Genetica in een notendop
Het DNA ontrafeld
Artikel verschenen in deMens.nu Magazine jg8 nr1
Genen, DNA, chromosomen … Die begrippen zeggen je wellicht allemaal iets, maar wat ze precies inhouden of wat ze echt betekenen, dat is mogelijk een andere kwestie. Er bestaan ook veel misverstanden of verkeerde veronderstellingen over genetica. Wat volgt is een introductie in de genetica, waarbij de grondbeginselen van de erfelijkheidsleer vanuit historische invalshoek worden toegelicht.
Aeneas De Baets
Een draaiende sliert
In de zomer van 2017 bevroeg vzw De Maakbare Mens duizend Vlamingen over onder meer hun kennis over genetica. De Maakbare Mens is een organisatie die werkt rond medische en biotechnologische ontwikkelingen en de daarbij horende ethische en maatschappelijke vragen. Uit die bevraging kwamen enkele opvallende zaken naar boven. Zo denkt 24 procent van de respondenten dat genen tijdens het leven veranderen, terwijl de essentie van een gen net is dat het een onveranderlijke fundamentele bouwsteen van het leven is. Ook gaf 53,3 procent van de ondervraagden zelf te kennen geen idee van de mogelijkheden van genetica te hebben.
Tijdens een korte straatenquête in Antwerpen, waarbij werd gepeild of de passanten wisten wat DNA is, was het vaakst gehoorde antwoord dat DNA “iets met een draaiende sliert” heeft te maken. En hier sluit De Maakbare Mens dan weer bij aan, want die heeft tot taak om het publiek te informeren, bewust te maken en te activeren met betrekking tot alles wat met de maakbaarheid van de mens te maken heeft.
De erfelijkheidstheorie
We delen allemaal bepaalde eigenschappen met onze ouders en grootouders, maar hoe dat komt was lange tijd een mysterie voor de mens. Vanaf de Griekse oudheid deden verschillende erfelijkheidstheorieën de ronde, maar het zou pas in de negentiende eeuw zijn dat men op het juiste spoor zat, dankzij augustijn en botanicus Gregor Mendel.
Zijn befaamde wetten maken nog altijd deel uit van de lessen biologie. Voor wie het geheugen wat opfrissing behoeft, Gregor Mendel was een priester die in het negentiende-eeuwse Oostenrijk met erwten experimenteerde. Minutieus kruiste hij erwten met verschillende eigenschappen om te onderzoeken of er wetten bestaan die bepalen hoe eigenschappen, zoals de zaadlobkleur van erwten, van generatie op generatie worden doorgegeven. En die wetten vond hij. Hij ontdekte dat als hij erwten die in één eigenschap verschillen, met elkaar kruiste, er bij de volgende generatie altijd maar één eigenschap overblijft. Bijvoorbeeld, kruiste hij gele met groene erwten die verder geen verschillen hadden, dan kwamen daar alleen gele erwten uit voort. Het ene kenmerk was dus dominant tegenover het andere.
Maar dat was niet de interessantste ontdekking. Wanneer hij die nieuwe generatie ook onderling begon te kruisen, dan zag hij iets merkwaardigs. Uit die gele erwten van de eerste gekruiste generatie kwamen niet alleen gele erwten voort, zoals je waarschijnlijk zou verwachten, maar opnieuw enkele groene erwten. Er was een verhouding van drie gele erwten op één groene erwt bij de tweede gekruiste generatie. De erwten uit de eerste gekruiste generatie waren dan wel allemaal geel, maar droegen blijkbaar toch nog de groene eigenschap in zich mee. Conclusie: de erwten, en bij uitbreiding alle planten en dieren, dragen van elk erfelijk kenmerk twee versies in zich mee. Eén versie die ze van hun vader erven, en één versie die ze van hun moeder meekrijgen. Welke van de twee tot uiting komt, hangt af of ze wel of niet dominant is. Dat verklaart bijvoorbeeld waarom je oogkleur anders kan zijn dan die van je ouders: je ouders dragen misschien nog een andere oogkleur met zich mee die je niet ziet.
Met die ontdekking had Mendel de belangrijkste wetten van de erfelijkheid gevonden. Maar hij had er wel geen idee van welk biologisch mechanisme er achter die erfelijkheid zat. Zijn erfelijkheidstheorie werd ook niet serieus genomen tijdens zijn leven, en zijn wetenschappelijke publicaties zouden gedurende een halve eeuw onder het stof verdwijnen, tot ze door een aantal biologen werden teruggevonden.
