Introns voor beginuitknippenners

Introns zijn belangrijker voor de evolutietheorie dan ik mij tot nu toe realiseerde (zie mijn blog van 7 jan over Senapathy). Maar, wat zijn introns? Introns zijn stukjes DNA in een gen die je niet terug vindt in het eiwit.

DNA: Introns voor beginuitknippenners
eiwit:   Introns voor beginners

Als 'Introns voor beginuitknippenners' een gen is, is uitknippen het intron, en 'Introns voor beginners' is het eiwit. Op een willekeurige plek lijken letters of woorden ingevoegd te zijn. Om een leesbare zin te krijgen moeten de ingevoegde letters weer verwijderd worden. Bijna alle menselijke genen hebben introns die er weer uitgehaald moeten worden op het moment dat er een eiwit gemaakt wordt. Bizar en erg omslachtig. Waarom zit het er dan in? Het werkt kennelijk. Daar moet U het voorlopig mee doen. Maar de toestand is feitelijk nog ernstiger. Er kunnen meerdere introns in een gen zitten:

DNA: Introns vouitknippenor beginuitknippenners (bevat 2 introns)

eiwit:   Introns voor beginners  (2 introns uitgeknipt)

Hier zitten 2 introns in het DNA die er netjes uitgeknipt zijn. Gelukkig maar.

Onverwachts

De ontdekking van introns in 1977 was een totaal onverwachts. Niemand had het voorspeld. Ook de evolutietheorie niet. Aanvankelijk waren er alleen technieken om de aminozuur volgorde in eiwitten te analyseren. Die kun je dan 'terugrekenen' naar de base volgorde in het DNA. Pas toen men dat ging vergelijken met de werkelijk volgorde in het DNA bleek dat er onzin stukken middenin genen zaten die helemaal niet in eiwitten zaten. Dat was een ontdekking met verstrekkende gevolgen voor de genetica en de evolutietheorie.

Probleem 1: Inefficient. 

Iedere keer als er een eiwit aangemaakt moet worden, moeten die overbodige stukjes eruit geknipt worden. Dat betekent feitelijk dat je cellen de hele dag bezig zijn die stukjes eruit te knippen als je eiwitten nodig hebt. Je hele leven. Dit is ontzettend omslachtig en inefficient. Die onzin stukjes blijven nl. in je genen zitten. Ze worden slechts geknipt uit de DNA-copie die voor eiwitproductie gebruikt wordt. Het DNA met ingevoegde stukjes introns worden nauwkeurig doorgegeven naar de volgende generatie. Men noemt dat: een probleem doorschuiven naar de volgende generatie!

Probleem 2: Knipfouten. 

Als je bedenkt dat de exacte volgorde in het DNA 1 : 1 vertaald wordt naar een eiwit, dan zijn die stukjes overbodig DNA midden in een gen toch wel erg riskant. Als het intron er niet exact uitgeknipt wordt kan het een verkeerd eiwit opleveren. In het volgend voorbeeld wordt het intron er niet uitgeknipt door een mutatie in het intron zelf:

DNA: Introns vouitklippenor beginners (mutatie in intron: n is vervangen door l )

eiwit: Introns vouitklippenor beginners  (fout eiwit: te lang)

of als er twee gemuteerde introns in zitten kan dit gebeuren:

DNA: Introns vouitflippenor beginuitflippenners (bevat 2 gemuteerde introns)
eiwit: Introns voners (fout eiwit : te kort)

In dit laatste eiwit zijn er niet alleen 2 introns uit geknipt maar ook het stuk tekst tussen de twee introns. Teveel dus. Een sterk ingekort eiwit ontstaat. Zoals U ziet: introns zijn gevaarlijk. Er kan iets behoorlijk mis gaan als er niet goed geknipt wordt.

Probleem 3: 

Wat is het evolutionair nut? Als die introns nutteloos of zelfs schadelijk of inefficient of riskant zijn, waarom zijn ze niet weggeselecteerd door natuurlijke selectie? Waarom zijn ze er nog? Schadelijke mutatie's worden toch verwijderd door natuurlijke selectie? Hier zit een complicatie: introns zijn geen echte mutaties. Echte mutaties komen tot uiting in het eiwit. Maar introns komen nu juist niet tot uiting in het eiwit. Ze worden er immers per definitie uitgeknipt. Bovendien zijn introns karakteristiek voor de mens als soort. Iedereen heeft ze. Dat geldt niet voor mutatie's.

Misschien zijn ze er omdat introns er altijd (meestal) op een betrouwbare manier uitgeknipt worden?  Is dat een dooddoener? Tsja, het is een omslachtige methode, maar het eindresultaat is een correct eiwit en een gezond individu. Maar zelfs als het intron er correct uitgeknipt wordt, zijn introns niet een beetje nadelig? En als ze in vrijwel alle genen zitten, is dat niet behoorlijk nadelig? Heeft al dat knippen niet een vertragend effect? Het is extra werk. Zou het niet sneller gaan zonder al dat knippen? We kunnen het efficiëntie argument in de evolutiebiologie niet zo maar overboord gooien. Daarvoor is het te belangrijk. Dus we blijven toch met een probleempje zitten. Als ik in een Ontwerper geloofde zou ik zeggen: slecht ontwerp meneer de Ontwerper! Dat moet beter kunnen!

(volgende blog: Introns voor gevorderden...)