voeren.(stressrespons)Er worden dan onder meer andere eiwitten ingeschakeld voor het kopiëren van DNA die veel meer mutaties genereren.Zo zullen de nakomelingen in tijden van stress meer variatie vertonen dan wanneer het organisme geen stress ervaart.Er zijn nog andere mechanismen.Cellen kunnen dus hun mutatiesnelheid ook sturen waar in het DNA mutaties optreden. Recent is duidelijk geworden dat het DNA nog een veel sensationelere truc kent: zo kan de activiteit van een gen -"aan" of "uit"- worden overgeërfd,zonder dat daarbij de DNA-code zelf verandert.Dit is "epigenetische informatie". Deze kan sneller evolueren dan "normale informatie" in de DNA gecodeerde eigenschappen en kan bovendien worden beïnvloed door de omgeving waarin het organisme zich bevindt.Dit is een mechanisme dat inderdaad zeer sterk lijkt op Lamarcks idee van de evolutie....... Levende wezens kunnen dus klaarblijkeloijk beïnvloed worden waar en wanneer ze mutaties in hun DNA genereren.Ze kunnen zelfs veranderingen in hun genetische activiteit doorgeven aan volgende generaties.
(De epigenetica is wel zo belangrijk dat dit onderwerp een speciale beschrijving verdient in het bericht Biologie 10-EPIGENETICA van deze blog.)
In de rij Berichten over Biologie/EX LIBRIS wordt aandacht geschonken aan biotechnologie.Voor deze keuze zijn er verschillende redenen.De eerste is dat het een vervolg is op het bericht Biologie-8 over :"DNA-De Dubbele Helix/James D.Watson".Dit leek een evident argument te zijn. Biotechnologie is immers ontstaan als vervolgverhaal van de moleculaire biologie,geïnitieerd door de DNA Helix structuur van Watson en Crick. De tweede reden is dat biotechnologie steeds meer en meer een essentieel element van de hedendaagse maatschappelijke discussie is en dit zal blijven in de 21e eeuw.Hiervoor zijn er pro's en contra's en het is interessant hiervan een balans te maken.Tenslotte is dit bericht tot stand gekomen na de promotie van professor Marc Van Montagu tot de tweede plaats in de rangschikking van de grootste wetenschappers van Belgïe in een referendum georganiseerd door het tijdschrift EOS en waarvan het resultaat in het oktober nummer (2008) gepubliceerd werd.Marc Van Montagu is een vooraanstaande bioloog die zijn sporen verdiend heeft in de biotechnologie en die op luttele punten strandde van de winnaar Dr.Paul Janssen ,de wereldberoemde uitvinder van spraakmakende geneesmiddelen en stichter van het farma bedrijf:"Janssen Pharmaceutica".Paul Janssen en Marc Van Montagu eindigen duidelijk afgescheiden van de volgende laureaten: Georges Lemaître (3) en C.de Duve (4).
1/ M A R C V A N M O N T A G U.
Marc Van Montagu werd geboren in Gent op 10 november 1933 en is baron sinds 1990.De belgische biochemicus studeerde scheikunde te Gent en promoveerde tot doctor in de wetenschappen in 1965.Hij kreeg internationale bekendheid als medewerker van de genetica-expert Jozef Schell ,met wie hij wordt beschouwd als een pionier van de genetische manipulatie van planten (o.a. door in het DNA afwerende eigenschappen tegen bacterieën ,insecten en bestrijdingmiddelen in te bouwen) en van bacterieën die de plantengroei bevorderen.In 1982 richtte Van Montagu in Gent de N.V.Plant Genetic Systems op (PGS),een genetisch laboratorium met commerciële doeleinden waarvan hij directeur werd.In 1987 werd hij hoogleraar in de genetica aan de Rijksuniversiteit te Gent en directeur van het laboratorium voor genetica. Hij is nu Professor Emeritus en voorzitter van de "European Federation of Biotechnology" (EFB).Naast PGS is Crop Design ook een spin-off van zijn academische activiteiten.Crop Design werd gekocht door Bayer Plant Sciences. Hij is medestichter en directeur van het "Institute of Plant Biotechnology for Developing Countries."(IPBO).Sinds 1992 heeft hij meerdere malen zijn opinie over Biotechnologie bekend gemaakt en is de uitgelezen wetenschapper om dit bericht over biotechnologie te introduceren.Een markante uitspraak van Marc Van Montagu verscheen in "De DNA makers : architecten van het leven." (Natuur en Techniek,Wetenschappelijke Bibliotheek,Vol 30,1992).
