Epigenetica: Mendel op zijn kop

Epi-genetica betekent letterlijk "wat bovenop de genetica komt". Vrij vertaald is dat: wat de genetica en het determinisme van de vererving via de chromosomen voor een heel stuk relativeert...

Wetten van Mendel

Wie vandaag genetica bestudeert, als amateur of als pro, zal zich in hoofdzaak bezig houden met de wetten van Mendel, de studie van het genoom (verzameling genen in een levend wezen), mutaties enz. Ten tijde van Mendel was er nog weinig gekend over de fysische basis van de erfelijkheid, zeg maar over DNA, genen, chromosomen, mutaties, crossing-over en de fameuze dubbele helix. Maar Mendel (1822-1884) ging ervan uit dat er iets dergelijks moest schuilgaan achter zijn proefondervindelijk vastgestelde wetten. In het kielzog van Mendel werd door de wetenschap tot heel recent aangenomen dat het erfelijk proces zowat volledig gedicteerd werd door de genen en de chromosomen. We spreken niet voor niets over "wetten". Aan wetten valt weinig te tornen zou je denken.

Darwinisme

Voeg daar de evolutieleer van Charles Darwin aan toe, en je krijgt het volledige plaatje hoe volgens de wetenschap steeds nieuwe generaties de eigenschappen van de vorige generaties overerven en over de miljoenen jaren heen evolueerden tot de soorten mens, dieren en planten die we vandaag kennen. De sleutel van die evolutie ligt - volgens Darwin en zijn volgelingen - in toevallige mutaties die in de soort verankerd werden als ze een functioneel voordeel inhielden. "Survival of the fittest" heette dat toen: de wet van de sterkste. Met een simpel voorbeeld: de genen van de sterkste en snelste roofdieren overheersen op termijn, omdat de zwakkere broertjes minder vlot aan eten, aan een partner enz. komen. In duiventermen: we kweken uit de betere duivenlijnen en veredelen zo stapsgewijze de soort "postduif".

Lamarckisme

Darwinisten staken nogal de draak met de theoriën van een zekere Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829), een voorganger dus van Charles Darwin (1809-1882) . Lamarck was een Franse bioloog die meende dat de evolutie te verklaren was door aanpassingen van het organisme aan de concrete behoeften. In het Frans heette dat: "la fonction crée l'organe" (de functie doet het orgaan ontstaan of evolueren). Het meest gekende voorbeeld was de uitleg dat giraffen een lange nek ontwikkelden om aan de hoge sappige blaadjes van de bomen te kunnen... En of de Darwinisten daarmee gelachen hebben. Een beetje ten onrechte blijkt vandaag meer en meer. En daarmee komen we bij ons onderwerp: de epigenetica.

Epi-genetica

De epigenetica is een relatief nieuw onderzoeksgebied binnen de biologie dat er steeds meer achter komt dat de vererving via de genen (chromosomen) heel wat minder absoluut is dan heel lang werd aangenomen. Kort gezegd komt het hierop neer:

• genen kunnen door omgevingsinvloeden (voeding, levensomstandigheden, stress, neurotransmitters zoals adrenaline, dopamine, serotonine, endorfine enz.) AAN of UIT gezet worden...
• reacties en aanpassingen van het organisme op die omgevingsinvloeden kunnen over meerdere generaties doorgegeven worden zonder dat daarvoor wijzigingen aan de chromosomen gebeuren. Herlees deze zin maar eens!

Nog anders gezegd: in bepaalde gevallen kan de gen-functie veranderen zonder dat de achterliggende DNA-structuur verandert... Misschien klinkt dat nog steeds niet echt spectaculair in uw oren maar dit is echt wel wereldschokkend nieuws wat betreft de erfelijkheid! Lees maar even verder mee.

