Junk-DNA is een onderwerp dat regelmatig de populairwetenschappelijke media haalt, met berichten meestal in de trant van ‘we wisten niet welke functie het had, dus werd het junk genoemd, maar nu weten we van functie x’. Door dit soort claims is steeds meer het idee gaan leven dat het idee van junk-DNA op onwetendheid gebaseerd is en dat er steeds minder junk overblijft. Dit is maar zeer beperkt waar.

Betekenis en geschiedenis
De term junk-DNA wordt niet eenduidig gebruikt in de literatuur (Gregory, 2007). Het is daarom nuttig om de geschiedenis van de term na te gaan. Ofschoon de term ouder is, was het Dr. Susumu Ohno (1928-2000) die de term als eerste formeel gebruikte in een artikel uit 1972 genaamd "So Much ‘Junk DNA' in our Genome" (Ohno, 1972). In dit artikel noemt hij een aantal redenen waarom een deel van het DNA junk is: 1) de grote variatie in genoomgrootte tussen soorten, 2) het oplopen van mutaties in regio’s die coderen voor eiwitten is te schadelijk, in het DNA daarbuiten niet, 3) pseudogenisatie na genduplicatie. Hij geeft ook aan dat uit deze junk nieuwe genen kunnen ontstaan. Ohno gebruikt de term junk vooral voor pseudogenen (al is die term pas in 1977 geïntroduceerd, zie hieronder). 

In hetzelfde jaar gebruikte ook Comings de term breder als synoniem voor niet-(eiwit)coderend DNA in een publicatie (Comings, 1972) en onderbouwt hij met argumenten waarom grote delen van het DNA junk zijn. Ook hij geeft aan dat het niet volledig nutteloos hoeft te zijn. Vanaf het begin is het concept dus niet gebaseerd geweest op onwetendheid, zoals vaak wordt gedacht en beweerd, maar op genetische argumenten. Ook zijn functies vanaf het begin geopperd, maar andere functies dan coderen voor eiwitten. De functieloosheid van junk slaat hier dus op het niet (meer) coderen voor eiwitten. 

De term niet-coderend DNA wordt vaak als synoniem gebruikt voor junk-DNA. Ook deze term is echter niet eenduidig (Gregory, 2007; zie ook de discussie hier). In de oorspronkelijke betekenis werd hiermee gedoeld op die stukken DNA die niet voor eiwitten coderen. Bij de mens is dit ongeveer 98% van het genoom. Al vanaf de jaren ’70 was duidelijk dat delen van dit niet-coderende DNA functies hadden, wat in de jaren daarna steeds meer bevestigd werd. Nu weten we dat een deel van het niet-eiwitcoderende DNA wel voor RNA-moleculen kan coderen (zoals tranfer-RNA) en alle direct bij genregulatie betrokken sequenties (zoals binding van transcriptiefactoren). Voor wie junk-DNA als per definitie niet-functioneel ziet, is junk dus niet gelijk aan niet-coderend DNA!

Dat een deel van de niet-coderende 98% functies heeft, wil evenwel niet zeggen dat alles daarvan een functie heeft. Hiermee zijn we aangekomen bij de discussie over hoeveel van het niet-coderende DNA een functie heeft. Vooral creationisten menen dat dit deel niet groot kan zijn: waarom zou de Schepper het genoom immers volstoppen met junk? Ook evolutiebiologen die een zeer sterke nadruk leggen op de rol van natuurlijke selectie (strikte ‘adaptationisten’) zoeken achter alles een evolutionair nut. Grote nutteloze stukken DNA in het genoom passen daar niet bij. Ik vermoed dat er nog maar weinig moderne evolutiebiologen zijn die dit verdedigen. Sommige moleculair biologen daarentegen zien het DNA in zijn geheel als een strak geregelde machine; voor hen is het idee van ongeregeld zooitje in de cel onbestaanbaar. 

Samenvattend kunnen we stellen dat vanaf het begin het concept van junk-DNA niet is gebaseerd op onwetendheid over functies van DNA dat niet voor eiwit codeert en zijn mogelijke functies geopperd. Ook zijn vanaf het begin argumenten gegeven waarom een deel van het niet-coderende DNA waarschijnlijk wél functieloos is. Tegenwoordig worden vooral deze delen gezien als junk-DNA. In de woorden van Palazzo & Gregory (2014): “Today, “junk DNA” is often used in the broad sense of referring to any DNA sequence that does not play a functional role in development, physiology, or some other organism-level capacity". Ik zal junk-DNA ook in deze zin gebruiken. Al het junk is dan niet-coderend, maar niet al het niet-coderende DNA is junk. 

Het Engelse woord ‘junk’ wordt in de context van DNA vaak onvertaald gelaten, en dat is prima. Het is wel goed om te benadrukken dat dit woord in het Nederlands niet ‘afval’ betekent, maar ‘rommel’. Met rommel kun je soms best nog iets doen of maken wat niet de oorspronkelijke functie heeft. Dit punt zal later nog terugkomen.

De argumenten voor junk-DNA die al in de jaren ’70 door Ohno en Comings gegeven werden, zijn onderdeel geworden van een discussie die nog steeds voortduurt. Hieronder bespreek ik de argumenten voor en tegen de functieloosheid van het junk-DNA. 

