In Finland, in het Maretarium in Kotka, leeft een groep alen waarvan vaststaat dat ze 48 jaar oud zijn. Arjan Palstra nam een vinknipje van een van de dieren zodat het DNA kan dienen als referentie voor de leeftijdbepaling. Foto Arjan Palstra Ogenschijnlijk eenvoudige zaken zoals leeftijd en geslacht zijn bij (jonge) alen lastig vast te stellen. Wageningse onderzoekers verkennen nu in hoeverre methylatiepatronen – hoe methylgroepen aan DNA binden – houvast kunnen bieden. En er gloren meer toepassingen.
Paling, oftewel aal, staat als ‘ernstig bedreigd’ op de Rode Lijst van de wereldnatuurbeschermingsorganisatie IUCN. Leeftijd en sekse zijn belangrijke factoren om betrouwbare schattingen te kunnen maken van het palingbestand, legt Tessa van der Hammen uit, onderzoeker bij Wageningen Marine Research en lid van de ICES-aalwerkgroep (WGEEL) die de EU voorziet van vangstadvies. Alleen zijn die factoren nogal lastig te bepalen. Dat komt onder meer doordat groeipatronen sterk kunnen variëren, afhankelijk van waar het dier leeft. ‘Een bepaalde lengte is dus niet synoniem aan een bepaalde leeftijd’, legt Van der Hammen uit.
Labeltjes op DNA
Leeftijdaflezing vindt momenteel plaats door de ringen te tellen van de otolieten, de ‘gehoorsteentjes’. Alleen is die methode duur, heeft een relatief grote onzekerheidsmarge en je moet de dieren ervoor doden. Voor de beoogde nieuwe methode is slechts een vinknipje nodig om DNA te verzamelen. Marien bioloog Reindert Nijland: ‘Simpel gezegd kijken we bij analyse van methylatiepatronen naar labeltjes op het DNA die bepalen of specifieke genen wel of niet tot expressie komen. Welke methylatiepatronen correleren met welke leeftijd of sekse, is nu nog een vraagteken. Maar als we van genoeg dieren genoeg data hebben, kunnen we patronen gaan herkennen – met hulp van big data machine learning-algoritmes die helpen de correlaties eruit te pikken. Ik heb er wel vertrouwen in dat het lukt te herleiden welke patronen overeenkomen met welke leeftijd en sekse’, stelt Nijland.
Complexe sekse
Voor dit project wordt van minimaal honderd palingen DNA afgenomen, het methylatiepatroon geanalyseerd en hun leeftijd en sekse bepaald. Bij de kleinere exemplaren valt dat nog niet mee, vertelt palingreproductie-expert Arjan Palstra. ‘Bij dieren vanaf een centimeter of 30 tot 35 is geslachtsbepaling op basis van uiterlijke kenmerken wel te doen. Maar bij kleinere dieren gaat dat niet of heel lastig. Dan moeten we bijvoorbeeld hormoonwaardes in het bloed meten, om te kijken of we het geslacht kunnen bepalen – voor zover dat überhaupt al gedifferentieerd is, want dat is nog maar de vraag. Dat zie je vaker bij vissen: dat de omgeving – de temperatuur, de pH-waarde, de fotoperiode, de sociale omgeving – de uiteindelijke fenotypische sekse beïnvloedt.’
Voor de beoogde nieuwe methode is slechts een vinknipje nodig om DNA te verzamelen
Die seksebepaling is best een spannende kwestie, legt Van der Hammen uit. ‘Pas als jonge aaltjes in West-Europa zijn aangekomen, wordt duidelijk hoe ze zich ontwikkelen: worden ze mannelijk of vrouwelijk? Dat hangt samen met de dichtheid van de populatie: hoe lager de dichtheid, hoe meer vrouwtjes. In Nederland is de terugloop van het aalbestand duidelijk terug te zien in de sekseverdeling. In het IJsselmeer zag je vroeger voornamelijk mannelijke dieren. Nu is de dichtheid veel lager en komen er bijna alleen nog maar vrouwtjes voor. Datzelfde geldt voor de Nederrijn en het Noordzeekanaal.’
Toekomstige onderzoeksvragen
Als de methylatiemethode effectief blijkt, heeft dat niet alleen als voordeel dat het sneller en minder invasief is dan de huidige manier van sekse- en leeftijdbepaling. Ook verwachten de onderzoekers er veel door te kunnen leren over fysiologie. Nijland: ‘Als we kunnen herleiden op welke locaties het DNA gemethyleerd is, dan weten we ook welke genen een rol spelen. Daarnaast gaan we nu weliswaar specifiek op zoek naar correlaties met sekse en leeftijd, maar we gaan álles sequencen: het hele DNA van elk individu. Die data blijven beschikbaar als in de toekomst andere onderzoeksvragen opkomen.’
Van der Hammen heeft nog wel een grote wens. ‘Een heel belangrijke toepassing zou ook zijn om met methylatiepatronen te kunnen onderscheiden of een aal is uitgezet of niet. Op dit moment wordt in Nederland veel glasaal uitgezet. Zowel nationaal als internationaal speelt er een behoorlijke discussie of die uitgezette aal de Sargassozee wel kan terugvinden, en of hun reproductie daar even succesvol is als van niet-uitgezette alen. Dat valt nu niet te monitoren: eenmaal uitgezet kunnen we uitgezette aal niet meer onderscheiden van de rest.
Er liggen sowieso nog de nodige kennisleemtes rond aal, vertelt Palstra, vooral over wat er op de oceaan gebeurt rond de reproductie. ‘Het was altijd bijzonder lastig om daar goede onderzoeksmethoden voor te ontwikkelen. Met deze moderne technieken lijkt zich een hele nieuwe onderzoeksera aan te dienen.’
Het project is een samenwerking van Wageningen Marine Research en de leerstoelgroepen Marine Dierecologie en Fokkerij & Genomica, met raakvlakken met de zowel de wettelijke onderzoekstaken van het Centrum voor Visserijonderzoek als het innovatieprogramma Next Level Animal Sciences. De komende maanden draaien vooral om dataverzameling; de analyse volgt in 2025. ‘Maar ongetwijfeld gaan we dit jaar al wat grasduinen in de data. We zijn hartstikke nieuwsgierig’, besluit Nijland.
Methylatie meten
Methylatie, de ‘labeltjes’ op het DNA, valt te meten met een zogeheten nanopore sequencer, een apparaat dat nu zo’n vijf jaar op de markt is en dat in razend tempo DNA-codes uitleest. Dat gebeurt door enkelstrengs DNA-fragmenten langs een plaatje met kanaaltjes te halen – nanoporiën – waar spanning op staat. De volgorde van de basen in het DNA valt af te lezen doordat het elektrisch signaal wordt onderbroken als die in de porie zitten. Zit er een methylatiegroep op (‘gewoon een C-atoom met een paar H-atomen’, aldus Nijland), dan levert dat een ander signaal op dan zonder methylering. De software herkent dat automatisch. ‘Bij DNA sequencen krijgen we de informatie over methylatie er eigenlijk gratis bij. We hoeven er alleen een ander algoritme op los te laten’, aldus Nijland.
