Crossing over
Nu komt het vaak voor dat het kind niet precies de helft krijgt van de vaderlijke en moederlijke chromosomen omdat tijdens de meiose van de rijpende zaad- en eicel, de chromosomen een gedeelte uitwisselen, zo van: ik krijg een stukje van jou en jij van mij.
Nemen we twee paar homologe chromosomen (homoloog wil zeggen dat hun genen in dezelfde volgorde gelegen zijn). Het ene paar chromosomen heeft bijvoorbeeld de genen A en B, en het andere paar a en b. Liggen nu beide paren gedeeltelijk over elkaar dan komt bij de deling een heel gen of een stukje ervan op het andere chromosoom terecht en omgekeerd. Een uitwisseling dus. Men noemt dit verschijnsel crossing over of recombinatie. Daarna scheiden zich hun wegen definitief en ontstaan na de tweede meiose 4 verschillende soorten geslachtscellen: AB, Ab, aB en ab.
Wat is hiervan nu het nut? Door deze recombinatie, die dus toevallig optreedt, krijgt het kind een complete mix van de eigenschappen van de ouders. Stel dat de mens slechts één dubbel chromosoom had (de man bijvoorbeeld AA en de vrouw aa) en er dus geen recombinatie kon plaatsvinden, dan zouden er maar 4 verschillende kinderen kunnen komen: 2 mogelijkheden van de vader maal 2 van de moeder: AA, Aa, aA en aa. De mens heeft echter 23 chromosomenparen en dus zouden er zonder recombinatie 223 = 8.388.608 verschillende kinderen kunnen zijn. Maar dankzij het uitwisselingsproject zijn er oneindig veel meer combinaties mogelijk. Dit gegeven moet worden gevoegd bij het feit dat in het genoom van iedere mens mutaties voorkomen in de vorm van verdwijning, toevoeging of verandering van één of meerdere basen. Alles bij elkaar zijn dit zoveel mogelijkheden tot variatie dat iedere mens qua genetische samenstelling uniek is (behalve een-eiïge tweelingen die volkomen identiek zijn). Van deze uniciteit wordt onder meer gebruik gemaakt bij het opsporen van misdadigers die iets van hun DNA hebben achtergelaten en het vaststellen van het biologische vaderschap in voorkomende gevallen. Een andere reden voor deze uitwisseling van stukjes chromosoom is dat de recombinatie ervoor zorgt dat bepaalde eigenschappen niet voor eeuwig bij elkaar zullen blijven.
Uit de functie van de genen vloeit ook voort, dat, als een bepaald gen ontbreekt of defecten vertoont, dit consequenties heeft voor de aanmaak van specifieke eiwitten waardoor de functie van zo’n eiwit wegvalt of gebrekkig wordt uitgeoefend met als resultaat een bepaalde ziekte of handicap die op zijn beurt weer op het nageslacht kan worden overgedragen. We hebben dus geen gen voor een bepaalde ziekte zoals diabetes maar een gen dat niet of onvoldoende zorgt voor de productie van die eiwitten die nodig zijn voor het maken van insuline.
Mutaties
Mutaties zijn fouten in genen die kunnen ontstaan doordat er bijvoorbeeld ongelukjes gebeuren tijdens de duplicatie van het DNA waardoor een of meerdere baseparen onjuist worden gekopieerd hetgeen weer consequenties kan hebben voor de aanmaak van bepaalde eiwitten. Het lichaam beschikt weliswaar over controlefuncties die foute transcripties of translaties van DNA niet toelaten maar dit lukt niet altijd.
Niet alleen stoornissen in het DNA maar ook afwijkingen in de chromosomen kunnen ernstige aandoeningen veroorzaken. Beschadigingen van chromosomen ontstaan vooral door straling bijvoorbeeld door radioactiviteit zoals na de ramp met kerncentrale in Tsjernobyl. Ook aangeboren afwijkingen komen voor. Als bijvoorbeeld het chromosoom 21 driemaal aanwezig is in plaats van tweemaal spreekt men van trisomie van chromosoom 21 en dit leidt tot de geboorte van een mongooltje: een kind met het zogenaamde Down-syndroom. Vooral afwijkingen die gebonden zijn aan de geslachtschromosomen X en Y kunnen gemakkelijk worden overgedragen op het nageslacht.