Argumenten voor functieloosheid
Palazzo & Gregory (2014) en Graur (2017b) geven een update van de argumenten die sinds de jaren ’70 worden gegeven. Die zal ik hieronder deels volgen. 

De grootteverschillen van de genomen zijn bij dieren 7.000-voudig en tussen gewervelden 350-voudig. Deze genoomgrootte correleert niet met de complexiteit van het dier of het aantal coderende genen, zoals wellicht intuïtief verwacht wordt. Zo bevat het menselijk genoom acht keer meer DNA dan dat van de kogelvis, maar 40 keer minder dan dat van de longvis. Er zijn ondertussen meer dan 200 salamandergenomen bekend, allemaal tussen de 4 en 35 keer groter dan het onze. Zelfs nauwverwante soorten kunnen sterk in genoomgrootte verschillen. 

Voor wie meent dat (bijna) al het DNA een functie heeft, heeft Gregory de ‘ui-test’ ontwikkeld. De ui (Allium cepa) heeft een genoom dat vijf keer groter is dan dat van ons. Ook naaste verwanten van de ui (andere soorten uit het geslacht Allium) laten een viervoudig verschil in genoomgrootte zien. Deze gigantische grootteverschillen van de genomen zijn goed te verklaren als grote delen van het genoom junk zijn, maar niet als elk stuk DNA een functie zou hebben. Een overtuigend antwoord op de ui-test is dan ook nog niet gegeven. 

Een tweede argument is dat we de eigenschappen van veel niet-coderend DNA kennen, en dat op grond daarvan het plausibel is dat het goeddeels junk is. Transposable elements vormen een belangrijk deel hiervan. Dit zijn verschillende stukken DNA die gemakkelijk van positie veranderen in het genoom. Het zijn onder andere stukjes DNA die zichzelf terug in het DNA kopiëren en restanten van virussen die zich in het DNA hebben weten te nestelen (endogene retrovirussen). Het grootste deel hiervan muteert snel en zonder enige consequentie voor het organisme, wat wijst op functieloosheid. Grote genomen zijn vooral groot doordat ze veel van dit soort DNA-elementen hebben (Elliott & Gregory 2015; Wang et al., 2021). Ook zijn er vaak herhaalde stukken DNA die zelfs tussen individuen sterk verschillen. Al zijn er enkele voorbeelden bekend waarin dit soort elementen een functie hebben gekregen (rommel kan soms voor een ander doel gebruikt worden), het is erg onwaarschijnlijk dat dit geldt voor al deze stukken DNA. Het andere uiterste wordt gevormd door soorten die dit soort elementen vrijwel niet hebben (Ibarra-Laclette et al., 2013). Als ze zo nuttig zijn, waarom kan het blaasjeskruid dan vrijwel zonder (slechts zo’n 3%)? 

Ohno benoemde al dat duplicaten van genen soms overbodig zijn en daardoor mutaties oplopen waardoor ze defect raken. In 1977 is hiervoor de term pseudogen bedacht. We weten steeds beter hoe ze ontstaan en waar ze zitten (Salmena, 2021). Het menselijk genoom bevat naast ruim 20.000 ‘echte’ genen ook duizenden van dergelijke pseudogenen: defecte duplicaten, RNA van genen teruggeschreven in het DNA en defecte genen voor functies die niet meer belangrijk zijn (zoals de aanmaak van vitamine C). Ondanks dat er voorbeelden zijn van pseudogenen die een functie hebben gekregen of ten onrechte als pseudogen bestempeld zijn (Cheetham et al., 2020), is het door het ontstaansmechanisme plausibel dat een groot deel daadwerkelijk junk is.  

Een ander argument dat sinds Ohno verder uitgewerkt is, is gebaseerd op het aantal schadelijke mutaties dat een genoom kan oplopen. Een populatie van organismen kan een bepaalde hoeveelheid schadelijke mutaties oplopen voordat de fitness in het geding komt (mutational load). Hoe meer junk, hoe meer mutaties zonder problemen kunnen plaatsvinden. Als echter (vrijwel) al het DNA functioneel zou zijn, zouden mutaties al snel voor problemen zorgen. Op grond van dergelijke modellen zou slechts ongeveer 15% functioneel kunnen zijn (Graur, 2017a). Andere modellen (Galeota-Sprung et al., 2020) komen uit op een ander percentage, afhankelijk van de aannames, omstandigheden en onzekerheden. 

Nog een argument is dat minstens 5% (Leypold & Speicher, 2021) en mogelijk 9% van het DNA onder zoogdieren geconserveerd is (Palazzo & Gregory, 2014). Dit zijn stukken (coderend en niet-coderend) DNA die tussen zoogdieren niet veel verschillen, wat wijst op een belangrijke functie. De andere kant van dit argument is dat voor de stukken DNA die niet geconserveerd zijn en dus neutraal evolueren, het blijkbaar niet uitmaakt wat ermee gebeurt. Dit is wat je mag verwachten als het junk is. Het onderzoek naar evolutionair geconserveerde stukken DNA heeft overigens tot de ontdekking geleid van de nodige functionele stukken niet-coderend DNA, zoals voor DNA dat nodig is voor het opvouwen van DNA. Zo kan op grond van evolutie dus functie in het genoom ontdekt worden. Een voorbeeld hiervan zijn de zogenaamde HAR’s: human accelerated regions. Dit zijn stukken DNA die sterk geconserveerd zijn, maar sinds de splitsing met de chimpansees sterk zijn gaan verschillen (Hubisz & Pollard, 2014). Ze spelen een rol bij het functioneren van het zenuwstelsel, een orgaan dat bij ons duidelijk verschilt van dat bij de andere mensapen. 

