Code van al het leven

Bètacanon (33) – Het dna van mens, dier en plant zit als een dubbele helix in elke cel, werd in 1953 ontdekt....

Op een koude februaridag in 1953 stormde Francis Crick zijn favoriete stamkroeg binnen in Cambridge en riep, zoals James Watson later zou optekenen: ‘Wij hebben het geheim van het leven ontrafeld.’ Dit was geen dronkemanspraat. Die ochtend hadden Watson en Crick namelijk de driedimensionale structuur van het dna-molecuul ontdekt.

Deze structuur – een dubbele helix die zichzelf kan openen en kopiëren – bevestigde eerdere bewijzen dat dna de drager is van erfelijke eigenschappen, maar gaf tevens informatie over de manier waarop het dat doet.

Deze inzichten hebben een ware dna-revolutie ontketend in de biologie. De klassieke genetica (erfelijkheidsleer) heeft rigoureus plaats moeten maken voor een modernere variant, de moleculaire genetica.

Terwijl de klassieke erfelijkheidsleer regels voor overerving probeerde af te leiden door soorten te kruisen, wordt in de nieuwe biologie geprobeerd erfelijke eigenschappen door dna-onderzoek te verklaren.

Sinds de kruisingsproeven van Gregor Mendel halverwege de 19de eeuw, weten we dat ouders genetische ‘informatie-eenheden’ met instructies voor bepaalde eigenschappen doorgeven aan hun nakomelingen. Mendel had echter geen idee wat de fysieke basis zou kunnen zijn van deze eenheden, die we nu genen noemen.

Een eeuw later, in 1952, ontdekten Alfred Hershey en Martha Chase dat genen uit dna bestaan en het jaar daarop ontrafelden Watson en Crick de structuur van het dna. Het bleek een dubbele helix te zijn waarbij twee strengen van aaneengeschakelde suiker- en fosfaatgroepen om elkaar heen draaien zoals de leuningen van een wenteltrap.

De treden van deze trap worden gevormd door twee zogenoemde basische groepen die een verbinding aangaan. In het dna komen deze basen voor in vier vormen, adenine (A), cytosine (C), thymine (T) en guanine (G).

Watson en Crick vermoedden dat de basenvolgorde waaruit het dna was opgebouwd, informatie bevat over erfelijke eigenschappen en noemden dit de genetische code van het dna. In 1962 kregen de heren dan ook terecht een Nobelprijs voor hun vinding. Niet terecht – en dat hebben ze met veel kritiek moeten bekopen – was dat ze hun vrouwelijke collega Rosalind Franklin nooit overtuigend hebben bedankt, want zonder haar resultaten hadden ze de dna-structuur in 1953 nooit kunnen ophelderen.

Het was nu zaak uit te vinden hoe de genetische code zich laat vertalen in concrete eigenschappen. Dit moest iets met eiwitten van doen hebben. De meeste erfelijke eigenschappen zijn namelijk het werk van eiwitten. Eiwitten kleuren je ogen, bepalen je bloedgroep en verstandelijke vermogens. Ergens in de basenvolgorde van het dna moet dus informatie zijn opgeslagen over de volgorde waarin de bouwstenen van eiwitten, de aminozuren, aan elkaar gekoppeld moeten worden.

Dit was een puzzel voor de theoretici. Zij hadden al veel ervaring met het ontcijferen van computertaal, een vergelijkbaar vraagstuk. Al snel ontdekten zij dat een groepje van drie opeenvolgende basen wordt vertaald naar één aminozuur. Zo laat basenvolgorde ATG zich vertalen naar het aminozuur methionine. Als na de ATG een CTT triplet volgt in het dna, wordt aan het methionine het aminozuur leucine gekoppeld.

Er is nog wel een probleem. Het dna zit in de celkern terwijl eiwitten juist buiten de kern worden gemaakt. Het dna kan de kern onmogelijk verlaten. Daarvoor heeft de natuur een elegante oplossing gevonden in de vorm van een dna-boodschapper genaamd rna. Het rna is klein, beweeglijk en kan daarom uit de kern worden getransporteerd.

Als er behoefte is aan een bepaald eiwit, wordt er in de kern een exacte rna-kopie gemaakt van het dna dat codeert voor dat specifieke eiwit. Dit rna geeft vervolgens buiten de kern de dna-instructies door over de aminozuurvolgorde van het te produceren eiwit. Dit driestappenplan wordt wel het centrale dogma in de moleculaire biologie genoemd, of met de woorden van Crick: ‘Dna maakt rna maakt eiwit.’

De verzamelnaam voor al het dna in de celkern is ‘genoom’. Op dit moment is bijna de hele basenvolgorde van het menselijk genoom bepaald (gesequenced). Dit is zonder meer een enorme prestatie en bijzonder belangrijk voor bijvoorbeeld het biomedisch onderzoek naar de relatie tussen veranderingen in het dna en erfelijke ziekten.

Op basis van de sequence-informatie wordt het aantal genen van de mens geschat tussen de 20 en 25 duizend.

Het is nu de taak van wetenschappers om voor elk van die genen in kaart te brengen wat zijn functie is.

Hoewel het genoom van twee individuen vrijwel identiek is, ziet ieder mens er toch verschillend uit. Dat komt doordat er verschillende varianten van genen in omloop zijn. Zo heeft iedereen een gen voor haarkleur, maar bepalen kleine verschillen in de basenvolgorde van dat gen of de uitkomst zwart of blond is. Tijdens forensisch onderzoek wordt dankbaar gebruik gemaakt van dit soort verschillen om aan te tonen dat het dna van een verdachte exact overeenkomt (of niet) met dat van de gevonden dna-sporen op de plaats van een misdrijf.

Invloeden van buitenaf zoals sigarettenrook, zonlicht of aangebrand vlees kunnen het dna zo beschadigen dat de basenvolgorde erin verandert. Vaak worden deze mutaties door de cel opgemerkt en weer hersteld, maar soms faalt de reparatie en wordt de mutatie onderdeel van het dna.

Dit is niet per definitie nadelig, zo kunnen eiwitten bijvoorbeeld van samenstelling veranderen waardoor ze nog effectiever werken. Maar heel vaak gaat het juist mis en verliest de cel een belangrijk eiwit, waardoor ziekten of ontwikkelingsstoornissen zich openbaren.

Nieuwe technieken worden in toenemende mate ingezet om de genetische bron van erfelijke ziekten op te sporen in het genoom. Hierdoor kunnen aandoeningen gerichter worden bestreden. Veelbelovend is ook de gentherapie, waarbij een defect gen wordt vervangen door een stukje gezond dna. Misschien dat sommige erfelijke ziekten daardoor in de toekomst geheel verdwijnen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden