Wat u tot „u” maakt
VOORDAT het Menselijk-Genoomproject begon, wisten wetenschappers al veel over onze genetische opbouw. Daarom komen termen als „genen”, „chromosomen” en „DNA” vaak voor in nieuwsberichten als de pers de ene ontdekking na de andere publiceert van wat ons naar de overtuiging van onderzoekers maakt tot wat wij zijn. Het Menselijk-Genoomproject tracht nu op deze basiskennis voort te bouwen en onze hele genetische code te ontcijferen.
Lees voordat wij bekijken hoe wetenschappers daarbij te werk gaan, het kader „Uw blauwdruk” eens op bladzijde 6 van dit tijdschrift.
Het lokaliseren van de genen
Zoals in het voorgaande artikel werd vermeld, is het eerste doel van het Menselijk-Genoomproject geweest, de positie van onze genen op onze chromosomen te bepalen. Eén genenjager vergelijkt dit met „zoeken naar een doorgebrande gloeilamp in een huis zonder adres in een onbekende straat in een naamloze stad in een vreemd land”. Het blad Time verklaart dat de opgave „net zo moeilijk is als het vinden van een telefoonnummer zonder een adres of achternaam te weten”. Hoe pakken wetenschappers die uitdaging dan aan?
Onderzoekers bestuderen families om de genen te lokaliseren die bepalend zijn voor eigenschappen die met bekende kenmerken en gevoeligheden overerven. Zij hebben bijvoorbeeld genen voor kleurenblindheid, hemofilie en een gespleten gehemelte gelokaliseerd in gebieden op een van onze chromosomen. Deze genetische linkage-kaarten, zoals ze worden genoemd, zijn zeer grof — ze geven de plaats van het gen slechts aan binnen ongeveer vijf miljoen basenparen.
Voor meer precisie zijn wetenschappers van plan een fysieke kaart samen te stellen. Bij één methode delen zij kopieën van het DNA op in stukjes van willekeurige grootte, die zij dan afspeuren op speciale merkersequenties. Hoe meer stukjes er zijn, des te moeilijker het uiteraard is ze te sorteren. Als u elk DNA-fragment vergelijkt met een boek op een duidelijk gemarkeerde bibliotheekplank, heeft het lokaliseren van een gen iets weg van het „zoeken van een citaat in een enkel boek in plaats van een hele bibliotheek door te moeten worstelen”, legt het blad New Scientist uit. Deze fysieke kaarten reduceren het zoekwerk tot een gebied van 500.000 basenparen. Tegen het einde van 1993 vervaardigde een team wetenschappers onder leiding van dr. Daniel Cohen aan het Centre d’Etudes sur le Polymorphisme Humain in Parijs wat het blad Time „de eerste totale — zij het nog grove — kaart van het menselijk genoom” noemde.
Het volgende doel van het project is, de precieze volgorde vast te stellen van de scheikundige bestanddelen van elk van onze 100.000 genen en van de andere delen van het genoom. Maar naarmate wetenschappers hun DNA-ontcijferbekwaamheden ontwikkelen, merken zij dat het genoom gecompliceerder is dan zij zich voorgesteld hadden.
Het ontcijferen van het genoom
Genen vertegenwoordigen slechts twee tot vijf procent van ons genoom. De rest wordt vaak aangeduid als „junk-DNA”. Sommige onderzoekers dachten eens dat deze zogenaamd nutteloze fragmenten zich in de loop van de evolutie bij toeval hadden ontwikkeld. Nu geloven zij dat sommige van deze niet-coderende gedeelten de structuur van het DNA regelen en instructies bevatten die de chromosomen nodig hebben om zich tijdens de celdeling te kopiëren.
Onderzoekers zijn al lang geïnteresseerd in wat een gen activeert en desactiveert. New Scientist bericht dat wel eens 10.000 van onze genen zouden kunnen coderen voor de produktie van eiwitten die transcriptiefactoren worden genoemd. Verscheidene daarvan binden zich kennelijk aaneen en passen dan in een groef in het DNA zoals een sleutel in een slot. Eenmaal op hun plaats activeren ze het nabijgelegen gen of blokkeren zijn werking.
Dan zijn er de zogenoemde stotterende genen, die een veelvoud van herhalingen van gedeelten van de chemische code bevatten. Een daarvan bevat normaal tussen de 11 en 34 herhalingen van de CAG-triplet — een sequentie van drie nucleotiden die een bepaald aminozuur identificeert. Wanneer het 37 of meer herhalingen bevat, veroorzaakt het een degeneratieve hersenstoornis, de zogenoemde chorea van Huntington.