Een laatste argument is dat schijnbaar grote delen van het niet-coderende DNA verwijderd kunnen worden zonder dat dit tot problemen leidt (Nobrega et al., 2004; Parenteau et al., 2008). Of dit echt functieloos DNA (junk) is, blijft met dit soort experimenten lastig te zeggen omdat de proefdieren niet onder alle mogelijke omstandigheden die relevant zijn voor overleven en voortplanting getest kunnen worden. Het is lastig to prove a negative. 

Argumenten tegen functieloosheid
Lange tijd is het voornaamste argument tegen junk-DNA geweest dat het gebaseerd is op onwetendheid: wie zegt dat junk echt geen functie heeft, een functie die we nog niet ontdekt hebben? Dit argument is tot op zekere hoogte steekhoudend, zeker in het tijdperk voor genoomanalyses en -vergelijkingen. Ironisch genoeg hebben juist deze analyses en vergelijkingen oude argumenten voor veel junk-DNA bevestigd en nieuwe argumenten opgeleverd, zoals hierboven is gebleken. Daarnaast is de ui-test een belangrijk argument tegen het vinden van een toekomstige functie voor al het junk-DNA. Het feit dat voor kleine hoeveelheden junk toch een functie gevonden is, doet weinig af aan dit punt. 

Dit brengt ons bij een belangrijke discussie die omtrent junk-DNA, maar ook daarbuiten, vaak opkomt: wat is in de biologie een functie en hoe weten we dat? Dit is een oude en complexe biologische en wetenschapsfilosofische discussie. Vaak wordt er een onderscheid gemaakt tussen functie als causale rol (CR) en als geselecteerd effect (SE). Volgens de eerste definitie is er sprake van een functie als er een effect is, ongeacht wat dit effect voor het organisme betekent (positief, negatief of neutraal). Volgens de tweede definitie is er slechts sprake van een functie als het effect heeft op overleving en/of voortplanting, evolutionaire criteria dus.

Het verschil is te verduidelijken met een onomstreden voorbeeld. Het is breed geaccepteerd dat dé functie van hemoglobine (een belangrijk eiwit in rode bloedcellen) het vervoeren van zuurstof (en deels CO₂) is. Zonder deze functie zou het organisme niet overleven (SE-functie dus). Ook maakt hemoglobine het bloed rood (CR), maar deze kleur op zichzelf heeft geen effect op overleven en/of voortplanting (geen SE-functie dus). Het is een neutraal gevolg van de bouw voor een andere functie (zuurstoftransport), maar het lijkt niet zinvol om van de functie van de kleur te spreken. SE lijkt dus een zinvollere betekenis van functie dan CR, en wordt om die reden ook veel meer gebruikt (terecht in mijn ogen). 

Dit geldt ook voor de functie van stukken DNA. Als er een effect van een bepaald stuk junk-DNA wordt gevonden (CR), is het nog de vraag of dit invloed heeft op het overleven en/of voortplanting (SE-functie dus). Alleen in het laatste geval kun je volgens velen met recht van een functie spreken. En een stuk DNA dat een ziekte veroorzaakt, is dat functioneel? Het heeft een bepaald effect (CR). Of een stuk DNA dat een ziekteverwekkend stuk DNA onderdrukt, is daar sprake van een functie? Voor een bioloog waarschijnlijk niet, voor biomedisch onderzoek wellicht wel. De discussie heeft dus een sterke semantische component: wanneer spreek je van een functie? Deze discussie brengt ons bij de discussie die is ontstaan na de resultaten van het ENCODE-project.

ENCODE staat voor Encyclopedia of DNA Elements, een gigantisch internationaal onderzoeksproject waarmee getracht wordt elk functioneel deel van het DNA in kaart te brengen. In 2012 werden veel resultaten gepubliceerd (ENCODE Project Consortium. 2012), waarvan het belangrijkste was dat zo’n 80% van het DNA een biochemische functie zou hebben. Sommigen meenden op grond hiervan dat dit de doodsteek was voor junk-DNA. Al snel kwamen er ook kritische geluiden (Eddy, 2012; Graur et al., 2013; Niu & Jiang, 2013; Doolittle et al., 2014; Palazzo & Lee, 2015; Doolittle & Brunet, 2017). Een goede en toegankelijke samenvatting van de kritiek wordt gegeven door een evolutiebioloog in dit YouTube-fimpje.