-"Dank zij de ontwikkeling van nieuwe soorten gewassen ,meststoffen,chemische middelen en betere bevloeingstechnieken is de produktie van consumptiegranen de afgelopen decennia sneller gegroeid dan de wereldbevolking.De natuurwetenschap heeft dan wel een "groene revolutie" mogelijk gemaakt,maar toch zijn er nu op onze planeet meer mensen dan ooit tevoren die honger lijden.Klassieke veredeling is arbeidsintensief en kost veel tijd.Genetische modificatie van planten kan helpen de opbrengsten te verhogen en de aanslag op het milieu door intensieve landbouw te verminderen.Een systematische uitwerking en uitbreiding van de DNA-technieken teneinde de genen te identificeren die aan de basis liggen van groeiprocessen van de plant zal ons in staat stellen de processen zodanig te beïnvloeden dat planten ontstaan die onder ecologische aanvaardbare omstandigheden kunnen gekweekt worden...."
Na zijn promotie tot tweede beste wetenschapper van België in een referendum georganiseerd door het tijdschrift EOS in 2008,verscheen een interview van Van Montagu in het n°11,november 2008 van hetzelfde tijdschrift.In dit interview deed Marc Van Montagu enkele bijzonder interessante uitspraken.
a)Ivm de veldproeven voor genetisch gewijzigde populieren die onlangs door de overheid geweigerd werd.
-"Er is een totaal politiek onbegrip voor de noden van een hoog renderende en economisch verantwoorde land- en bosbouw.Het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) heeft populieren gemaakt voor en minder vervuilende papierindustrie.Door een wijziging in houtvorming kan cellulose gemakkelijker gescheiden worden van lignine.Daardoor moet er minder soda en chloor worden gebruikt.De adviezen van de Bioveiligheidsraad zijn positief maar toch durft de federale regering geen toelating geven.(!)"
b)Over de introductie van ggo's (genetisch gewijzigde organismen) in de USA vs E.U.
-"De sensatiepers besteedt veel aandacht aan de valse berichten die af en toe worden verspreid, zonder aan de academische wereld uitleg te vragen.Bij ons komen de meeste mensen op die manier in contact met ggo's terwijl het thema in de USA veel minder leeft."
c)De toekomst in een ggo-vrij bastion in de EU.
-"<Een ggo-vrij bastion in de EU> is uitgesloten.Europa kan onmogelijk achterblijven.Landbouwprodukten worden de grondstof van de toekomst."
-"In het algemeen is genetische modificatie een zegen voor de biodiversiteit. Je kan aan intensieve landbouw doen zonder de ernstige verstoring die dat normaal met zich meebrengt .Het zal onmogelijk zijn om de wereldbevolking te stabiliseren op minder dan 8 of 9 miljard.Binnen 20 jaar zal er een ernstige hongersnood zijn als we niet bij alle belangrijkste gewassen voor genetische modificatie kiezen."
d)Over de milieurisico's van ggo's op lange termijn.