Einde van het genetisch deterinisme

We mogen Bruce Lipton (1944- ) beschouwen als één van de basisleggers van de epigenetica. Lipton is een Amerikaanse celbioloog die de traditionele opvattingen binnen de biologie danig op hun kop zette. Hij ontdekte namelijk dat de werking van levende cellen niet afhankelijk is van de chromosomen binnen de celkern, maar van het filterend vermogen van de celwand (het flinterdunne membraan dat hij speels het mem-brein noemt). Het is de celwand die gunstige moleculen en eiwitten binnenlaat in de cel (bv. voedingsstoffen maar ook hormonen, neurotransmitters e.d.) en die ook vijandige stoffen zoals gifstoffen en virussen buitensluit.

Lipton ontdekte verder dat het filterend vermogen van de cellen (van mens en dier) aangestuurd wordt door signalen uit de omgeving.

Deze signalen kunnen behoren bij volgende groepen:

1. De voeding
   U weet uit ervaring dat jongen die niet alle nodige bouwstoffen krijgen via de voeding er maar armtierig zullen uitzien. De duplicatie van de miljoenen cellen verloopt immers gebrekkig bij ondervoeding/eenzijdige voeding en dus bij een tekort aan de juiste bouwstenen (aminozuren met name). Probeer maar een rode muur te bouwen met grijze bakstenen...
2. Toxines, oneigenlijke chemische stoffen, drugs, medicijnen, antibiotica, lichaamsvreemde hormonen, toegevoegde suikers, vrije radicalen. Denk ook maar aan residuen van chemicaliën, roken, alcohol, asbest, fijn stof en andere pollutie zoals electrosmog, straling, zware metalen...
3. Aangeleerd gedrag, stress en emoties, traumatische ervaringen, stimulerende omgeving... zeg maar "psychologische" factoren
4. Endogene signaalstoffen en regulerende stoffen zoals hormonen en neurotransmitters (serotonine, adrenaline, dopamine, endorfine, melatonine, insuline, cortisol...)
5. De fysieke variabelen zoals leeftijd, slijtage, zware inspanningen, temperatuur, luchtdruk, zuurstof, hoeveelheid slaap/rust, blootstelling aan zon en UV-licht...

Lipton introduceerde hiermee het einde van het genetisch determinisme.

Terzijde: als het vandaag mogelijk is om uit stamcellen naar wens bot- of bloed- of orgaancellen te "maken", dan is dit ook dankzij de ontdekking dat cellen met identieke genetische bagage zich door variërende prikkels (de "omgeving") op een gedifferentieerde en gespecialiseerde manier kunnen dupliceren.

TV-signaal

Lipton maakt zijn visie op die door de omgeving gestuurde expressie van de genen duidelijk met een beeld. In zijn vergelijking zijn de genen het TV-signaal en de omgevingsfactoren de instellingen van uw tv-toestel. Het onveranderde ("genetisch bepaalde") signaal wordt anders vertaald in elke huiskamer in functie van de instellingen van geluid, contrast, helderheid, kleurintensiteit enz. En door het soort abonnement kunt u bepaalde zenders (genen) al of niet zien...

Op vergelijkbare manier zullen genen met aanleg voor zeg maar kanker, diabetes of Alzheimer zich anders uitdrukken (of niet uitdrukken) in individuele personen in functie van omgevingsvariabelen (voeding, roken, stress, straling, asbest en dus ook overtuigingen...)

Overigens... het menselijk genoom zou volgens de laatste schatting ongeveer 19.000 genen omvatten. Een deel van die genen is bedoeld om als blauwdruk te dienen voor de productie van complexe eiwitten, de bouwstenen voor spieren, huid, organen, hersenen, bloedcellen enz... En nu komt het: in het menselijk lichaam komen - weeral naar schatting - zowat 100.000 verschillende eiwitten voor: aanzienlijk meer dus dan het aantal genen en wellicht een afdoende bewijs dat genen met behulp van "signalen" geherprogrammeerd kunnen worden om meer dan 1 soort eiwitten aan te maken.

Vertaald naar onze duivenkweek: de aanwezigheid van bepaalde - gunstige of ongunstige - genen zal niet per se altijd tot uitdrukking komen en dit weeral in functie van weeral die omgevingsvariabelen (voeding, stress, licht, overbevolking, uitputting van de ouderdieren, zuurstof enz...). En nu komen we ter zake...