Die kritiek was voor een belangrijk deel gericht op de zeer ruime definitie van functie die het ENCODE-consortium gebruikt: “we define a functional element as a discrete genome segment that encodes a defined product (e.g., protein or non-coding RNA) or displays a reproducible biochemical signature (e.g., protein-binding, or a specific chromatin structure)”. Het feit dat een stuk DNA wordt omgezet in RNA (transcriptie) (CR-functie), betekent lang niet altijd dat dit ook gevolgen heeft voor overleven en voortplanten van het organisme (SE-functie). Alleen in dit laatste geval kun je volgens de critici met recht spreken van een functie. Veel RNA wordt bijvoorbeeld direct na transcriptie weer afgebroken. Ook zijn er goede redenen om te twijfelen aan de andere vermeende biochemische functies, zoals de critici aan de hand van vele voorbeelden demonstreren. Daarnaast geeft de publicatie uit 2012 ook geen antwoord op de bovengenoemde argumenten die voor junk-DNA pleiten, zoals verschillende critici hebben opgemerkt. Al met al zitten er tussen die 80% dus heel wat foutpositieven: stukken DNA die onterecht als functioneel worden gezien. 

Een van de hoofdonderzoekers van het ENCODE-project, John Stamatoyannopoulos, kwam al snel met de reactie dat het misleidend is te beweren dat 80% ook echt essentieel en functioneel is. Dit zou gelden voor slechts 40%. In 2014 volgde een veel uitgebreidere reactie van een deel van de auteurs uit het ENCODE-consortium met een veel genuanceerder beeld over welke delen van het genoom functioneel zijn (Kellis et al., 2014). De auteurs erkennen dat er verschillende definities van functie zijn (genetisch, evolutionair en biochemisch) die elk hun sterke en zwakke kanten hebben. De oorspronkelijke functiedefinitie van ENCODE was hoofdzakelijk biochemisch, waarvan bekend is dat het veel foutpositieven oplevert (onterecht functie toegeschreven). Ze geven nadrukkelijk aan dat een deel van de 80% niet functioneel hoeft te zijn. De auteurs stellen nu dan ook samenvattend: “although biochemical signatures are valuable for identifying candidate regulatory elements in the biological context of the cell type examined, they cannot be interpreted as definitive proof of function on their own.”. Het is dus geenszins duidelijk hoeveel van de eerdergenoemde 80% ook echt functioneel is.

De resultaten van de meest recente fase van het ENCODE-project werden in 2020 gepubliceerd (o.a. Snyder et al., 2020 en Moore et al., 2020). In deze fase is de kennis uitgebreid, verdiept en beter geworden door nieuwere technieken. Ook is de vergelijking met de muis gemaakt. Er wordt echter nog steeds dezelfde zeer ruime definitie van functie gehanteerd. Ook nu weer geven de auteurs aan dat het onderzoek naar de functie van al de geïdentificeerde elementen nog in de kinderschoenen staat. Een nieuw of ander percentage voor hoeveel van het genoom functioneel is, heb ik niet kunnen vinden. 

Het is ook mogelijk dat een deel van het niet-eiwitcoderende DNA niet zozeer een coderende functie heeft, maar een structurele: het beïnvloedt de bouw en configuratie van de chromosomen waarop de coderende delen zitten en daarmee de werking. Het maakt dan niet uit wat de code is, maar dát het er zit. Het is een semantische kwestie of je dit wel of geen junk noemt. Ook is het onwaarschijnlijk dat deze functie al of zelfs maar een groot deel van de junk verklaart, omdat het geen antwoord geeft op de ui-test.

Maar zelfs áls 80% functioneel zou zijn, dan is nog steeds 20% dat niet, en dat kan zeker junk-DNA genoemd worden. ENCODE laat dus niet zien dat junk-DNA niet bestaat, maar dat het mogelijk een stuk minder is dan eerst werd gedacht. 

Naast de kritiek op de definitie van functie werd er ook kritiek geleverd op grond van evolutie. Als maximaal zo’n 15% van het genoom onder selectiedruk staat (wat blijkt uit vergelijkende genoomonderzoeken), hoe wordt dan de overige (volgens ENCODE) functionele 65% (80%-15%) behoed voor functieverlies?

Zelfs als veel van de 80% geen biologische functie heeft, kan het alsnog een waardevolle functie hebben bij medisch onderzoek, bijvoorbeeld naar de rol van bepaalde stukken DNA bij het ontstaan van ziektes of de effectiviteit van medicijnen. Ook hieraan draagt ENCODE bij. Al is het bijdragen aan het ontstaan van een ziekte geen biologische functie, het is wel zeer relevant voor (bio)medisch onderzoek. Op eenzelfde manier heeft het geluid dat het hart maakt geen biologische functie, maar zegt het een arts met een stethoscoop wel veel! 

Samenvattend is de functionele 80% van ENCODE problematisch omdat ze (vooral aanvankelijk) een te brede definitie van functie hanteren, er goede redenen zijn om de functie van veel van die 80% in twijfel te trekken en er goede evolutionaire argumenten tegen die 80% zijn. ENCODE kan daarmee niet gebruikt worden om junk-DNA dood te verklaren, zoals sommigen hebben gedaan of geïnsinueerd. 

Uit junk-DNA kan wel nieuwe functionaliteit evolueren. Net als uit versleten banden (junk) in bepaalde landen slippers worden gemaakt, kunnen ook uit functieloze stukken DNA door mutatie functionele stukken DNA ontstaan (Levy, 2019; Palazzo & Koonin, 2020). Junk is dan geen afval, maar rommel waarmee weer nieuwe dingen gemaakt kunnen worden. Dit is echter net zomin een functie als een band gemaakt is om als slipper te dienen. 