-"De goedgekeurde ggo's hebben geen enkel schadelijk effect op de gezondheid van mens en dier.(zie rapporten van WHO=World Health Organization,EFSA,JRC's=EU Joint Research Centers) Echt bewijzen dat iets onschadelijk is kan niet maar ggo's zijn al 13 jaar op de markt en er is nog geen enkel probleem opgetreden."
e)Over genetische verontreiniging
-"Wat men genetische verontreiniging noemt is een voorbeeld van desinformatie.Natuurlijke vliegen pollen rond.Dat is de basis van de evolutie... Er bestaan geen "zuivere lijnen" ."Genetische verontreiniging" is een archaïsme uit de tijd dat men nog niet wist hoe genomen samengesteld zijn."
f)De toekomst van de ecologische landbouw.
-" De ggo-landbouw wordt net de meest ecologische.Het laatste jaar is het aantal mensen op de wereld dat ondervoed is ,gestegen tot 1 miljard.Biolandbouw is geen oplossing want we moeten nu al het rendement van de landbouw verdriedubbelen .Als we nog wat natuur willen behouden,hebben we intensieve landbouw nodig.Dit zal alleen kunnen door optimaal gebruik te maken van de biotechnologie,niet door te dromen over een wereld van toen.(!)
Stof tot discussie genoeg om over deze onderwerpen en anderen in de volgende onderdelen in te gaan.
2/BIOTECHNOLOGIE. 2.1/VOORBESCHOUWINGEN.
Onder biotechnologie verstaat men het gebruik van levende organismen (ééncellige micro-organismen zoals bacterieën,gisten of schimmels maar ook cellen van planten en dieren)of delen ervan voor industriële processen. Biotechnologie wordt gekenmerkt door de samenwerking tussen verschillende vakgebieden en een sterke toepassingsgerichtheid.Er is een nauwe relatie tussen de moderne biotechnologie recombinant-DNA en gentechnologie,beide laatsten zijn spin-offs van de ontdekking van de dubbele helix structuur van DNA door J.Watson en F.Crick in 1953.De biotechnologie is echter niet van recente datum;al ten tijde van de oude Egyptenaren werden voeding- en genotmiddelen als brood,kaas,yoghurt,bier en wijn geproduceerd op biotechnologische empirische wijze.Men constateert wel dat de biotechnologie in een grote stroomversnelling gekomen is. De basis van wat men nu KLASSIEKE biotechnologie noemt werd gelegd in de 2e helft van de 19e eeuw toen de experimenten van Louis pasteur (1822-1895) duidelijk maakten dat fermentatie processen (= gistingsprocessen) worden veroorzaakt door micro-organismen.In het begin van de jaren zeventig leken de grenzen van de klassieke biotechnologie bereikt.De ontwikkeling van celfusie en de recombinant-DNA technologie enerzijds en van de geautomatiseerde procestechnologie (bioreactoren) anderzijds waren de aanzet tot een heel nieuwe fase die aangeduid wordt als MODERNE biotechnologie.Deze staat nog aan het begin van de ontwikkelingen die in de 21e eeuw een steeds grotere invloed zullen uitoefenen op ons dagelijks leven,zoals bv.op het gebied van de geneesmiddelen en van de gezondheid,van de voeding en van de landbouw;deze kunnen oplossingen brengen voor grote problemen van onze planeet o.a. de ondervoeding,de ziekten,de energiekosten en de pollutie. Het is daarom niet verwonderlijk dat de laatste tijd de maatschappelijke en ethische aspecten van de biotechnologie steeds meer een onderwerp van discussie vormen.
2.2/ENKELE VOORBEELDEN VAN TOEPASSINGSGEBIEDEN.
a)GENEESKUNDE.
Interessante mogelijkheden vindt men in de combinatie farmacologie+genetica ("Pharmacogenomics"). -Nieuwe geneesmiddelen geadapteerd aan de genetische kenmerken van de patient. -Meer nauwkeurige dosering. -Ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. -Betere vaccins (veiligheid bv.). Voorbeeld: Productie van insuline door introductie van een insuline gen in een vector (plasmide) en daarna in bacterieën bv.Escherichia coli. Andere richtingen zijn : genetische therapie,cloning,genetische testing. Er zijn echter potentiële moeilijkheden en ethische discussies die in de aangegeven bibliografie te vinden zijn.
b)LANDBOUW.
