Hoorcollege 2: Evolutie, embryologie en innovatie
Fasen ontwikkeling geneesmiddelen: onderzoek →
preklinisch → klinisch → administratief proces → op de
markt.
Proefdieren: wat gebeurt er als een bepaalde
verandering of verstoring wordt aangebracht in de
omgeving van het proefdier zelf.
→ vaak mannelijke dieren gebruikt, omdat vrouwelijke
dieren meer hormonale fluctuaties hebben.
→ antwoord geëxtrapoleerd naar mens.
Evolutie dierproeven: anatomisch onderzoek van dieren
(Descartes) in van 1596-1650 → dier is machine,
bestaande uit skelet, spierstelsel en hydraulisch systeem (bloedsomloop) → geen betrouwbaar
inzicht in functioneren levend dier → vivisectie.
William Harvey ( 1578-1657): (1) afbinden bloedvaten levende dieren, (2) bloed stroomt maar 1
kant op, (3) belangrijke stap in ontdekking bloedsomloop.
Albrecht von Haller (1708-1777): fysiologisch onderzoek naar irritabiliteit ( spiervezels
contraheren uit zichzelf → openlijke problemen met eigen onderzoek en staakt onderzoek.
Kant (1724-1804): antropocentrische ethiek → mens heeft intrinsieke waarde, dieren
instrumentele waarde.
→ mens als redelijk en moreel wezen verplicht om op verantwoordelijke wijze met
proefdieren om te gaan → zinloos kwellen van dieren is mensonwaardig.
→K ant: experimenten met dieren mag, maar vervang hogere door lagere dieren.
Wet op Dierproeven = er worden geen dierproeven uitgevoerd, tenzij er goede reden is en
geen andere mogelijkheden zonder dierproeven de gevraagde resultaten te behalen.
- Welke instellingen proefdieren mogen houden en fokken.
- Wie dierproeven mogen uitvoeren, voor welke doelen en onder welke voorwaarden.
- Welke instanties een rol spelen bij het toezicht en welke rol dat is.
- De procedure voor vergunningverlening.
- De eisen voor scholing en training medewerkers die met proeven te maken hebben.
Dierproef = elk gebruik van een dier voor e xperimentele, o nderwijskundige of andere
doeleinden waarvan het resultaat b ekend/onbekend is, dat bij dieren o ngerief veroorzaakt.
Ongerief = evenveel of meer pijn, angst of blijvende schade dan bij inbrengen van naald
volgens goed diergeneeskundig vakmanschap, inclusief g eboorte o f uit ei breken van dier en
in een dergelijke toestand brengen en houden van g enetisch gemodificeerde d ieren, met het
inbegrip van het doden van dieren om hun lichaamsdelen te kunnen gebruiken.
→ wet beschermt l evende, niet-menselijke gewervelde dieren en l evende koppotigen
(inktvissen), met inbegrip van larven die zelfstandig voeden en foetussen van zoogdieren
vanaf laatste derde deel van normale ontwikkeling.
3 V’s b ij planning en uitvoering dierproeven: (1) vervanging, (2) vermindering, (3) verfijning
(ongerief proef zo veel mogelijk voorkomen).
Hoe pak je dit aan? → (1) valide modellen gebaseerd op kennis over f ysiologie, embryologie e n
evolutie, (2) gebruiken van toolkit die dieren zelf hebben, (3) teruggrijpend op “lagere”
diersoorten, (4) cellijnen waarin iets tot ontwikkeling wordt gebracht (stamcellen).
Evo-devo = evolutionary development → parallellen tussen evolutie en embryonale
ontwikkeling → geeft richting aan innovatie-mogelijkheden.
,Evolutie = generaties veranderen van eigenschappen van organismen van populatie/soort.
→ veranderen van genetische samenstelling populatie van generatie op generatie → geen doel.
Evolutietheorie = (1) niet alle nakomelingen overleven (overshot), (2) strijd om overleven
(struggle for existence), (3) variatie tussen individuen op basis van genoom, (4) door
natuurlijke selectie komen voordelige variaties steeds meer voor.
→ afstamming met modificatie zorgt voor meer f itness tussen organismen en leefomgeving.
→ nieuwe voordelige eigenschappen door toeval (mutaties), niet door selectiedruk.
→ adaptatie begrensd door afstamming: evolutie “moet het doen met aanwezige structuren”.
Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829): Philosophie Zoologique → trage, graduele
soortverschuiving in de natuur → aangeboren neiging organismen en soorten complexer te
worden → aangeboren vermogen om te adapteren op habitat (“amplificatie” orgaan bij veel
gebruik - “atrofie” orgaan bij weinig gebruik) → inheritance of acquired traits (IAT).
→ evolutie gericht op hogere mate van verfijning en complexiteit, kans speelt geen rol.
Patrick Matthew (1790-1874): eerste die positieve effecten natuurlijke selectie benoemde.
Charles Darwin (1809-1882): gedachtewisseling met A lfred Russel Wallace (1823-1913)
waardoor Origin of Species by means of Natural Selection werd uitgebracht.
Aanwijzingen evolutie:
1. Adaptatie en fitness: natuurlijke selectie → wat onvoordelig is,
verlaagt kans reproductie/verkleint aantal nakomelingen →
verschuiving genenpool → door kunstmatige selectie bepaalde
gewenste eigenschappen kweken.
2. Homologie: gedeelde embryonale voorsprong.
3. Fossielen: wat waren toen genetische eigenschappen.
4. Rudimentaire organen: evolutionaire overblijfselen.
5. Convergentie/Analogie: eigenschappen die onafhankelijk
zijn ontwikkeld, maar verder precies hetzelfde werken.
6. Suboptimaal ontwerp: evolutie werkt met wat al bestaat, via kleine aanpassingen aan
bestaande bouwplannen die vele generaties terug zijn geselecteerd.
Soort = groep individuen en vruchtbare nakomelingen krijgen → niet met andere soorten
door (1) ecologische isolatie, (2) seizoen-isolatie, (3) verschillen in morfologie en fysiologie, (4)
verschillen in gedrag (balts isolatie), (5) geslachtscel incompatibiliteit.
Soortvorming: 3 manieren natuurlijke selectie frequentie
erfelijke eigenschap kan veranderen.
Classificatie: A
rchaea, Bacteriën en Eukaryoten → indeling op
basis van morfologie, DNA, ribosomaal RNA en fossielen →
voor- en achternaam → gedeelde voorouderlijke kenmerken.
Onderzoek steeds meer vanuit evolutionair perspectief → (1)
genoom bekend, (2) werkingsmechanisme conservatief, (3)
relatief makkelijke beheersbare lagere diersoorten als
onderzoeksmiddel.
C.Elegans: basis orgaansystemen en ontwikkeling, bilateraal symmetrisch →
studie van c el differentiatie, neuronennetwerk, DNA-reparatie → genoom geheel bekend →
kweek = makkelijk, goedkoop en in te vriezen.
Fruitvliegje: onderzoek naar genetica, cross-over, genetisch model voor Alzheimer,
Parkinson en diabetes → genoom geheel bekend (2000), 4 chromosomen → fok op
voedingsbodem → generatiecyclus van < 30 dagen.
, Zebravisje: vertebraat → onderzoek naar embryonale ontwikkeling → 3 typen fluorescente
eiwitten → genoom geheel bekend → eenvoudig te kweken en houden in zoetwater.
Chordata:
1. Chorda dorsalis: zorgt voor stevigheid, helpt voortbeweging (elastische staaf) en
verwordt tot middelste deel tussenwervelschijven.
2. Neurale buis: 1 axiale streng zenuwweefsel, dorsaal (rugzijde) van chorda → komen
zenuwen uit om spierblokjes aan te sturen → locomotie door laterale undulatie.
3. Kieuwspleten en kieuwbogen: zeeffunctie (filter-feeding) → ademhaling → onderdelen
kieuwbogen verworden oa tot onderdelen kieuwapparaat, strottenhoofd en oor.
4. Endostyl (schildkliervoorloper): groeve in pharynxbodem die slijm afgeeft voor
filter-feeding → rol in stofwisseling en jodium huishouding.
5. Postnatale staart: (larve-stadium), stuitje bij mensen → voor voortbeweging,
evenwicht, verdediging, communicatie en rudimentair.
Op 7 soorten na behoren alle v isachtigen beenvissen (straalvinnigen en
kwastvinnigen) tot de straalvinnigen.
Van vinnen naar poten: O steichyes → Sarcopterygii → Choanata →
Tetrapoda.
Veronderstelde fysiologie van kwast naar poot: landuitstapjes → 6-8 vingers →
choana en longen → laterale lijngroeves in kop.