Junk-DNA en evolutie
Stel dat een groot deel van het junk-DNA toch functioneel blijkt te zijn, zou dat een probleem zijn voor evolutie? Het argument van mutational load dat Ohno al gebruikte en later door onder andere Dan Graur is uitgewerkt (Graur, 2017a), is gebaseerd op bepaalde (populatie)genetische aannames en berekeningen. Andere onderzoekers komen met een iets ander model op een andere uitkomst (Galeota-Sprung et al., 2020). Graur is het eens met dit nieuwere model, wat een hoger functioneel deel toestaat (persoonlijke communicatie). Het gaat hier dus om modellen van hoe evolutie werkt onder bepaalde omstandigheden met bepaalde aannames. Zo’n model kan onjuist blijken te zijn, waardoor we zouden moeten bijstellen hoe evolutie werkt. Overigens weten we dat ook organismen zonder veel junk prima kunnen functioneren, zoals het blaasjeskruid. Veel junk is dus geen noodzaak. 

Inzichten over de mechanismen die zorgen voor evolutie (de evolutietheorie dus), zijn sinds Darwin al bijgesteld en uitgebreid. Alleen al om die reden moeten we de moderne evolutietheorie geen ‘darwinisme’ noemen. Het zou zeer goed kunnen dat er meer wordt bijgesteld en uitgebreid naarmate er meer bekend wordt over hoe genomen werken en evolueren. Hierover is in de afgelopen jaren door razendsnelle ontwikkelingen in de genomica veel meer bekend geworden, en nog veel meer zal bekend worden. Het is daarom aannemelijk dat dit ook invloed gaat hebben op de evolutietheorie. Dit soort aanpassingen en uitbreidingen vinden ook plaats in andere disciplines en horen bij gezonde wetenschap. 

Dergelijke veranderingen van de evolutietheorie doen evenwel niets af aan het feit dat deze theorie probeert te verklaren: zo’n 3,5 miljard jaar gedeelde afstamming en evolutie van het leven. Ook als er zeer weinig junk blijkt te zijn, is dat dus geen probleem voor evolutie, alleen mogelijk voor onze huidige evolutietheoretische modellen. Een volledig functioneel genoom lijkt echter onwaarschijnlijk. Het is niet waarschijnlijk dat natuurlijke selectie de grote en complexe genomen van bijvoorbeeld zoogdieren volledig in staat is ‘schoon’ te houden van de junkvormende mutaties die elke generatie optreden. 

Creationisten en junk-DNA
Creationisten hebben vaak moeite met junk-DNA. Waarom zou een intelligente Schepper immers een genoom ontwerpen vol junk? Daarnaast vormen gedeelde stukken junk ook nog eens mooie evidentie voor gemeenschappelijke afstamming, wat uiteraard nogal problematisch is voor creationisten. Het is creationisten er dus alles aan gelegen om te laten zien dat junk-DNA niet voorkomt, of misschien in slechts minimale hoeveelheden. 

Omwille van de ruimte zal ik me beperken tot de Nederlandse creationist die over dit onderwerp het meest geschreven heeft: P(i)eter Borger. In een interview in het Reformatorisch Dagblad (RD) van 5 oktober 2020 stelt hij “De term ”junk-DNA” is inmiddels afgeschaft” en “er bestaat dus niet zoiets als ‘junk-DNA’”. Sterker nog, stelt Borger: “Wat het Encodeproject laat zien, is een genoom dat zonder meer een einde maakt aan het tijdperk van Darwin. Alleen weet niemand dat nog.” Ook in een later interview (21-12-’21) in het RD geeft Borger als antwoord op de vraag wat de status is van junk-DNA: “Dat het niet bestaat. Dat bleek uit een artikel in het tijdschrift Nature in 2019 over de uitkomsten van het jarenlange onderzoek aan het menselijke DNA, het zogeheten Encode-onderzoek. Het artikel bevestigde dat meer dan 80 procent van het genoom een of andere biochemische functie heeft. De wetenschappers schreven daar onder andere dat we af moeten van junk-DNA en niet-functioneel DNA, de zogeheten pseudogenen. Die hebben volgens hen een enorme vertraging opgeleverd in het wetenschappelijk denken: de evolutietheorie was een ‘science stopper’.”

Hij beroept zich dus vooral op de resultaten van ENCODE. Hierboven hebben we al gezien dat op die 80% functionaliteit van ENCODE heel wat af te dingen valt. Borger meldt hier niets over. Evenmin meldt hij iets over de kritiek en de nuancering vanuit het ENCODE-project uit 2014 (Kellis et al., 2014). Maar zelfs áls die 80% waar zou zijn, dan blijkt uit dit project helemaal niet dat junk-DNA niet bestaat, zoals Borger meent. Volgens ENCODE heeft immers 20% geen functie, zelfs niet onder hun zeer (en volgens velen te) ruime definitie van functie. Borger geeft de resultaten dus verkeerd weer. 