De ontcijfering van de genetische code
Hoever is het onderzoek van het DNA inmiddels gevorderd? We kennen nu de codering van alle 20 aminozuren. Dit betekent dat als alle letters van de baseparen die in de genen voorkomen bekend zijn, ook de bijbehorende aminozuren bekend zijn en dat vervolgens gezocht kan worden naar de ruimtelijke samenstelling van de eiwitten en niet te vergeten hun functie.
Vaak coderen meerdere codons voor één aminozuur. Dit gebeurt meestal alleen voor de zogenaamde essentiële aminozuren.
Het zoeken naar alle 6 miljard letters van de 3 miljard baseparen is in volle gang in het kader van het Human Genome Project (HGP). Op 26 juni 2000 was 97% van het DNA in kaart gebracht, maar het eigenlijke werk moet nu nog beginnen: het bepalen van de juiste volgorde (sequence) van de letters, de vertaling van de letters in eiwitten en het achterhalen van hun functies. Dit wordt nog een hele klus omdat, zoals reeds gezegd, het centrale dogma van de moleculaire genetica: één gen = één eiwit, moest worden verlaten en genen – soms wel 50 stuks – vaak samenwerken in de uitoefening van hun taak. Ook is van een groot aantal genen de ligging op de chromosomen nog niet bekend. Sommigen – de zogenaamde transposonen – blijven bovendien niet op hun plaats, maar verspringen op het chromosoom.
Gebleken is verder dat slechts ongeveer 3-5% van ons DNA voor eiwitten codeert. Dit zijn de exonen. De rest is het zogenaamde junk- of afval-DNA dat zich tussen de coderende genen bevindt. Men noemt deze stukken DNA intronen. Het zijn herhalingen van bepaalde lettercombinaties waarvan de betekenis ons tot nu toe ontgaat, doch dit mag eigenlijk geen reden zijn om het dan maar te betitelen als afval-DNA. Bij de transcriptie worden deze intronen eruit gesplitst.
Het genoom betitelt men al als het ‘Boek des Levens’. “De taal waarin God het leven geschapen heeft, kennen we nu”, zei president Clinton op 26 juni 2000. Het leven is echter meer dan de genen, veel meer.
Noten
1. M.M.A.N. Mannens en P. de Boer Basisprincipes, in: Leerboek medische genetica (zesde druk), Maarssen (1999), Elsevier/Bunge, p. 31
2. J.D. Fast Materie en leven (jubileumuitgave), Heerlen (1972), Natuur en Techniek, p.126
3. De gezamelijke lengte van deze chromosomendraadjes in één cel bedraagt 2 meter! Als we bedenken dat ons lichaam 25×1012 (triljoenen) cellen telt, komt de totale lengte van ons DNA uit op 2x25x1012 m. en dit is 300x de afstand van de aarde tot de zon! (zie ook noot 1, pag. 55)
4. ibid. p. 131
5. Tot voor kort dacht men dat de mens ongeveer 100.000 genen bezat. Nu is gebleken dat het aantal ongeveer even groot is als dat van bepaalde soorten wormen.
6. Ook is in te zien waarom aminozuren niet met behulp van twee letters worden aangeduid, maar met drie. Met de tweeletterige code AT en GC zou het aantal combinaties dat hiermee te maken is, beperkt zijn tot 42 = 16, dus te weinig om 20 verschillende aminozuren aan te duiden. Een drieletterige code levert echter 43 = 64 mogelijke combinaties op, dus ruim voldoende. De 44 overblijvende verwijzen ook naar een of meerdere van deze aminozuren en wel zo dat mocht er per ongeluk een letter veranderen, in de meeste gevallen toch het juiste aminozuur wordt aangewezen. Zie ook: P.M. Scheele Degeneratie, het einde van de evolutietheorie (derde druk), Amsterdam (1997), Buijten & Schipperheijn , p. 38.