Op dit specifiek gebied zijn er talrijke toepassingen: -Verbeterde rendementen van gewassen. -Verminderde nadelige effecten van milieu toestanden zoals betere weerstand tegen droogte,koud klimaat en warmte. -Verhoogde voedingskwaliteit. -Verminderde afhankelijkheid van onkruid- en insecten verdelgers,meststoffen en andere agrochemicaliën. Hetgeen men algemeen noemt ggo's is niet overal en door iedereen aanvaard.(Zie ook specifieke referenties). Op het gebied van dieren en planten productie zijn de meest markante resultaten van de biotechnologie te vinden.
c)POLLUTIE EN ENERGIE PROBLEMATIEK.
Biodegradatie is een mogelijkheid om in specifieke gevallen de pollutie te verminderen of te elimineren. Methaan fermentatie is een biotechnologische toepassing voor de productie van energierijke derivaten.
Dit zijn slechts enkele summiere gegevens over biotechnologische toepassingen .Men kan veel meer vinden in de volgende referenties waarin ook het accent gelegd wordt op veiligheid en ethiek.
3.BIBLIOGRAFIE EN INFORMATIE BRONNEN.
3.1.ALGEMENE INFORMATIE./WETENSCHAP EN TECHNIEK.
a)Molecular biotechnology.-Principles and applications of recombinant-DNA. (1998) B.R.Glick,J.J.Pasternak. (Zeer uitvoerige beschrijving). b)De DNA-makers.-Architecten van het leven. (1993),H.Schellekens,Wetenschappelijke Bibliotheek-Natuur en Techniek.(Grondige beschrijving voor groot publiek). c)De Blauwdruk-Feiten en Ficties over DNA.(2004),W.Hoekstra,Algemene beschrijving ,specifiek hoofdstuk 3,bl.69-DNA Technologie.
3.2.BESCHRIJVING EN KRITISCHE ANALYSE VAN SPECIFIEKE TOEPASSINGEN.
a)Biotechnologie en genetische manipulatie-Tussen Hype en Hysterie.(2000), J.Albrecht. b)De mooie beloften van de biotechnologie. (2006),Kim De Rijck.
3.3.BIOETHIEK-A philosophical introduction.,S.Holland.2003.(Meer op medische toepassingen gericht ).
A genetically modified organism (GMO=GGO) is an organism whose genetic material has been altered using techniques in genetics generally known as recombinant DNA technology..Recombinant DNA technology is the ability to combine DNA molecules from different sources into one molecule in vitro.Thus the expression of certain traits,the phenotype of the organism, or the proteins it produces,can be altered through modification of its genes.
Examples of GMOs are highly diverse and include transgenic (=genetically modified by recombinant DNA methods) animals such as mice,plants or various microbes such as fungi and bacteria.
Controversy over GMOs.
The use of GMOs has sparked significant controversy in many areas where methods using GMOs have been applied.Some see the approach of generating and using GMOs as intolerable meddling ( interfering) with "natural" order while others are concerned about the limitations of modern science to fully comprehend all of the potential negative ramifications of genetic manipulations.
A significant increase of agricultural productivity resulting from the introduction of high-yield varieties of grains,the use of pesticides and improved management techniques. -Agricultural production and food security.(Techniques,production increase,fossil fuel dependance,effects on food security). -Social and ecological changes (pesticides,water issues,biodiversity) *************************************************************
DAG VAN DE BIOTECHNOLOGIE,GENT,21 Juni 2008.
CROP DESIGN (Vlaams Biotechbedrijf). JOHAN CARDOEN (Voorzitter van Flanders Bio).