Het Nature-artikel dat hij noemt, is hoogstwaarschijnlijk dat van Cheetham et al. (2020) uit Nature reviews genetics (een ander tijdschrift dan Nature zelf overigens) over pseudogenen. Ook daaruit blijkt niet dat er geen junk-DNA is. Hij heeft hier eerder over geschreven, waarop ik hieronder nog zal ingaan.

Beide artikelen claimen dus helemaal niet wat Borger meent dat ze claimen, zoals zelf na te lezen valt. Dat is een kwalijke zaak, want Borger zet hiermee de argeloze lezer die de literatuur niet kent (en waarschijnlijk niet kan volgen omdat die te technisch is) op het verkeerde been. Dit is opmerkelijk, want Borger moet als moleculair bioloog heel goed in staat zijn om deze literatuur te lezen, te begrijpen en uit te leggen, maar toch kiest hij ervoor die verkeerd aan de leek voor te schotelen. Dit riekt naar misleiding, bewust leken een verkeerde indruk geven van de literatuur. Het niet eens zijn met de conclusies van een artikel is heel goed mogelijk, maar dat is echt wat anders dan de inhoud (bewust) verkeerd weergeven en zo argeloze leken misleiden.

Borger schreef al eerder over pseudogenen in het RD (ook gepubliceerd bij Logos). Ook daarin gaf hij verkeerd weer wat de auteurs (Cheetham et al., 2020) schreven. Borger zegt over dit artikel: “Volgens het artikel in Nature staat inmiddels buiten kijf dat pseudo-genen niet functieloos zijn, maar juist een hele reeks uiterst belangrijke biologische taken vervullen. Pseudo-genen zijn dus geen restanten van een vermeend evolutieproces, en daarmee vervalt een belangrijk argument voor evolutie.” Dit blijkt evenwel geenszins uit dit artikel, integendeel. 

Cheetham et al. stellen dat sommige pseudogenen een functie blijken te hebben en dat het deels een definitiekwestie is wanneer je een stuk DNA een pseudogen noemt. De auteurs stellen: “The purpose of this article is not to discard the pseudogene concept or to suggest that all pseudogenes are functional. The majority of currently annotated pseudogenes are neither robustly transcribed nor translated. Such regions fit well the original descriptions of pseudogenes as ‘similar, but defective’.” Ook zeggen ze nergens dat pseudogenen geen restanten zijn van evolutie. Integendeel: Cheetham et al. beschrijven het evolutionaire ontstaan van pseudogenen en het evolutionaire voordeel dat er soms is. 

Ik heb hem daar destijds al op gewezen in de vorm van commentaar op de Facebook-pagina van Logos, die dit interview ook heeft gepubliceerd. Hij reageerde op onder andere mijn kritiek in een nieuw artikel op Logos. In deze reactie maakt Borger het nog bonter door te claimen dat teksten als bovenstaand citaat van Cheetham et al. “er meestal tussen ge-edit worden door de editors”. Uiteraard komt hij met geen enkel bewijs voor deze bizarre claim. Hij bewijst wederom niet integer om te kunnen gaan met wetenschappelijke literatuur. De rest van zijn reactie bestaat uit stemmingmakerij, ongefundeerde of misleidende claims en red herrings. 

Borger heeft op de site van Logos ook geprobeerd met een antwoord op de ui-test te komen. Hij stelt: "De biologie van de 21e eeuw leert ons dat genoomgrootte te maken heeft met variatie en speciatie [soortvorming]." Hiervoor geeft hij echter geen enkele onderbouwing, en waarom zou dit zo zijn? Hoe kan dit de grote verschillen tussen de uiensoorten verklaren? Borger meent dat variatie bij planten wordt verklaard door “variatie-inducerende genetische elementen (afgekort VIGEs)” en die “worden door de evolutionisten van de hand gedaan als „junk DNA“, omdat ze geen functie zouden vervullen." VIGE's zijn Borgers bedenksel. Hierboven hebben we al gezien waarom het ongeloofwaardig is dat grote delen junk-DNA een functie hebben – laat staan alles. Dat een stuk junk-DNA variatie kan induceren, wil niet zeggen dat dit de functie van al het junk-DNA is. Ik wees Borger daar in 2009 al op. Borgers antwoord op de ui-test is dus nergens op gebaseerd en verklaart niets.

In het RD-interview van 5 oktober 2020 stelt Borger ook: “Evolutiebioloog Dan Graur bekende dan ook na de publicatie van fase 2 dat „wanneer het menselijk genoom inderdaad vrijwel geen ”junk-DNA” bevat zoals het Encodeproject suggereert, een lang, ongeregeld evolutionair proces geen verklaring biedt voor het bestaan van het menselijk genoom.” Vrij vertaald: als Encode gelijk heeft, is evolutie onjuist.” Ook dit is misleidend. Graur betoogt dat volgens het model dat hij gebruikt (uitgewerkt in Graur, 2017a) niet zo’n groot deel van het DNA een functie kan hebben. Daarnaast geeft Graur nog veel meer argumenten waarom de 80% van ENCODE problematisch is (Graur et al., 2013). Daar meldt Borger niets over, alsof Graur op uitsluitend evolutionaire gronden die 80% zou verwerpen. 

