Hoe het waaiertje het licht ziet

Het waaiertje vind je overal. Alleen in Antarctica wil de kleine, witgrijze paddenstoel niet groeien. “In Azië wordt hij wel gegeten”, zegt bioloog Robin Ohm (geboren in 1981 te Hoorn). “Maar in Nederland is er geen markt voor.” En toch gingen de eerste vier jaar van Ohms wetenschappelijke carrière zitten in een onderzoek naar Schizophyllum commune.

door en

Robin ohm zelf118

Robin Ohm Ivar Pel

Het waaiertje heb je misschien wel eens in het bos gezien, al groeiend tegen een boomstam. Het lijkt een paddenstoel als alle andere, alleen dan tegen een boom. Maar hoe werkt dat eigenlijk? Ohms zocht uit hoe zo’n in hout levende bundel draden dankzij een opeenvolging van fysieke en genetische signalen lukt, aan de buitenkant van een boom een vruchtlichaam te produceren — de voorbijkomende wandelaar noemt dat dan een zwam of paddenstoel.

De Schizophyllum commune, zoals het waaiertje officieel heet, leent zich erg goed voor zulk onderzoek. Hij is goed te kweken, en het erfelijk materiaal laat zich gemakkelijker analyseren en modificeren dan dat van pakweg de Agaricus bisporus, de champignon. Dat laatste is wat Robin Ohm in het onderzoek aantrok. “Op de middelbare school vond ik DNA en genen razend interessant. Ik ben niet iemand die het veld ingaat om vlinders te tellen of vogels te kijken. Voor paddenstoelen heb ik geen voorkeur en geen afkeer. Ik ben er na mijn biologiestudie in Utrecht gewoon in beland.”

Het promotieonderzoek van Ohm, dat hij uitvoerde met collega’s Jan de Jong, Luis Lugones en Han Wösten op de Universiteit Utrecht, viel in een revolutionaire periode. Toen hij begon, moest hij het doen met een handvol bekende genen, betrokken bij de bouw van het vruchtlichaam. “Kort gezegd begint een schimmel zijn leven wanneer een spore ontkiemt. Er vormt zich een netwerk van schimmeldraden, die zich voeden met hout, in de boom. Aan de buitenkant daarvan vormen zich paddenstoelen. Op een of andere manier ‘weet’ een schimmeldraad dat hij aan de buitenkant zit. Wij wilden weten: hoe kan dat? Welke genen zijn daarbij betrokken?”

Robin ohm 019

Het waaiertje (Schizophyllum commune) Ivar Pel

Genen per post

Er zat in eerste instantie niets anders op dan moeizaam te onderzoeken hoe die paar genen ‘aangezet’ werden om de paddenstoel te produceren. Maar halverwege het onderzoek had Ohm opeens de beschikking over duizenden genen, waarvan een flink aantal thuishoorde in de categorie ‘regulatoren’ die dat aan- en uitzetten als taak hebben.

Hoe kwam Ohm aan die duizenden genen? Met de post, van het Joint Genome Institute. Dit Amerikaanse overheidslaboratorium had op verzoek van de vakgroep waar Ohm deel van uitmaakte het complete genoom van S. commune bepaald. Een enorme reeks van de letters A,C,G en T, die staan voor moleculen die twee aan twee in DNA zitten en zo de eigenschappen van een organisme vastleggen. “In S. commune zitten 38,5 miljoen van die baseparen, en in die tekenbrij zitten dus de genen. Je kunt ze herkennen aan bepaalde vaste onderdelen: intron, exon, promotor, terminator.”

Het genoom ontrafeld

Steeds vaker zeggen wetenschappers dat ze van een plant of dier het genoom ontrafeld hebben. Wat ze daarmee bedoelen is dat ze de bouwplannen voor de cel kunnen lezen. Om het genoom te ontrafelen gebruiken ze een ingewikkelde techniek en de systemen van het lichaam zelf.
“>> Lees het Kennislink-artikel ‘Het genoom ontrafeld’”:/publicaties/het-genoom-ontrafeld

Zoeken naar genen

“In bacteriën is het herkennen van genen op die manier relatief een eitje, maar in eukaryoten, waar planten, dieren en ook schimmels toe behoren, is het ingewikkelder. Maar je kunt op het genoom een computerprogramma loslaten dat voorspelt welke stukken van de letterreeks waarschijnlijk genen zijn.”