Beschouw ook eens het effect van de verandering van een letter in een gen. Een verkeerde letter in de 146-lettersequentie van een van de twee componenten van hemoglobine veroorzaakt sikkelcelanemie. Toch beschikt het lichaam over een proefleesmechanisme dat de ongeschonden toestand van het DNA controleert bij celdeling. Eén defect in dit systeem kan naar verluidt kanker van de dikke darm veroorzaken. Veel andere aandoeningen, zoals suikerziekte en hart- en vaatziekten, zijn dan wel niet eenvoudig het gevolg van een enkel genetisch defect, maar worden niettemin teweeggebracht door de gecombineerde actie van veel defecte genen.
Het herschrijven van het genoom
Artsen verwachten van het Menselijk-Genoomproject informatie die hen zal helpen kwalen bij de mens vast te stellen en te behandelen. Er zijn al tests ontwikkeld die afwijkingen in bepaalde gensequenties aan het licht brengen. Sommigen maken zich zorgen dat gewetenloze mensen van genetisch onderzoek gebruik zullen maken om een eugenetica-beleid te voeren. Op het moment zijn de meesten tegen embryonale gentherapie, waarbij het veranderen van de genen in sperma en in eicellen betrokken is. Zelfs echtparen die in-vitrobevruchting van een genetisch normaal embryo overwegen, staan voor beslissingen ten aanzien van wat er gebeurt met de embryo’s die niet voor reïmplantatie geselecteerd zijn. Daarnaast spreken denkende mensen hun bezorgdheid uit over de gevolgen voor de ongeborene van een diagnose die op een kennelijk genetisch defect duidt. Velen vrezen dat genetisch mappen van volwassenen verandering zal brengen in hun behandeling bij sollicitaties, promoties en zelfs het afsluiten van verzekeringen. Dan is er nog de vervelende kwestie van genetische manipulatie.
„Niet tevreden met lezen in het boek des levens,” merkt The Economist op, „willen zij er ook in schrijven.” Eén manier waarop artsen erin kunnen slagen dit te doen, is door gebruik te maken van retrovirussen. Een virus kan gezien worden als een groepje genen in een chemische verpakking. Uitgaand van een virus dat menselijke cellen kan infecteren, verwijderen wetenschappers de genen die het virus nodig heeft om zichzelf te reproduceren en vervangen die door een gezonde versie van de defecte genen van de patiënt. Eenmaal in het lichaam geïnjecteerd dringt het virus door in de doelcellen en vervangt de defecte genen door de gezonde die het draagt.
Op basis van de ontdekking van een gen dat bescherming kan bieden tegen huidkanker, brachten wetenschappers onlangs verslag uit over een eenvoudige behandeling. Daar slechts één op de twintig personen drager is van dit gen, is het de bedoeling het te verwerken in een crème die dit gen in huidcellen zal brengen. Daar geeft het gen de stoot tot de produktie van een enzym dat naar artsen geloven kankerverwekkende toxinen afbreekt die het lichaam aantasten.
Hoe schitterend deze procedures ook zijn, strikte controles beperken de toepassing van genetische manipulatie, daar wetenschappers te worstelen hebben met de bezorgdheid van het publiek over de mogelijke consequenties ervan.
Er blijft nog veel te ontdekken over de gecompliceerdheid van het menselijk genoom. Ja, „er is niet een enkel menselijk genoom”, merkt de geneticus Christopher Wills op. „Er zijn er vijf miljard van, één voor nagenoeg elk menselijk wezen op de planeet.” Uw genoom onthult veel over u. Maar verraadt het alles?
Onthult uw genoom alles?
Sommigen geloven dat genen kleine dictators zijn die bepalen hoe wij ons gedragen. In recente nieuwsverslagen is zelfs de ontdekking gepubliceerd van genen die naar de mening van sommigen verantwoordelijk zijn voor schizofrenie, alcoholisme en zelfs homoseksualiteit. Veel wetenschappers manen tot voorzichtigheid ten aanzien van een dergelijk mogelijk verband. Zo schrijft de auteur Christopher Wills dat in sommige gevallen genvarianten eenvoudig „hun dragers predisponeren voor alcoholisme”. Volgens de Londense Times uitte de moleculair-geneticus Dean Hamer de zienswijze dat de menselijke seksualiteit veel te ingewikkeld is om door één gen bepaald te worden. In het 1994 Britannica Book of the Year wordt dan ook opgemerkt: „Er werd echter geen specifiek gen geïdentificeerd als predisponerend voor homoseksualiteit, en het tot dusver verrichte werk zou door anderen geverifieerd moeten worden.” Bovendien wordt in het blad Scientific American opgemerkt: „Gedragskenmerken zijn buitengewoon moeilijk te definiëren en praktisch elke keer dat men een genetische basis aanvoert, kan een milieu-effect ook als verklaring dienen.”
