Dieren

Waarom koala’s zichzelf vergiftigen om te overleven

Onderzoekers uit meerdere landen hebben samengewerkt om het genoom van de koalabeer te ontcijferen en licht te werpen op een van zijn biologische raadsels.Friday, July 6, 2018

Door Alejandra Borunda
In een opvangcentrum voor koala’s in Beerwah, Queensland, eet een koala – die in heel Australië wordt bedreigd – eucalyptusbladeren.

Koala’s zijn echt vreemde beestjes. Het zijn superspecialisten, die onverbrekelijk zijn verbonden met de geurige eucalyptusbossen van Australië, waar ze op een of andere manier weten te overleven op een dieet van giftige bladeren. Ze slapen de hele dag. Koalawelpen eten de uitwerpselen van hun moeder. En ze bezwijken aan vreselijke ziekten waarvan andere dieren weinig last schijnen te hebben.

Een team van onderzoekers heeft nu het genoom van de koalabeer gesequentieerd en daarin antwoorden gevonden op aloude vragen over dit dier: hoe kunnen ze overleven op een dieet van eucalyptusbladeren? Hoe kunnen ze de minst giftige blaadjes ruiken? En waarom zijn ze zo kwetsbaar voor sommige ziekten, zoals chlamydia?

In de meeste delen van Australië is het aantal koala’s in de afgelopen tientallen jaren sterk afgenomen, omdat de eucalyptuswouden waarin ze leven zijn geveld voor projectontwikkelingen en ook omdat ze door een verwoestende epidemie worden geplaagd.

Internationaal onderzoek

Rebecca Johnson, genetica en expert in natuurbehoud van het Australian Museum in Sydney en hoofdauteur van de nieuwe studie die deze week is verscheen in het tijdschrift Nature Genetics, werd voortdurend gebeld door functionarissen van Australische deelstaten en door projectontwikkelaars die haar vroegen wat ze konden doen om gezonde en genetisch diverse koalapopulaties in het land te kunnen behouden.

Een goede manier om deze vragen te beantwoorden is het sequentiëren van het koalagenoom. Daarin ligt de beste informatie over het dier besloten die je kunt krijgen “wanneer je de genetische diversiteit binnen een soort probeert te begrijpen,” zegt ze.

Dus riep ze een team van internationale experts bijeen dat langzaam maar zeker de stukjes van deze genetische puzzel bij elkaar legde. “Je hebt echt een halve buurt nodig om een genoom te sequentiëren,” zegt Johnson. “Maar het is niet zo moeilijk om mensen te vinden die met koala’s willen werken, want het zijn echt heel erg schattige dieren.”

Heel schattig, maar ook heel vreemd. Koala’s leven van draderige eucalyptusbladeren die vol zitten met giftige moleculen, waardoor ze voor vrijwel alle andere levende wezens oneetbaar zijn. Maar koala’s hebben tijdens hun evolutie het vermogen gekregen om deze gifstoffen snel weer uit hun lichaam te spoelen, zodat ze zich elke dag aan kilo’s van deze bladeren te goed kunnen doen zonder ziek te worden.

De bladeren bevatten zó weinig calorieën dat koala’s 22 uur per dag moeten rusten of slapen.

Johnson en haar team ontdekten dat het gedeelte van het koalagenoom dat verantwoordelijk is voor ontgiftingsproteïnen, tweemaal zo groot is als dat bij andere dieren (of bij mensen). In een zeer ver verleden, zo denken de wetenschappers, moet dat gedeelte zichzelf per ongeluk hebben gekopieerd. En toen dat eenmaal was gebeurd, werden de extra genen onder druk van de evolutie in nieuwe richtingen gestuurd, waardoor het detox-systeem van de koalabeer verschillende onaangename eucalyptusmoleculen beter en efficiënter kon afvoeren.

“Het is een kwestie van co-evolutie,” legt Miriam Shiffman uit, een wetenschapper die nu aan het MIT is verbonden en onderzoek deed naar de manier waarop het microbioom in de darmen van koala’s eucalyptus bladeren verwerkt. De planten produceren een “complexe cocktail van chemicaliën” om te verhinderen dat ze worden opgegeten, en koala’s hebben tijdens hun evolutie steeds betere manieren ontwikkeld om die chemicaliën af te breken.