De moleculen achter erfelijkheid
Ongeveer gelijktijdig met de experimenten van Mendel publiceerde Charles Darwin zijn alom bekende evolutietheorie, die de biologie een nieuw paradigma bracht door te stellen dat alle soorten uit andere oudere soorten zijn geëvolueerd. In navolging van hem verdiepten verschillende biologen zich in het vraagstuk van de erfelijkheid, zoals Hugo de Vries. Hij introduceerde rond de vorige eeuwwisseling het begrip ‘pangen’, dat later zou worden afgekort tot ‘gen’. Een gen staat voor een materiële drager van een erfelijke eigenschap, zoals de kleur van een erwt. Hoe een gen eruitziet, uit welk materiaal het bestaat, of waar het zit, daar had men nog geen idee van. Hugo de Vries introduceerde ook het begrip ‘mutatie’: een verandering van een gen. Maar ook hier zonder te weten wat dat biologisch moest voorstellen.
Wel had men er al een vermoeden van dat dit ergens moest te maken hebben met moleculen die zich in elke cel bevinden. Johann Friedrich Miescher ontdekte in 1869 een witte stof die in alle celkernen terugkwam. Later zou die stof ‘DNA’ gedoopt worden. Miescher had er toen nog geen benul van dat daar misschien wel eens de sleutel van het erfelijkheidsvraagstuk zou liggen. Het zou tot 1944 duren, bijna een eeuw later, vooraleer door Oswald Avery met een bacterie-experiment werd bewezen dat DNA de materiële drager van genen is.
Vanaf dan kwam alles in een stroomversnelling. Nog geen tien jaar later, in 1952, werd door Rosalind Franklin een röntgenfoto getrokken die een eerste glimp van de DNA-structuur gaf. En een jaar later, in 1953, werd de moleculaire structuur van het DNA door James Watson en Francis Crick ontrafeld. Dat was de grote doorbraak. Watson en Crick bewezen dat erfelijke informatie in een molecule met een lange, dubbele spiraal ligt opgeslagen. Beide spiralen, ook wel ‘helixen’ genoemd, bestaan uit een heel lange reeks van vier verschillende basen, namelijk adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T), waarbij elke base van de ene spiraal gekoppeld is aan een base op de andere spiraal.
De volgorde van de verschillende basen A, C, G en T bepaalt de erfelijke informatie, net zoals je met de letters van het alfabet woorden met een betekenis kan vormen. Een reeks van basen, die samen een bepaalde boodschap hebben, vormt dan een gen. Op de DNA-helix liggen dus verschillende genen, of verschillende stukjes informatie geschreven met de letters A, C, G en T.
Met de ontdekking van Watson en Crick had men nu niet alleen zicht op de DNA-structuur gekregen, maar werd ook duidelijk hoe DNA zich kopieert en zo van cel tot cel overgaat. Wanneer een cel zich deelt, dan komen de twee helixen los van elkaar en dan vormt zich naast elke helix een nieuwe helix, die zich aan mekaar koppelen waardoor opnieuw een volwaardige DNA-spiraal ontstaat. Wanneer bij het kopiëren een ‘foutje’ gebeurt en de genetische informatie verandert, spreekt men van een mutatie. Die kan onschuldig zijn, maar kan ook zorgen voor een nieuwe ziekte zoals kanker.
En wat zijn chromosomen?
Het menselijke DNA in je cellen bevat maar liefst drie miljard basenparen. Het DNA is echter niet één superlange streng, maar is bij de mens opgedeeld in zesenveertig stukken, ‘chromosomen’ genaamd. De chromosomen komen in paren voor, waardoor men eerder spreekt over drieëntwintig chromosomenparen.
Waarom in paren? Simpel, het ene chromosoom komt van je vader, het andere van je moeder. De chromosomen in elk paar zijn quasi hetzelfde, maar bevatten de subtiele verschillen tussen je moeder en je vader. Hierdoor is exact vijftig procent van je DNA van je vader afkomstig en vijftig procent van je moeder. Vind je dat je meer op je moeder dan op je vader lijkt, dan komt dat misschien omdat haar genen meer tot uiting komen, omdat de eigenschappen die je van haar hebt geërfd meer opvallen, of omdat jullie meer ervaringen delen. Maar je bent genetisch altijd vijftig procent je moeder en vijftig procent je vader.