Waarde van pedigree?

Welke garantie biedt dan nog een pedigree of een DNA-attest...?

Als veel duivenliefhebbers zo houden van mooie pedigree, dan is dat uiteraard in de hoop dat de duif die ze bijhalen of zelf kweken zo veel mogelijk van de goede genen zal erven (en later doorgeven) van haar illustere ouders en voorouders. Maar is dat wel voldoende...?

Iedereen kent wel - op eigen hok of bij anderen - het fenomeen van uitzonderlijke kweekjaren. Sommige jaren lukt vrijwel alles, niet enkel uit de bewezen kwekers maar ook uit de zogenaamd gewone koppels. Zou dat toeval kunnen zijn? Of waren de omstandigheden (het weer, de gezondheid, de voeding, kweekforme, rust op het hok,  de juiste dosis voedingssupplementen...) zo optimaal dat al die jonge organismen ideaal uitgroeiden, inclusief wat er zich in hun kopje vormde nodig om later de weg te vinden...

Mijn goede vriend wijlen Pros Roosen moest niets hebben van hengstenkweek en nog minder van KI (kunstmatige inseminatie). Precies om die reden. Hij was er immers van overtuigd dat duiven die op een natuurlijke manier opgekweekt worden, en dan nog liefst door hun eigen ouders, levenslang een voetje voor zouden hebben. Grote commerciële hokken en "duivenfabrieken" waar uit de stamkwekers honderden jongen worden voortgebracht en waar duivinnen tot 15 maal per jaar moeten leggen, zullen dit wellicht niet graag lezen en alvast tegenspreken. We laten het eindoordeel aan de lezer.

Overigens kende Pros zelf ook af en toe zo een super kweekjaar. Het is lang geleden, maar we herinneren ons nog dat Pros de allereerste editie van De Gouden Duif won in 1980 met een ploeg supers, allemaal geboren in 1978 en aangevoerd door kopstukken als de Supercrack 327 en de Ijzeren.

Eén boodschap is alvast duidelijk: enkel in optimale omstandigheden worden klasseduiven geboren: goede genen alleen is niet genoeg!

Ik sprak hier deze week nog over met sportgenoot Patrick Vervloesem en hij beaamde volledig het fenomeen. Hij had namelijk zelf zo een buitengewoon kweekjaar in 2012. "Het leek wel of het allemaal goede waren dat jaar, zowel voor de kweek als voor de vluchten, en dit niet enkel uit de bewezen kwekers maar ook uit de proefkoppels. Het is gewoon evident dat de kwaliteit van de kweek rechtstreeks evenredig is met de conditie van de ouderdieren. Ik heb daarvoor de epigenetica niet nodig om dat te weten..."

Ja maar...

Ja maar, zal u nu denken, zelfs als ze niet uitgedrukt worden in het fenotype, zijn die (vermeende goede) genen toch aanwezig en kunnen in de volgende generatie (lees, de kweek op ons hok) dan toch weer te voorschijn komen...

Ja... maar...

We stelden hierboven al dat Lamarck alsnog gedeeltelijk eerherstel kreeg binnen  de epigenetica... en wel hierom: uit onderzoek blijkt immers dat biologische aanpassingen aan de levensomstandigheden gedeeltijk erfelijk zijn, en dit buiten de chromosomen om. Ja u leest het goed.

Een voorbeeld: kinderen waarvan de moeder tijdens de zwangerschap aan felle stress onderhevig was, worden geboren met een verhoogde stressgevoelighed (meetbaar aan de cortisolniveaus). Sterker nog: die stressgevoeligheid kan zich nog 2 à 3 generaties ver uiten...

Een ander voorbeeld: afstammelingen van personen die hongersnood kenden hebben tot 2 generaties verder een grotere (niet DNA-gebonden) aanleg voor diabetes.

Straffe dingen, vind ik. Geen verzinsels, maar wetenschappelijke bevindingen.