Gif snuiven

Het team ontdekte ook iets over de manier waarop de koala’s hun voedsel kiezen. Onderzoekers zagen koala’s jarenlang aan blaadjes ruiken en vroegen zich af waarom de dieren sommige bladeren opeten en andere weggooien. Ze vermoedden dat koala’s op een of andere manier kunnen ruiken hoe giftig of voedzaam een blaadje is.

En inderdaad vonden ze in die delen van het genoom die de reukzin van de koala controleren, veel extra genen die deze dieren helpen bij het ruiken van subtiele geurverschillen tussen de diverse muntachtige en medicinale bestanddelen die de eucalyptus zijn kenmerkende aroma geven.

Koala’s zijn dus heel goed in het afvoeren van giftige plantenmoleculen, maar het systeem waarmee ze die stoffen uit hun lichaam spoelen, verwijdert ook ongelooflijk snel talloze medicinale stoffen – vele malen sneller dan bij mensen. De antibiotica die ze krijgen toegediend om ziekten te bestrijden, verstoren het microbioom in hun darmenen daarmee hun vermogen om eucalyptusbladeren af te breken, waardoor de koala’s langzaam verhongeren.

Dat maakt het voor dierenartsen en wetenschappers erg lastig om koala’s te behandelen tegen ziekten als chlamydia, omdat de medicijnen die ze ook bij mensen of andere buideldieren zouden gebruiken, bij deze beertjes niet werken. Talloze onderzoekers zijn al jaren bezig met het ontwikkelen van een vaccin tegen chlamydia bij koala’s. (Lees ook: ‘Nieuwe behandeling voor koala’s die aan chlamydia lijden.’)

“In de hele gemeenschap van koala-onderzoekers gaat alle aandacht uit naar het ontwikkelen van een vaccin (…), maar dat onderzoek werd altijd beperkt door het feit dat we niet genoeg over hun immuunsysteem weten,” zegt Willa Huston, microbiologe aan de University of Technology in Sydney. “Nu we inzicht hebben gekregen in de duizenden genen die zijn betrokken bij de immuunafweer, kunnen we deze wetenschappelijk bewijzen gebruiken voor het vervaardigen van een doelgericht vaccin.”

Koala’s lijden ook aan een retrovirus dat vergelijkbaar is met hiv en dat hun immuunsysteem verzwakt, waardoor ze nóg kwetsbaarder worden voor ziekten als chlamydia en kanker. Soms nestelen deze retrovirussen zich ongemerkt in de genetische code van de koala’s. De onderzoekers ontdekten dat retrovirussen tijdens de evolutionaire geschiedenis van koala’s tientallen malen hun DNA was binnengeslopen, maar ook nu nog vinden dat soort onopgemerkte invasies plaats.

Momenteel hebben alle koala’s die in Queensland zijn getest, een of andere vorm van het retrovirus. Enkele moderne stammen blijken schadelijker dan oudere stammen. Dankzij het onderzoek naar het koalagenoom kunnen wetenschappers die virusstammen beter in de gaten houden, legt Johnson uit, en hebben ze voldoende informatie om een beter vaccin te ontwikkelen.

Mede dankzij het diepte-onderzoek naar het koalagenoom kunnen natuurbeschermers nieuwe manieren vinden om de genetische diversiteit binnen gefragmenteerde en bedreigde populaties te behouden.

Koala’s hebben dezer dagen te maken met talloze verschillende dreigingen, zegt Shannon Kjeldsen, genetica en expert in natuurbehoud aan de James Cook University in Queensland. Genetische diversiteit binnen een populatie is belangrijk om aan uiteenlopende omgevingsfactoren het hoofd te kunnen bieden. Als er binnen een en dezelfde populatie te veel paringen plaatsvinden, is “de soort als geheel minder goed uitgerust voor het reageren op nieuwe uitdagingen,” zegt ze. Aan de hand van het pas gesequentieerde genoom kunnen biologen nu volgen wat er in verschillende koalapopulaties gebeurt en weten ze ook beter hoe en wanneer ze in actie moeten komen om de dieren te beschermen.

Lees meer