Borger schrijft uitgebreider over junk-DNA en ENCODE in een polemisch en ideologisch opinieartikel samen met creationist Boris Schmidtgall (Borger & Schmidtgall, 2020). Het is gepubliceerd in de American Journal of Biomedical Science & Research, wat wetenschappelijk klinkt, maar een predatory journal (neptijdschrift) blijkt te zijn. De collegiale toetsing (peer review) van dit tijdschrift is zo ‘goed’ dat je er kunt verkondigen dat een tekenfilmfiguur de coronapandemie heeft veroorzaakt. Dit verklaart waarom Borger hier ‘publiceert’ in plaats van in een serieus wetenschappelijk tijdschrift. Ook hier geeft hij het artikel van Cheetham et al. en de resultaten van ENCODE misleidend weer. Hij meldt tevens niets over de kritiek op de resultaten van ENCODE noch over de nuancering uit 2014. Dit opiniestuk is dan ook niets meer dan sterk ideologisch gekleurd stuk misleiding. 

Recentelijker nog heeft Borger een Duitstalig artikel gepubliceerd hierover in een creationistisch tijdschrift (Borger, 2021). Hierin is hij net iets voorzichtiger met zijn uitspraken dan in het RD, maar geeft de zaken nog steeds misleidend weer. De hierboven besproken goede redenen die in de literatuur genoemd worden om aan die 80% functionaliteit te twijfelen, benoemt hij niet of nauwelijks (en die redenen zijn niet alleen evolutionair). Ook zegt hij niets over de nuancering die in 2014 bij die 80% is aangebracht door leden van het ENCODE-consortium. In tegenstelling tot in de RD-interviews zegt Borger hier niet dat junk-DNA niet bestaat, maar dat “es gibt kaum noch Abschnitte, die man als „Junk-DNA“ bezeichnen könnte.” en “Fast jede DNA-Sequenz im Genom führt also irgendeine Funktion aus.” De 20% junk van ENCODE zelf kan toch moeilijk zo omschreven worden. Het misleidende citaat van Graur wordt in de kop genoemd en daarna nog drie keer. 

Het vergelijken van een cel met een informatieverwerkende computer, zoals Borger doet, werkt goed als je een Ontwerper wilt impliceren. Voor leven gaat deze vergelijking echter mank om minstens twee goede redenen. In de eerste plaats kunnen computers slecht tegen zelfs de kleinste beschadigingen in de hardware, dan werken ze al snel geheel niet meer. Organismen zijn veel robuuster dan dat: er kan heel wat beschadigingen zonder dat het systeem daar (grote) hinder van ondervindt. Dit geldt ook voor heel veel mutaties in het genoom. Ten tweede planten computers zich niet voort, en al helemaal niet met kleine verschillen in het nageslacht. Hierdoor kunnen ze zich ook niet aanpassen aan een veranderende omgeving, wat zo kenmerkend is voor leven. Juist door deze eigenschappen kan leven evolueren en kunnen computers dat niet. 

Het is overigens opmerkelijk dat creationisten zo’n moeite hebben met junk-DNA, want zij zouden ook kunnen zeggen dat deze junk het gevolg is van degeneratie van het genoom. De genomen waren ooit perfect en volledig functioneel, maar zijn sinds de zondeval afgetakeld. Zo zouden zij grote hoeveelheden junk kunnen 'verklaren'. Creationisten hebben dan wel uit te leggen waarom er zoveel gedeelde junk is (o.a. pseudogenen en endogene retrovirussen), precies zoals je op grond van gemeenschappelijke afstamming mag verwachten. Uiteraard is de zondevalverklaring ook nog om tal van andere redenen niet geloofwaardig, maar dat is een andere discussie.

Conclusie
Het concept van junk-DNA is vanaf het begin niet gebaseerd op onwetendheid, zoals vaak wordt gedacht, maar op genetische argumenten. De term wordt niet eenduidig toegepast in de literatuur en kan niet als synoniem gezien worden voor niet-(eiwit)coderend DNA. Er zijn goede redenen te geven waarom grote delen van de genomen van veel organismen junk zijn. Op het belangrijkste tegenargument, de vermeende 80% functionaliteit die aanvankelijk door ENCODE werd genoemd, valt een hoop af te dingen en men is daar deels op teruggekomen. Evolutie heeft niet grote delen junk in het genoom nodig, maar kan wel verklaren waarom veel organismen er veel van hebben, en delen. De bewering van creationisten dat er (bijna) geen junk in het genoom zit, is dan ook niet geloofwaardig op grond van wat er nu bekend is. Creationist Peter Borger geeft de literatuur over junk-DNA verkeerd weer en misleidt argeloze lezers.  

Mijn dank gaat uit naar dr. Gerdien de Jong en prof. dr. Nico van Straalen voor hun nuttige commentaar op een eerdere versie van dit artikel.

Referenties
Borger, P., & Schmidtgall, B. (2020) Free Science from Dogma. or: How the “Pseudogene” Hampered Scientific Progress. American Journal of Biomedical Science & Research, 8(1), 57-58.

Borger, P. (2021). „Wenn ENCODE richtig liegt, dann ist Evolution falsch“ Wie ENCODE unser Verständnis des Erbguts veränderte. Studium Integrale Journal. 28(1), 30-37. 