Tetrapoda = vier poten met vingers → wervels krijgen dorsaal stuttende gewrichten → kop en
schoudergordel compleet los.
Amfibieën: ondergaan metamorfose → larve- en adult stadium (dubbelleven, kikkervisjes) →
versteviging skelet → laterale lijn vervangen door reuk en gehoor → kieuwen, longen en
cutane ademhaling → k oudbloedig → afhankelijk van water voor voortplanting.
Amniota ( eerste stap naar land): ei met amnion om embryo → in ei zit
ook dooierzak (yolk sac) voor voeding → waterstadium overbodig →
allantois is afvalzak.
Reptielen: waterdichte huid met schubben → eieren met schaal →
exotherm/koudbloedig → grote groep → vanuit carnivore Theropoda zijn
vogels ontstaan.
Aves (vogels): 150 miljoen jaar geleden eerste taxa met snavel, veren,
pneumatisch skelet, lange mobiele nek, gefuseerde sleutelbeenderen, endotherm.
→ vogels hebben lichte onderdelen, zware delen in romp en holle botten.
Opkomst zoogdieren: 65 miljoen jaar geleden meteorietinslag → vooral planten, vogels en
kleine zoogdieren overleefden → continenten uiteen → enorme biodiversiteit; Monotremata
(eierleggende zoogdieren), Marsupiala (buideldieren of metatheria), E utheria → binnen
placentalia veel nieuwe vormen.
Mammalia (zoogdieren): 210 miljoen jaar geleden oorsprong → drie middenoorbeentjes;
malleus, incus, stapes → cochlea (slakkenhuis als binnenoor → haren → levendbarend →
melkklieren → middenrif (als enige organisme) → gebitsdifferentiatie.
Primates (apen en halfapen): binoculair zien → clavicula (sleutelbeen) → beweeglijke
schouder en elleboog → gering aantal kiezen → sterke ontwikkeling grote hersenen →
opwaartse gang → 5 vingers en tenen → vergaande mobiliteit digiti → gevoelige vingers,
tastrichels → afgeplatte nagels → 2 borststandige tepels → lange kinderzorg.
Rise of the human: rechtop lopen → grotere hersenen → kleinere kaak en kaakspieren.
Transformatie reeks: eencellig → meercellig → lichaamsas → darmtractus → amnionholte.
Fasen ontwikkeling geneesmiddelen: onderzoek →
preklinisch → klinisch → administratief proces → op de
markt.
Proefdieren: wat gebeurt er als een bepaalde
verandering of verstoring wordt aangebracht in de
omgeving van het proefdier zelf.
→ vaak mannelijke dieren gebruikt, omdat vrouwelijke
dieren meer hormonale fluctuaties hebben.
→ antwoord geëxtrapoleerd naar mens.
Evolutie dierproeven: anatomisch onderzoek van dieren
(Descartes) in van 1596-1650 → dier is machine,
bestaande uit skelet, spierstelsel en hydraulisch systeem (bloedsomloop) → geen betrouwbaar
inzicht in functioneren levend dier → vivisectie.
William Harvey ( 1578-1657): (1) afbinden bloedvaten levende dieren, (2) bloed stroomt maar 1
kant op, (3) belangrijke stap in ontdekking bloedsomloop.
Albrecht von Haller (1708-1777): fysiologisch onderzoek naar irritabiliteit ( spiervezels
contraheren uit zichzelf → openlijke problemen met eigen onderzoek en staakt onderzoek.
Kant (1724-1804): antropocentrische ethiek → mens heeft intrinsieke waarde, dieren
instrumentele waarde.
→ mens als redelijk en moreel wezen verplicht om op verantwoordelijke wijze met
proefdieren om te gaan → zinloos kwellen van dieren is mensonwaardig.
→K ant: experimenten met dieren mag, maar vervang hogere door lagere dieren.
Wet op Dierproeven = er worden geen dierproeven uitgevoerd, tenzij er goede reden is en
geen andere mogelijkheden zonder dierproeven de gevraagde resultaten te behalen.
- Welke instellingen proefdieren mogen houden en fokken.
- Wie dierproeven mogen uitvoeren, voor welke doelen en onder welke voorwaarden.
- Welke instanties een rol spelen bij het toezicht en welke rol dat is.
- De procedure voor vergunningverlening.
- De eisen voor scholing en training medewerkers die met proeven te maken hebben.
Dierproef = elk gebruik van een dier voor e xperimentele, o nderwijskundige of andere
doeleinden waarvan het resultaat b ekend/onbekend is, dat bij dieren o ngerief veroorzaakt.