Crop Design zag het licht in Gent oner Marc Van Montagu.Op 21 juni 2008 heeft de Dag van de Biotechnologie plaats gevonden .Johan Cardoen,topman van Crop Design die zjn carriere begon bij Plant Genetic Systems (PGS) (1983),maakte bij deze gelegenheid een analyse van zijn sector met de stelling dat de Biotechnologie in staat moet zijn de stijgende voedselprijzen te counteren.Stof genoeg om een bijdrage in Knack van 18 juni 2008,geïnitieerd door Dirk Draulans ,te publiceren.
-" Wij zijn voorzichtiger dan de natuur." Hiervan nu enkele interessante opmerkingen en citaten: -"Vlaanderen heeft hoog ingezet op biotechnologie en met succes.Als we ergens innoveren ,is het in genetische technieken in de geneeskunde en de landbouw.Maar de sector kan niet op algemeen applaus rekenen.Ondanks de verwezenlijkingen en de grote toekomstplannen blijft genetische manipulatie in de landbouw - en voedingssector op weerstand stuiten."
PGS NU.
-"Het bedrijf is heel breed gestart ,maar is naar verloop van tijd gaan focussen op enkele eigenschappen in de context van de gewasbescherming.Het houdt zich bv.bezig met het inbouwen van weerstand tegen insecten,wat vooral voor katoen nuttig is...Verder werkt men aan het inbouwen van tolerantie voor een herbicide."
CROP DESIGN vs DEVGEN.
-"Devgen stamt net als Crop Design uit het Vlaams Instituut voor Biotechnologie.Het focust op het verhogen van de weerstand van rijst en maïs tegen insecten en schimmels."
VOEDSELPRIJZEN.
-"Elke dag staan berichten in de krant over stijgende voedselprijzen .Daar zijn er verschillende oorzaken voor,maar de belangrijkste is het mislukken van oogsten door grote droogte.Als je planten minder afhankelijk kunt maken van destabiliserende omgevingsfactoren met een negatieve invloed op de opbrengst, kan je de markt stabieler houden...."
-"Wij identificeren genen,we bouwen ze in rijst in en we testen ze op grote schaal in serres...We werken alleen met planten genen.Onze bronnen van genen zijn zeer divers,maar het zij geen exotische planten,geen planten uit de woestijn bv.Wij stimuleren genen tot hogere activiteit."
-"Biotechnologie is een van de oplossingen om de productiviteit van gewassen te verhogen.Ik durf te voorspellen dat biotechnologie,hand in hand met klassieke veredeling,over twintig jaren de opbrengst van maïs verdubbeld zal hebben."
-"Europa blijft huiverig om de biotechnomlogische technieken op grote schaal te implementeren,voor redenen die niet altijd wetenschappelijk onderbouwd zijn.De besluitvorming inzake biotechnologie is sterk politiek beïnvloed."
-"Europa stimuleert biotechnologisch onderzoek maar remt de toepassing ervan."
-"Dat is het,een zeer ambigue houding.Men draagt de kenniseconomie hoog in het vaandel,maar men creëert een onvoorspelbare en politiek afhankelijke situatie voor het commercialiseren van producten die uit onderzoek komen."
-"Ik vind het vreemd dat sommige mensen die zich uitspreken tegen genetisch gewijzigd gewassen zelfs niet beseffen dat alles wat ze eten als ze naar de VS reizen genetisch gewijzigde ingrediënten heeft,zonder dat ze nadelen ondervinden."
-"Hoe gaan we de mensen kunnen overtuigen van het nut van wat we doen als de politiek signalen blijft sturen die suggereren dat er wel iets mis zal zijn ? Hoe kunnen wij vermijden dat politici blijvend beïnvloed worden door belangengroepen?"
-"De biotechnologie moet proberen op een objectieve manier uit te leggen wat de voordelen zijn.Werken in een context waarin we mensen met risico's zouden confronteren kan niet.Dat zou ethisch onverantwoord zijn."
