In een laboratorium van het UT Southwestern Medical Center hebben wetenschappers voor het eerst op video vastgelegd wat jarenlang voor onmogelijk werd gehouden: een DNA-fragment glipte spontaan uit de kern van een menselijke cel en verhuisde naar een buurcel. De beelden, gemaakt met time-lapse microscopie, tonen hoe cellen met rode en groene kernen met elkaar in contact kwamen, waarna op dat exacte moment een groen DNA-fragment overging naar de rode cel. Dit is geen computermodel, maar een authentieke video-opname van een fenomeen dat in 2024 voor het eerst werd waargenomen in zoogdiercellen en in 2026 werd gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Cell.
Horizontale genoverdracht is al lang bekend bij bacteriën en eencelligen en vormt een van de belangrijkste motoren van hun evolutie. Bij complexe eukaryoten, waaronder zoogdieren en mensen, werd een dergelijk proces echter als uiterst zeldzaam of zelfs onmogelijk beschouwd. Normaal gesproken zit DNA veilig opgeborgen in de celkern, beschermd door een dubbel membraan. Wanneer cellen echter beschadigd raken of er fouten optreden bij de celdeling, ontstaan er micronuclei: grote DNA-fragmenten of zelfs complete chromosomen die buiten de kern in het cytoplasma terechtkomen. Onderzoek van Peter Ly, assistent-professor aan het onderzoeksinstituut voor kindergeneeskunde van UT Southwestern, toonde aan dat deze micronuclei hun eigen cel kunnen verlaten, migreren via zogenaamde 'nanotubules' – dunne cytoplasmatische bruggen tussen naburige cellen – en zich vervolgens nestelen in het genoom van de ontvangende cel.
Het team van Ly bracht opzettelijk schade toe aan menselijke retina- en niercellen om de vorming van micronuclei te stimuleren, waarna ze deze mengden met gezonde cellen. De time-lapse opnamen onder de microscoop legden de DNA-overdracht vast in minder dan vijf procent van de gevallen; een zeldzaam maar consistent verschijnsel. Het overgedragen genetische materiaal bleek erfelijk te zijn: dochtercellen kopieerden de nieuwe genen en gaven deze door, inclusief fragmenten van het Y-chromosoom (het mannelijke chromosoom) van mannelijke naar vrouwelijke cellen. Dezelfde resultaten werden behaald bij kankercellijnen en pluripotente stamcellen, die in elk celtype van het lichaam kunnen veranderen.
Eerder hadden wetenschappers al geobserveerd hoe RNA, eiwitten en organellen tussen cellen worden uitgewisseld via nanotubules, structuren die bekendstaan als cytoplasmatische contactpunten. Het DNA zelf bleef echter lange tijd buiten schot voor directe observatie, waardoor het onduidelijk bleef hoe vaak dit proces in een levend organisme plaatsvindt. De experimenten van Ly bewijzen dat deze intercellulaire bruggen ook in staat zijn om grote dubbelstrengse DNA-moleculen te transporteren, die door middel van recombinatie in de chromosomen van de ontvanger worden ingebouwd. Een expert in de moleculaire biologie noemde dit werk het eerste directe videobewijs van horizontale genoverdracht in levende zoogdiercellen.
Hoewel het verschijnsel zeldzaam is, kunnen de biologische gevolgen aanzienlijk zijn. In tumoren kunnen gemuteerde oncogenen of beschadigde DNA-stukken worden overgedragen op gezonde buurcellen, wat de evolutie van kanker versnelt, bijdraagt aan tumorheterogeniteit en de behandeling bemoeilijkt. Het mechanisme achter de overdracht en de exacte genen die via deze weg kunnen migreren moeten nog grondig worden onderzocht; de frequentie van de gebeurtenis is te laag voor een snelle screening zonder gespecialiseerde videotechnieken.
De ontdekking doet niets af aan de klassieke verticale genoverdracht van ouders naar nakomelingen, wat het primaire mechanisme van overerving blijft. Het voegt echter een nieuwe, onverwachte dimensie toe aan ons begrip van genetische variabiliteit in meercellige organismen. Het blijkt dat cellen geen volledig geïsoleerde eenheden zijn: zelfs binnen één enkel organisme is de uitwisseling van grote DNA-fragmenten tussen 'buren' mogelijk, wat de adaptatie van weefsels en de progressie van ziekten kan beïnvloeden.
Onderzoekers staan nu voor de grote uitdaging om vast te stellen hoe vaak deze overdracht in een levend lichaam voorkomt, welke specifieke sequenties of genen het meest geneigd zijn tot migratie en of dit mechanisme medisch kan worden ingezet of juist moet worden geblokkeerd bij kankertherapie.
Deze ontdekking is een treffend voorbeeld van hoe de wetenschap de verbazingwekkende complexiteit en dynamiek van het leven op cellulair niveau blijft ontrafelen. Cellen in ons lichaam blijken veel 'socialer' en meer onderling verbonden dan we voorheen dachten. De mogelijkheid van horizontale overdracht van grote DNA-fragmenten via nanotubules voegt een prachtig nieuw hoofdstuk toe aan het verhaal van biologische samenwerking en aanpassing.
In plaats van geïsoleerde 'vestingen' met een streng vergrendeld genoom, presenteren cellen zich als een actieve gemeenschap die in staat is om genetisch materiaal uit te wisselen wanneer dat nodig is.
Dit onderzoek opent de weg naar doorbraken in de oncologie, regeneratieve geneeskunde en gentherapie. De natuur blijkt nog flexibeler dan gedacht, en dat vormt een inspiratiebron voor toekomstige ontdekkingen.