Cheetham, S. W., Faulkner, G. J., & Dinger, M. E. (2020). Overcoming challenges and dogmas to understand the functions of pseudogenes. Nature Reviews Genetics, 21(3), 191-201.

Comings D.E. (1972) The Structure and Function of Chromatin. In: Harris H., Hirschhorn K. (eds) Advances in Human Genetics, vol 3 (pp 237-431). Springer, Boston, MA.

Doolittle, W. F., Brunet, T. D., Linquist, S., & Gregory, T. R. (2014). Distinguishing between “function” and “effect” in genome biology. Genome biology and evolution, 6(5), 1234-1237.

Doolittle, W. F., & Brunet, T. D. (2017). On causal roles and selected effects: our genome is mostly junk. BMC biology, 15(1), 1-9.

Eddy, S. R. (2012). The C-value paradox, junk DNA and ENCODE. Current biology, 22(21), R898-R899.

Elliott, T. A., & Gregory, T. R. (2015). What's in a genome? The C-value enigma and the evolution of eukaryotic genome content. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 370(1678), 20140331.

ENCODE Project Consortium. (2012). An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature, 489(7414), 57.

Galeota-Sprung, B., Sniegowski, P., & Ewens, W. (2020). Mutational load and the functional fraction of the human genome. Genome biology and evolution, 12(4), 273-281.

Graur, D., Zheng, Y., Price, N., Azevedo, R. B., Zufall, R. A., & Elhaik, E. (2013). On the immortality of television sets:“function” in the human genome according to the evolution-free gospel of ENCODE. Genome biology and evolution, 5(3), 578-590.

Graur, D. (2017a). An upper limit on the functional fraction of the human genome. Genome biology and evolution, 9(7), 1880-1885.

Graur, D. (2017b). Rubbish DNA: The functionless fraction of the human genome. In Evolution of the Human Genome I (pp. 19-60). Springer, Tokyo.

Gregory, T.R. (2007). A word about “junk DNA”. http://genomicron.blogspot.com/2007/04/word-about-junk-dna.html (de website is niet meer online, maar kan nog wel via de Wayback Machine gelezen worden)

Hubisz, M. J., & Pollard, K. S. (2014). Exploring the genesis and functions of Human Accelerated Regions sheds light on their role in human evolution. Current opinion in genetics & development, 29, 15-21.

Ibarra-Laclette, E., Lyons, E., Hernández-Guzmán, G., Pérez-Torres, C. A., Carretero-Paulet, L., Chang, T. H., ... & Herrera-Estrella, L. (2013). Architecture and evolution of a minute plant genome. Nature, 498(7452), 94-98.

Kellis, M., Wold, B., Snyder, M. P., Bernstein, B. E., Kundaje, A., Marinov, G. K., ... & Hardison, R. C. (2014). Defining functional DNA elements in the human genome. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(17), 6131-6138.

Leypold, N. A., & Speicher, M. R. (2021). Evolutionary conservation in noncoding genomic regions. Trends in Genetics, 37(10), 903-918.

Levy, A. (2019). How evolution builds genes from scratch. Nature, 574(7778), 314-317.

Ohno, S. (1972). So much'junk'DNA in our genome. In Evolution of Genetic Systems, Brookhaven Symp. Biol. (pp. 366-370).

Moore, J. E., Purcaro, M. J., Pratt, H. E., Epstein, C. B., Shoresh, N., Adrian, J., ... & Weng, Z. (2020). Expanded encyclopaedias of DNA elements in the human and mouse genomes. Nature, 583(7818), 699-710.

Niu, D. K., & Jiang, L. (2013). Can ENCODE tell us how much junk DNA we carry in our genome?. Biochemical and biophysical research communications, 430(4), 1340-1343.

Nobrega, M. A., Zhu, Y., Plajzer-Frick, I., Afzal, V., & Rubin, E. M. (2004). Megabase deletions of gene deserts result in viable mice. Nature, 431(7011), 988-993.

Palazzo, A. F., & Gregory, T. R. (2014). The case for junk DNA. PLoS genetics, 10(5), e1004351.

Palazzo, A. F., & Lee, E. S. (2015). Non-coding RNA: what is functional and what is junk?. Frontiers in genetics, 6, 2.

Palazzo, A. F., & Koonin, E. V. (2020). Functional long non-coding RNAs evolve from junk transcripts. Cell.

Parenteau, J., Durand, M., Véronneau, S., Lacombe, A. A., Morin, G., Guérin, V., ... & Abou Elela, S. (2008). Deletion of many yeast introns reveals a minority of genes that require splicing for function. Molecular biology of the cell, 19(5), 1932-1941.

Salmena, L. (2021). Pseudogenes: Four Decades of Discovery. In Pseudogenes (pp. 3-18). Humana, New York, NY.

Snyder, M. P., Gingeras, T. R., Moore, J. E., Weng, Z., Gerstein, M. B., Ren, B., ... & Myers, R. M. (2020). Perspectives on ENCODE. Nature, 583(7818), 693-698.

Wang, K., Wang, J., Zhu, C., Yang, L., Ren, Y., Ruan, J., ... & Wang, W. (2021). African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition. Cell, 184(5), 1362-1376.