Aha

Je hoort en leest wel vaker dat je uit jeugdige duiven, in het bijzonder jonge duivinnen, moet kweken. Om mee te vliegen zouden die jongen beter zijn, vitaler, gezonder, sneller... En dan wordt er meestal gegoocheld met vage beweringen als "de kwaliteit van het ei" en dergelijke meer.

Ik heb dat eigenlijk nooit geloofd, hierin gesterkt door de mening van o.a. wijlen Piet de Weerd. Hij kocht maar al te graag superkwekers (m/v) die al een dagje ouder waren en dus vaak voor een prikje te koop kwamen.

Misschien moet ik nu mijn mening herzien in het licht van de epigenetica...?

En zou dat misschien verklaren waarom je tegenwoordig zo vaak verkopingen ziet van "Alle kwekers en vliegers tot jaar xxxx en ouder"...? Heel wellicht gaan die verkopers ervan uit dat die duiven al het beste van zichzelf gegeven hebben en ze dus maar beter hun troeven inzetten op de jongere generaties. Epigenetica in de praktijk gezet... Ben je dan bedrogen als je een bewezen kweker van 6 jaar oud koopt? Niet per se volgens mij. Ik zal in elk geval niet mijn beste kweekduivin wegdoen omdat ze dit jaar 10 jaar oud wordt. Elke goed eitje dat ze nog legt is winst, denk ik dan.

Aha (2)

Misschien kunnen we aan de hand van de epigenetica nog wel andere zaken uitleggen die liefhebbers proefondervindelijk vaststellen maar die eigenlijk niet in de lijn liggen van de logica van Mendel en co. Strikt genomen zou je toch denken dat je even goede jongen moeten kweken uit oude kwekers als uit jonge, maar de praktijk wijst hier wel vaker in een andere richting.

En nog zoiets: kent u het fenomeen van de generatiesprong? U kweekt met alle macht uit een superduif en het wil maar niet lukken, geen enkele van de jongen benadert de kwaliteit van vader en/of moeder. Tot ineens blijkt dat uit een zoon of dochter weer cracks worden geboren. Zou het kunnen dat bij duiven die (te) veel kilometers deden en misschien zelfs af en toe in het rood gingen, de slijtage wordt meegegeven als erfelijke ballast...?
Een ding is zeker: uit duiven die helemaal opgebrand thuiskomen na dagen- of wekenlang zwerven ga je zelden nog fatsoenlijke duiven kweken, zelfs als de "verbrande" vliegduif helemaal opgeknapt lijkt. Ook hier lijkt de op ervaring gestoelde melkerswijsheid het bij het rechte eind te hebben. Duiven die zich helemaal "perte totale" vlogen en verloren zijn voor de vlucht zijn bijna zeker ook verloren voor de kweek. Epigenetica? Heel waarschijnlijk, want volgens Mendel zouden de goede genen er nog steeds moeten zijn...

En zou het ook kunnen dat we in de epigenetica de verklaring moeten zoeken voor het fenomeen dat er zelfs uit de zogeheten superkoppels zo weinig goede geboren worden? En sommige jaren zelfs niet één...?

Tweelingen

Eeneiïge tweelingen zijn een geliefkoosd en dankbaar onderwerp van erfelijkheidsonderzoek bij mensen. Welnu uit onderzoek blijkt dat de genen van tweelingen die in heel diverse omstandigheden leven zich inderdaad anders kunnen gedragen. Zo kan bijvoorbeeld de éne helft van de tweeling dement worden of kanker krijgen en de andere helft niet... en dat met dezelfde genetische bagage. Invloed van de omgeving in de ruimste zin is daar de uitleg voor: voedingsgewoonten, roken en alcohol, luchtvervuiling, leefgewoonten, beweging of gebrek daaraan, stress...

Ook hieruit blijkt weer dat genen niet "alles" te zeggen hebben in een organisme.