Op die manier genen vinden is als het herkennen van woorden in een tekst dankzij het fenomeen spatie. Mooi dat het kan, maar het brengt je nog niet bij de betekenis van de woorden. In het paddenstoelengenoom was dat de eigenlijke klus. “Om te voorspellen wat een gen doet, kijk je om te beginnen naar al bekende genen: lijkt het op een gen dat een bepaald enzym maakt bijvoorbeeld? Dan zal het zelf ook wel een enzym maken” zegt Ohm.

Op diezelfde manier zocht Ohm naar genen die een cel vertellen hoe een speciale klasse eiwitten wordt gemaakt: de transcriptiefactoren. Dergelijke eiwitten nestelen zich tegen weer andere genen aan, waardoor de informatie die ze bevatten minder gemakkelijk afgelezen kan worden. In die onderlinge wisselwerking schuilen de subtiele regelmechanismen die Ohm wilde ontwarren.

Large

Deze fase van het onderzoek leverde tien genen op die in schimmeldraden aan de oppervlakte van een boom cruciaal leken voor de ontwikkeling van een paddenstoel. “Toen moesten we dat nog bewijzen, en dat doe je door ze uit te schakelen. In twee gevallen maakte het helemaal niets uit. Bij de andere acht werd meer of juist minder vruchtlichaam gevormd, of bleef de paddenstoelvorming steken in een bepaald stadium. Ik kon een model opstellen van de volgorde waarin de genen actief worden.”

Die eindsprint was de leukste tijd in het onderzoek: “Opeens kwamen al die ‘knock-outs’ op gang, de resultaten stroomden binnen. We hadden gelukkig tijd om vervolgexperimenten te bedenken, en die pakten goed uit.”

Groeien op commando

Een van die experimenten laat goed zien hoe toepasbaar dit onderzoek is, iets wat Ohm erg belangrijk vindt. “Een van de genen voor transcriptiefactoren lijkt erg op een gen uit een andere schimmel, dat codeert voor een blauw-lichtreceptor. Als je het uitschakelt, is hij als het ware blind. Mogelijk vervult dat gen ook in S. commune zo’n functie: alleen buiten de boom is het immers licht.”

“Toen we daar achter waren, dachten we: misschien kunnen we dit gebruiken als schakelaar, om zelf de vorming van een paddenstoel aan- en uit te zetten. We hebben toen het gen teruggezet met zelf ook weer een schakelaar eraan. Het werkt alleen nog als er sprake is van een ‘hitte-schok respons’ in het organisme.”

“Eén prikje met een hete naald, en de paddenstoelvorming komt op gang.”

“In dit geval werkte die hitteschakelaar ideaal: bij kamertemperatuur doet het gen niks en groeit er geen paddenstoel. Bij een korte verhitting gaat de schakelaar aan, het gen wordt actief, de schimmel ziet licht en de paddenstoelvorming komt op gang. Kwekers kunnen straks op die manier champignons kweken op precies de goede onderlinge afstand door even met een hete naald te prikken.”

“Aan dat experiment zijn we uiteindelijk niet toegekomen. Maar het onderzoek heeft twee patenten opgeleverd, en die zijn in licentie genomen door een speler uit de paddenstoelenindustrie. Die financiert op basis daarvan een vervolgproject, waarin dit met de champignon geprobeerd wordt.”

Zelf is Ohm daar niet meer bij betrokken. Hij werkt nu op het Joint Genome Institute op het terrein van de bio-informatica. “Ik doe geen labwerk meer. In plaats daarvan zit ik dichter bij de bron. Ik doe genoomannotatie, identificeer genen en voorspel wat ze doen. Dat wordt steeds belangrijker. Het is voor nu een ideale baan, ik kan heel veel bijleren, bij de bron. Maar uiteindelijk wil ik wel terug naar het lab. Vaak doe je een analyse, je vindt vijf genen waarvan je denkt dat die betrokken zijn bij proces X, en dan zou je ze willen uitschakelen om te kijken wat er gebeurt. Maar ja, dat doen andere mensen nu.”

Het promotieonderzoek van Robin Ohm is gefinancierd binnen het Open Technologieprogramma van Technologiestichting STW.

Meer over genetica in de biologie op Kennislink:

Dit is een publicatie van Technologiestichting STW
Technologiestichting STW realiseert kennisoverdracht tussen technische wetenschappen en gebruikers. Daartoe brengt STW onderzoekers en potentiële gebruikers bij elkaar en financiert STW excellent technisch-wetenschappelijk onderzoek.