DE MEDISCHE SECTOR.
-"Medische ontwikkelingen hebben minder problemen met overheid en publiek."
-"Vlaamse bedrijven als Thrombogenics en Ablynx hebben belangrijke therapeutische doorbraken gerealiseerd.Mensen stellen zich daar minder vragen bij,omdat de middelen als levensreddend kunnen worden gepresenteerd,wat in de landbouw niet kan."
-"De twee sectoren zullen elkaar raken.Er zullen geneesmiddelen in gewassen worden ingebouwd,zodat men bv.door het eten van een banaan automatisch gevaccineerd zou worden bv.tegen griep.Er valt ongetwijfeld ook te werken rond gezond eten.Men zou gewassen zo kunnen wijzigen dat er minder verzadigde vetzuren inzitten.Een groot aantal geneesmiddelen van vandaag komen uit planten." **************************************************************** DEVGEN (www.devgen.com)
-AGRO BIOTECH. Devgen is a top biotech company focused on: *a novel generation of biotech products to protect a wide spectrum of crops from damage incurred from pests (bacteriële besmettelijke infecties) . *biotech traits and germplasm to meet the growing needs for high yielding ,high quality hybrid rice and selected small grains. *agro-chemical products with a safer and more environmental friendly profile to protect crops from damage inflicted by plant parasitic nematode. Devgen's core technology includes powerful RNAi tools using the model organism caenorhabditis elegans (C.elegans) .
-Monsanto and Devgen describe a new approach to insect-protection . The enabling technology ,called RNAi ,is a biological mechanism found in nature as a way to regulate gene expression.This technique gives a better protection against insect pests that feed on crops and impact yield. RNAi is an incredibly promising method for crop improvement overall.The research is expected to harness the cell's natural ability to regulate protein production and apply it to produce insect protection for the plant. (A.Fire and C.Mello,Nobel Prize 2006 for their discovery of naturally occurring RNAi processes in animals).
SUMMARY.
Control of coleopteran insect pest through RNA interference. (Monsanto/Devgen) Nature Biotechnology- Advance online publication 04.11.07 p.1-5. 2007 Nature Publishing group www.nature.com/naturebiotechnology
Commercial biotechnology solutions for controlling lepidopteran and coleopteran insect pests on crops depend on the expression of Bacillus thuringiensis insecticidal proteins.most of which permeabilize the membranes of gut epithelial cells of susceptible insects.However,insect control strategies involving a different mode of action would be valuable for managing the emergence of insect resistance. Toward this end,we demonstrate that ingestion of double stranded (ds)RNAs supplied in an artificial diet triggers RNA interference in several coleopteran species,most notably the western corn rootworm (WCR).This may result in larval stunting and mortality.Transgenic corn plants engineered to express WRC dsRNAs show a significant reduction in WCR feeding damage in a growth chamber assay,suggesting that the RNAi pathway can be exploited to control insect pests via in plants expression of a dsRNA.
PS. Eukaryotic organisms,including insects, possess a common machinery for sequence-specific gene silencing that is triggered by the presence of dsRNA.This process is called RNA interference (RNAi) in animals and post-translational gene silencing in plants.dsRNA-mediated silencing of essential genes in insects can induce cessatioin of feeding and ultimately morbidity,but require efficient uptake of dsRNA either by feeding or by topical ingestion.....
Voor een volledige beschrijving van dsRNA en van RNA interference,zie www.answers.com/topic/rna-interference www.tuat.ac.jp/mcb/ en,meer algemeen,in Biologie-10-Epigenetica (EX LIBRIS blog).
-BIOPHARMACEUTICAL DIVISION. Devgen develops a new class of preclinical drug candidates ,based on novel therapeutic concepts ,for treatment of inflammatory and metabolic diseaeses and arrhytmia. *****************************************************************