Adaptief geheugen

Genen zouden volgens de epigenetica beschikken over een "vast" geheugen, namelijk de eiwitsequenties (=genen) in  het DNA, maar ook over een adaptief of aanpassend geheugen dat bepaalde invloeden van de omgeving "onthoudt". Dat adaptief geheugen kan bijvoorbeeld zitten in een soort coating rond de chromosomen, in het celplasma of zelfs in de celwand. Helemaal duidelijk is dat nog niet. Wel is duidelijk dat, zoals reeds gezegd, bepaalde verworven eigenschappen (schade door het roken, stressgevoeligheid, trauma's, storingen in het suikermetabolisme enz.) erfelijk kunnen zijn over 2 à 3 generaties. Dat is proefondervindelijk vastgesteld in wetenschappelijke omstandigheden.

Men vermoedt dat in extreme omstandigheden (bv. overproductie van stresshormonen) bepaalde "poorten" in de celwand afgesloten worden waardoor de cellen hun specifieke functie als receptor voor die bepaalde signaalstoffen beperken en dat ook doorgeven aan hun nakomelingen... Ook kan het zijn dat de cellen zich aanpassen en meer enzymen aanmaken om bepaalde signaalstoffen sneller af te breken en ook dat doorgeven aan hun nakomelingen. In bepaalde gevallen van ADHD is bv. aangetoond dat in de cellen de dopamine tot 4 x sneller wordt afgebroken dan normaal is. Voedings- en leefgewoonten van de ouders kunnen zodoende aan de basis liggen van ADHD bij de kinderen en kleinkinderen...

Muizen

Om dit alles beter te illustreren en te begrijpen, kijken we naar een wetenschappelijk experiment met muizen (Duke Universityn Durham, North Carolina).
Muizen met het afwijkende agouti-gen hebben een perzikkleurige vacht, worden moddervet en hebben een uitgesproken aanleg voor diabetes en kanker. Door nu zwangere agoutimuizen tijdens de dracht grote dosissen vitamine B12, foliumzuur, choline en betaïne toe te dienen werd het agouti-gen blijkbaar op non-actief gezet. De jongen waren normaal van bouw (slank dus), met een normale bruine vacht en met een normale gezondheid en levensverwachting.

De voedingssupplementen zorgden er dus voor dat het defecte gen zich niet kon manifesteren...

Bij de controlegroep gaven de agouti-muizen met normaal voer steevast agouti-jongen.

Maar ook de omgeving kan de expressie van genen beïnvloeden. In een ander experiment met muizen (Dr. Larry Feig, Tufts University Medford, Massachusetts) werden muizen met een genetische vorm van Alzheimer in twee groepen verdeeld. De testgroep werd onder gebracht in een hele uitdagende en stimulerende omgeving, zeg maar een soort pretpark voor muizen. De controlegroep verbleef in gewone kooien. Na verloop van tijd bleken de uitgedaagde muizen veel beter te scoren voor geheugen, leervermogen en oriëntatie. De stimulerende omgeving haalde het op het afwijkend gen.

En weet u wat helemaal verbluffend is: zowel bij de agouti-muizen als bij de alzheimer-muizen genoten ook de volgende generaties van de epigenetische correctie... De genen waren niet veranderd, maar wel de expressie ervan.

Hengsten, kunstmatige inseminatie...

Krijgt u ook bij het lezen van al deze nieuwe inzichten en wetenschappelijke resultaten het gevoel dat de duivensport misschien niet zo gediend is met "massaproductie" van afstammelingen uit een superhengst met behulp van stierenkweek en nog minder met kunstmatige inseminatie... En zou sperma dat weken of maanden in een pipetje werd ingevroren in vloeibare stikstof nog dezelfde epigenetische info bevatten? Ik laat het oordeel aan de lezer.

Zeker is dat uit duivers waarvan via menselijke ingrepen vele tientallen en zelfs honderden afstammelingen het levenslicht zien, er naar mijn aanvoelen verhoudingsgewijs niet eens hoge succescijfers worden behaald. En dan heb ik het uiteraard over sportief en niet over financieel succes...

Wat hebben we geleerd vandaag?

• Goede genen/chromosomen bij ouderdieren zijn belangrijk maar helemaal geen garantie op succesvolle (na)kweek... Even belangrijk is de conditie en de omstandigheden bij de conceptie, de leg, het broeden en zeker het opfokken van de jongen. Een versleten duif (m/v) levert meestal versleten jongen, ongeacht het genenpotentieel... Een minder vitale duif levert minder vitale jongen... Samen met het genenpakket wordt er dus heel wat andere informatie overgeërfd.
• Genen kunnen aan- of uitgezet worden door talrijke factoren zoals hokklimaat (overbevolking, vocht, stress, storingen enz.), voeding, medicatie, conditie van de ouders (ja ook de duiver!). Die programmatie van de genen kan over meerdere generaties overgeërfd worden!
  Dus wat ouders eten, drinken, inademen, emotioneel verwerken kan over meerdere generaties de vererving via de genen "overrulen", dit is wijzigen, onderdrukken of versterken.

Zo is - weeral door proeven met o.a. muizen - vastgesteld dat jongen van een gestresste of erg getraumatiseerde ouder (m/v!!) minder "slim" zijn: ze zijn minder goed in het herkennen van voorwerpen, in ruimtelijk inzicht, in het leren en onthouden van de weg naar voedsel in een doolhof enz.

Er wordt vandaag al ijverig gezocht naar medicatie die bepaalde genen die de aanleg voor bepaalde ziektebeelden bevatten, kunnen uitschakelen of beïnvloeden door een soort "coating" van dat segment van het betreffende chromosoom. En ook dit is echt geen science fiction of pseudowetenschap...

Conclusie

De kern van dit verhaal is dat de genen dus finaal minder onwrikbaar bepalend zijn voor de lichamelijke en geestelijke kwaliteiten van mens en dier dan we altijd hebben aangenomen. De omstandigheden bij de conceptie, de levensomstandigheden en de omgeving zouden wel eens een hele grote rol spelen in hoe die genetische aanleg vertaald en veruitwendigd worden in het concrete levende wezen.

Zou het dan kunnen dat je bij de aanschaf van een duif beter een attest vraagt of de duif in ideale omstandigheden is verwekt en grootgebracht dan een schitterende pedigree met DNA-attest...

Uiteraard blijft het erfelijk pakket belangrijk, want je kunt met de epigenetica ook geen kwaliteiten te voorschijn roepen die er niet zijn. Enkel wat erin zit, kan eruit komen... of juist niet. That's the point.

U was verwittigd dat u na het lezen van dit artikel nooit meer op dezelfde manier zou denken over het vererven van kwaliteiten bij duiven (en andere levende wezens).

Foto's invoegen

Charles Darwin (1809-1882), Britse bioloog bekend om zijn evolutieleer ("The Origin of Species"). Van hem kennen we ook de basisprincipes "struggle for life" en "survival of the fittest". Of misschien kent u beter de HMS Beagle waarmee hij o.a. de Galapagos aandeed voor zijn onderzoeken.

Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829), Franse bioloog wiens stelling dat "de functie het orgaan creëert" door de darwinisten ridicuul werd bevonden. Deels ten onrechte blijkt vandaag.

Giraffes ontwikkelden volgens Lamarck hun lange nek om aan de hogere bladeren van de bomen te geraken. De school van Darwin maakte die stelling met de grond gelijk.

Gregor Mendel (1822-1884), Oostenrijkse augustijnermonnik en "vader van de moderne genetica". Via kweekproeven met erwten bestudeerde hij de overerving van eigenschappen. Het duurde evenwel tot begin 20ste eeuw eer de wetenschap de waarde inzag van de door hem geformuleerde "wetten".

Links de agouti-muis met het gemuteerde gen waardoor de kleur verandert en het lichaamsgewicht (en de algemene gezondheid en levensduur) in de knoei geraakt

Muis in doolhof. Muizen van niet-gestresste ouders blijken slimmer te zijn in het oplossen en onthouden van moeilijke opdrachten. Ook volwaardige voeding blijkt een voordeel.

Muis in "pretpark". Muizen met aanleg voor Alzheimer hebben hier minder last van als ze in een stimulerende omgeving mogen vertoeven.

• Vorige
• Volgende