Ongerief = evenveel of meer pijn, angst of blijvende schade dan bij inbrengen van naald
volgens goed diergeneeskundig vakmanschap, inclusief g eboorte o f uit ei breken van dier en
in een dergelijke toestand brengen en houden van g enetisch gemodificeerde d ieren, met het
inbegrip van het doden van dieren om hun lichaamsdelen te kunnen gebruiken.
→ wet beschermt l evende, niet-menselijke gewervelde dieren en l evende koppotigen
(inktvissen), met inbegrip van larven die zelfstandig voeden en foetussen van zoogdieren
vanaf laatste derde deel van normale ontwikkeling.
3 V’s b ij planning en uitvoering dierproeven: (1) vervanging, (2) vermindering, (3) verfijning
(ongerief proef zo veel mogelijk voorkomen).
Hoe pak je dit aan? → (1) valide modellen gebaseerd op kennis over f ysiologie, embryologie e n
evolutie, (2) gebruiken van toolkit die dieren zelf hebben, (3) teruggrijpend op “lagere”
diersoorten, (4) cellijnen waarin iets tot ontwikkeling wordt gebracht (stamcellen).
Evo-devo = evolutionary development → parallellen tussen evolutie en embryonale
ontwikkeling → geeft richting aan innovatie-mogelijkheden.
,Evolutie = generaties veranderen van eigenschappen van organismen van populatie/soort.
→ veranderen van genetische samenstelling populatie van generatie op generatie → geen doel.
Evolutietheorie = (1) niet alle nakomelingen overleven (overshot), (2) strijd om overleven
(struggle for existence), (3) variatie tussen individuen op basis van genoom, (4) door
natuurlijke selectie komen voordelige variaties steeds meer voor.
→ afstamming met modificatie zorgt voor meer f itness tussen organismen en leefomgeving.
→ nieuwe voordelige eigenschappen door toeval (mutaties), niet door selectiedruk.
→ adaptatie begrensd door afstamming: evolutie “moet het doen met aanwezige structuren”.
Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829): Philosophie Zoologique → trage, graduele
soortverschuiving in de natuur → aangeboren neiging organismen en soorten complexer te
worden → aangeboren vermogen om te adapteren op habitat (“amplificatie” orgaan bij veel
gebruik - “atrofie” orgaan bij weinig gebruik) → inheritance of acquired traits (IAT).
→ evolutie gericht op hogere mate van verfijning en complexiteit, kans speelt geen rol.
Patrick Matthew (1790-1874): eerste die positieve effecten natuurlijke selectie benoemde.
Charles Darwin (1809-1882): gedachtewisseling met A lfred Russel Wallace (1823-1913)
waardoor Origin of Species by means of Natural Selection werd uitgebracht.
Aanwijzingen evolutie:
1. Adaptatie en fitness: natuurlijke selectie → wat onvoordelig is,
verlaagt kans reproductie/verkleint aantal nakomelingen →
verschuiving genenpool → door kunstmatige selectie bepaalde
gewenste eigenschappen kweken.
2. Homologie: gedeelde embryonale voorsprong.
3. Fossielen: wat waren toen genetische eigenschappen.
4. Rudimentaire organen: evolutionaire overblijfselen.
5. Convergentie/Analogie: eigenschappen die onafhankelijk
zijn ontwikkeld, maar verder precies hetzelfde werken.
6. Suboptimaal ontwerp: evolutie werkt met wat al bestaat, via kleine aanpassingen aan
bestaande bouwplannen die vele generaties terug zijn geselecteerd.
Soort = groep individuen en vruchtbare nakomelingen krijgen → niet met andere soorten
door (1) ecologische isolatie, (2) seizoen-isolatie, (3) verschillen in morfologie en fysiologie, (4)
verschillen in gedrag (balts isolatie), (5) geslachtscel incompatibiliteit.
Soortvorming: 3 manieren natuurlijke selectie frequentie
erfelijke eigenschap kan veranderen.
Classificatie: A
rchaea, Bacteriën en Eukaryoten → indeling op
basis van morfologie, DNA, ribosomaal RNA en fossielen →
voor- en achternaam → gedeelde voorouderlijke kenmerken.
Onderzoek steeds meer vanuit evolutionair perspectief → (1)
genoom bekend, (2) werkingsmechanisme conservatief, (3)
relatief makkelijke beheersbare lagere diersoorten als
onderzoeksmiddel.