Interessant is dat in de BBC-televisieserie Cracking the Code (Het kraken van de code) de geneticus dr. David Suzuki als zijn mening te kennen gaf dat „onze persoonlijke omstandigheden, onze godsdienst, zelfs ons geslacht de manier kunnen veranderen waarop onze genen ons beïnvloeden. . . . Hoe genen ons beïnvloeden, hangt af van onze omstandigheden.” Bijgevolg waarschuwt hij: „Als u in de kranten leest dat wetenschappers een gen voor alcoholisme of criminaliteit of intelligentie of wat maar ook ontdekt hebben, neem dat dan met een korreltje zout. Om te kunnen zeggen hoe een bepaald gen iemand beïnvloedt, zouden de wetenschappers ook alles over het milieu van de persoon in kwestie moeten weten, en zelfs dat zou wel eens niet genoeg kunnen zijn.”
Inderdaad niet, want er is nog een factor die van invloed kan zijn op wat u bent. In het volgende artikel wordt beschouwd welke factor dat is en hoe die u ten goede kan beïnvloeden.
[Kader/Diagram op blz. 6, 7]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
Uw blauwdruk
• Uw lichaam bestaat uit zo’n honderd biljoen cellen, waarvan de meeste de volledige blauwdruk van u bevatten. (Uw rode bloedcellen hebben echter geen kern en bevatten de blauwdruk dus niet.)
• Uw cellen zijn complexe structuren, zo ongeveer als steden met industrieën, energiedepots en vaste routes die de cel in en uit leiden. Instructies komen uit de celkern.
• Uw celkern, die uw blauwdruk herbergt, is te vergelijken met een stadhuis, waar de plaatselijke overheid over het algemeen de tekeningen van de gebouwen die in het gebied worden neergezet, bewaart. Om ze te bouwen, moet iemand materialen bestellen, voor gereedschap en installaties zorgen en de bouwers organiseren.
• Uw chromosomen bevatten uw gedetailleerde blauwdruk. Deze 23 paren DNA-moleculen, die een stevige spiraal vormen, zouden, als ze ontrafeld en aaneengevoegd werden, zo’n 8000 maal de afstand naar de maan en terug beslaan!
• Uw DNA heeft zijkanten die met elkaar verbonden zijn door paren scheikundige verbindingen die basen worden genoemd, te vergelijken met de sporten van een ladder maar dan een tot een spiraal gewonden ladder. De base adenine (A) vormt altijd een paar met thymine (T), cytosine (C) met guanine (G). Splits het laddervormige DNA zoals u een ritssluiting open zou trekken en u onthult de genetische code vastgelegd in die vier letters, A, C, G en T.
• Uw ribosomen hechten zich, als mobiele fabrieken, aan het RNA (ribonucleïnezuur) om de gecodeerde boodschap ervan te lezen. Al doende rijgen ze verschillende verbindingen die aminozuren heten aaneen tot de eiwitten die u tot „u” maken.
• Uw genen zijn stukjes van het DNA die in sjablonen voorzien voor de aanmaak van de bouwstenen van het lichaam, eiwitten. Deze genen bepalen uw vatbaarheid voor sommige ziekten. Om uw genen te ontcijferen, ritsen chemische gereedschappen die enzymen worden genoemd, een stukje DNA open. Andere enzymen „lezen” zich dan een weg langs het gen, onderwijl een complementaire reeks basen construerend met een snelheid van 25 per seconde.
[Kader/Illustratie op blz. 8]
Genetisch profileren
Extraheer wat DNA uit menselijke weefsels en knip het in stukjes. Zet de brokstukjes op een gel, laat er een elektrische stroom door gaan en breng de resulterende fragmenten (blots) over op een nylon membraan. Voeg een radioactieve DNA-probe toe en fotografeer. Het resultaat is een DNA-vingerafdruk.