Wanneer je naar iemands chromosomen kijkt, kan je duidelijk zien of het een jongen of een meisje betreft. Eén van de drieëntwintig chromosomen vormt het geslachtschromosomenpaar, waaruit je gemakkelijk het geslacht kan afleiden. Een meisje heeft een XX-chromosomenpaar, waarbij de twee chromosomen ongeveer hetzelfde zijn; bij een jongen zie je een XY-chromosomenpaar, waarbij de Y opmerkelijk korter is dan de X. Door het Y-chromosoom worden in de rest van het genoom tal van genen aan- en uitgezet, waardoor het organisme zich niet tot een meisje, maar tot een jongen ontwikkelt.
Genen lezen en begrijpen
Op het DNA liggen dus genen, reeksen van letters A, C, G en T die samen een boodschap vormen. Maar vooraleer je de boodschappen kan ontcijferen, moet je het hele DNA – het genoom – ook kunnen lezen. En dat werd na de ontdekking van de DNA-structuur de volgende grote uitdaging. Pas in 1977 slaagde men erin het volledige genoom van een organisme in kaart te brengen. Het lukte Frederick Sanger de volledige sequentie van het virus phi X 174 uit te schrijven.
Maar dat virus bevat slechts 5.386 basenparen, een hoop minder dan de drie miljard bij de mens. Het zou pas in 2003 zijn dat men er min of meer in slaagde het genoom van een mens uit te schrijven, dankzij het ambitieuze Human Genome Project dat dertien jaar duurde en miljarden dollars kostte. Nu, vijftien jaar later, kan men het hele genoom van een mens al voor enkele tienduizenden euro’s in kaart brengen.
Maar daarmee is het verhaal nog niet rond. De grootste uitdaging nu is het begrijpen en interpreteren van al die genetische informatie. Wat doet elk gen precies? Welke invloed heeft elk gen op het organisme? Van sommige genen heeft men al een vrij goed beeld van wat ze doen, maar van de meeste van de twintigduizend genen die de mens heeft, weet men nog niet veel. En hoe interageren alle genen met elkaar? Welke invloed heeft de omgeving op de genen?
De complexiteit kan geïllustreerd worden aan de hand van een aantal aandoeningen. Er bestaan bijvoorbeeld een aantal overduidelijk genetische of chromosomale ziekten die je kan wijten aan één fout in een gen of een chromosoom. De ziekte van Huntington, een zenuwziekte die pas tot uiting komt rond de leeftijd van veertig of vijftig jaar, wordt door één gen veroorzaakt. Heb je het gen, dan weet je dat je de ziekte krijgt, heel simpel. Ook bij het syndroom van Down is het duidelijk: er zijn drie in plaats van twee chromosomen in het chromosomenpaar nummer 21. Maar bij tal van andere ziekten is het veel ingewikkelder. Kanker bijvoorbeeld is een ziekte waar een erfelijke factor vaak een rol speelt, maar niet altijd doorslaggevend is. Een gen, zoals het borstkankergen BRCA1, kan de kans op borstkanker sterk verhogen, maar betekent niet met zekerheid dat de drager borstkanker krijgt. Dat hangt ook af van andere factoren, zoals andere genen, de gezondheid en de leefomstandigheden. En omgekeerd, als je het borstkankergen niet hebt, kan je nog altijd borstkanker krijgen. Daarom spreekt men bij een genetische test of screening meestal van kansberekening. Wanneer je bepaalde genen wel of niet hebt, heb je een verhoogde of een verlaagde kans op een bepaalde aandoening.
Nog ingewikkelder is het wanneer het over persoonlijkheid gaat. Er zijn een aantal genen waarvan men weet dat die een opvallend effect op iemands karakter hebben, zoals bij agressiviteit of angst. En heel wat genetische aandoeningen, zoals het syndroom van Down, hebben ook een invloed op de mentale eigenschappen. Maar het is momenteel onmogelijk om iemands persoonlijkheid aan de hand van een genenkaart te schetsen. Persoonlijkheid vloeit voort uit een interactieve mix van duizenden genen die op elkaar inwerken, uit persoonlijke ervaringen, gezondheid en levensstijl. Met testen die online worden aangeboden om meer over jezelf te leren, moet je dan ook kritisch omspringen. Een genetische handleiding voor je leven blijft vooralsnog verre toekomstmuziek.
Meer weten?