C.Elegans: basis orgaansystemen en ontwikkeling, bilateraal symmetrisch →
studie van c el differentiatie, neuronennetwerk, DNA-reparatie → genoom geheel bekend →
kweek = makkelijk, goedkoop en in te vriezen.
Fruitvliegje: onderzoek naar genetica, cross-over, genetisch model voor Alzheimer,
Parkinson en diabetes → genoom geheel bekend (2000), 4 chromosomen → fok op
voedingsbodem → generatiecyclus van < 30 dagen.
, Zebravisje: vertebraat → onderzoek naar embryonale ontwikkeling → 3 typen fluorescente
eiwitten → genoom geheel bekend → eenvoudig te kweken en houden in zoetwater.
Chordata:
1. Chorda dorsalis: zorgt voor stevigheid, helpt voortbeweging (elastische staaf) en
verwordt tot middelste deel tussenwervelschijven.
2. Neurale buis: 1 axiale streng zenuwweefsel, dorsaal (rugzijde) van chorda → komen
zenuwen uit om spierblokjes aan te sturen → locomotie door laterale undulatie.
3. Kieuwspleten en kieuwbogen: zeeffunctie (filter-feeding) → ademhaling → onderdelen
kieuwbogen verworden oa tot onderdelen kieuwapparaat, strottenhoofd en oor.
4. Endostyl (schildkliervoorloper): groeve in pharynxbodem die slijm afgeeft voor
filter-feeding → rol in stofwisseling en jodium huishouding.
5. Postnatale staart: (larve-stadium), stuitje bij mensen → voor voortbeweging,
evenwicht, verdediging, communicatie en rudimentair.
Op 7 soorten na behoren alle v isachtigen beenvissen (straalvinnigen en
kwastvinnigen) tot de straalvinnigen.
Van vinnen naar poten: O steichyes → Sarcopterygii → Choanata →
Tetrapoda.
Veronderstelde fysiologie van kwast naar poot: landuitstapjes → 6-8 vingers →
choana en longen → laterale lijngroeves in kop.
Tetrapoda = vier poten met vingers → wervels krijgen dorsaal stuttende gewrichten → kop en
schoudergordel compleet los.
Amfibieën: ondergaan metamorfose → larve- en adult stadium (dubbelleven, kikkervisjes) →
versteviging skelet → laterale lijn vervangen door reuk en gehoor → kieuwen, longen en
cutane ademhaling → k oudbloedig → afhankelijk van water voor voortplanting.
Amniota ( eerste stap naar land): ei met amnion om embryo → in ei zit
ook dooierzak (yolk sac) voor voeding → waterstadium overbodig →
allantois is afvalzak.
Reptielen: waterdichte huid met schubben → eieren met schaal →
exotherm/koudbloedig → grote groep → vanuit carnivore Theropoda zijn
vogels ontstaan.
Aves (vogels): 150 miljoen jaar geleden eerste taxa met snavel, veren,
pneumatisch skelet, lange mobiele nek, gefuseerde sleutelbeenderen, endotherm.
→ vogels hebben lichte onderdelen, zware delen in romp en holle botten.
Opkomst zoogdieren: 65 miljoen jaar geleden meteorietinslag → vooral planten, vogels en
kleine zoogdieren overleefden → continenten uiteen → enorme biodiversiteit; Monotremata
(eierleggende zoogdieren), Marsupiala (buideldieren of metatheria), E utheria → binnen
placentalia veel nieuwe vormen.
Mammalia (zoogdieren): 210 miljoen jaar geleden oorsprong → drie middenoorbeentjes;
malleus, incus, stapes → cochlea (slakkenhuis als binnenoor → haren → levendbarend →
melkklieren → middenrif (als enige organisme) → gebitsdifferentiatie.
Primates (apen en halfapen): binoculair zien → clavicula (sleutelbeen) → beweeglijke
schouder en elleboog → gering aantal kiezen → sterke ontwikkeling grote hersenen →
opwaartse gang → 5 vingers en tenen → vergaande mobiliteit digiti → gevoelige vingers,
tastrichels → afgeplatte nagels → 2 borststandige tepels → lange kinderzorg.
Rise of the human: rechtop lopen → grotere hersenen → kleinere kaak en kaakspieren.
Transformatie reeks: eencellig → meercellig → lichaamsas → darmtractus → amnionholte.
