DNA, Het DNA-structuur werd in 1953 ontdekt
DNA. Het geheim van de dubbele Helix. Twee geleerden in Cambridge wonnen de race om de structuur van het DNA-molecule te ontdekken. De blauwdruk die alle levende wezens vormt en in standt houdt.
In 1953 kwamen geleerden in Cambridge, Londen en Californië steeds dichterbij een van de belangrijkste successen in de biologie, het begrijpen van de structuur van het genetisch materiaal dezoxyribonucleïnezuur, ofwel DNA. Het was bekend dat DNA de genetische informatie bevatte die in alle levensvormen van generatie op generatie werd doorgegeven, maar om te begrijpen hoe DNA precies werkte, was het noodzakelijk de structuur ervan te bepalen.
Niemand realiseerde zich dat beter dan de jonge Amerikaanse bioloog James Watson, die destijds in het Cavendisch-laboratorium in Cambridge samenwerkte met de Britse natuurkundige Francis Crick.
Samen vormden ze een ongebruikelijk koppel : Watson, rond de 25, was een soort wonderkind. Hij had op zijn 22ste de doctorstitel behaald. Crick, 10 jaar ouder, was eveneens briljant, maar moest dat nog bewijzen. De oorlog had zijn carrière vertraagd en hij werkte nog aan zijn proefschrift.
Het laboratorium dat weldra de locatie zou worden van de belangrijkste biologische ontdekking van de 20e eeuw, was al beroemd om de natuurkundige pionierswerk dat er werd verricht. In het Cavendisch-laboratorium was het bestaan van de neutron voorspeld en de atoom gekraakt. Onder leiding van Sir Lawrence Bragg waren de wetenschappers echter hun aandacht gaan richten op het gebruik van röntgenstralen om de structuur van bioloische moleculen te bepalen.
Die taak was verschrikkelijk moeilijk, omdat de moleculen van levend materiaal groot en ingewikkeld zijn en röntgen-straalbuiging slechts oppervlakkige informatie oplevert. In het geval van DNA werd deze informatie niet in Cambridge verzameld maar in King's College, Londen, waar Maurice Wilkins en Rosalind Franklin de noodzakelijke röntgenbeelden ontwikkelden- niet veel meer dan een serie wazige stipjes die toonden hoe de röntgenstralen afbogen als ze door DNA-kristallen werden omgeleid.
Volgens de beleefdheidsprocudure van de Engelse wetenschap hadden Watson en Crick de taak van het openbaren van de structuur moeten overlaten aan Wilkins en Franklin; DNA was 'hun' molecule. De sfeer in het laboratorium van King's College was echter gespannen. Wilkins en Franklin hadden een hekel aan elkaar en het team van Cambridge besloot dat DNA gewoon te belangrijk was om aan een dergelijk nietcoöperatief stel over te laten.
Linus Pauling in Californië kwam steeds dichter bij een oplossing; succes kon aan de neus van de Britten voorbijgaan.
Crick vroeg aan Wilkins of hij het goed zou vinden als het Cavendish-team zou proberen DNA-modellen te maken. Aarzelend stemde Wilkins toe en in januari 1953 gaf hij hun een van Franklins beste röntgenfoto's.
Watson en Crick geloofden dat het DNA-molecule bijna zeker de vorm had van een spiraal (of helix) of van een kurketrekker. Eerder had Crick wiskundig aangetoond dat, als het molecule spiraalvormig was, de röntgenkrommingsfoto's zouden worden gekenmerkt door een kruisvorm. Franklins foto's lieten precies zo'n kruis zien. De foto's alleen waren echter niet voldoende. Ze gaven slechts in grote lijnen de vorm van het molecule aan en die kennis moest worden aangevuld door de scheikunde.
Gewapend met de verzamelde informatie begonnen Watson en Crick driedimensionale modellen te bouwen. De doorbraak kwam op 28 februari 1953, toen tot Watson doordrong dat een adenine-thyminepaar, geschakeld door middel van zwakke waterstofverbindingen, dezelfde vorm had als een guanine- cytosinepaar, op dezelfde manier geschakeld. Deze 'baseparen' konden daardoor de centrale as vormen van een structuur die aan de buitenkant de suiker - en fosfaatruggegraten had. Bovendien zou de schakeling van de basen op deze manier de ontdekking van Chargaff verklaren.
Binnen enkele weken hadden Watson en Crick een model gemaakt dat aantoonde dat de componenten van DNA inderdaad in elkaar pasten op de door Watson gestelde manier en kon hun verhandeling waarin dit feit werd aangekondigd worden uitgetypt. Op 25 april 1953 werd het artikel van 900 woorden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
De structuur die werd voorgesteld was een dubbele spiraal- twee samengedraaide kurketrekkers- met de adenine-thymine en cytosine-guanine-baseparen die de spiralen met elkaar verbonden. In een veelbetekende terloopse opmerking in het artikel in Nature, waarop Crick had aangedrongen, schreven zij : Het is niet aan onze aandacht ontsnapt dat de specifieke paarvorming die wij geponeerd hebben, onmiddelijk een mogelijk kopieermechanische suggereert voor het genetisch materiaal.'
Toen de structuur eenmaal geaccepteerd was, leidde die tot een groot aantal ontdekkingen, een proces dat tot aan de dag van vandaag onverminderd voortgaat. Watson en Crick hadden naam gemaakt in de geschiedenis. Negen jaar na hun ontdekking kregen ze de Nobelprijs voor fysiologie en medicijnen, evenals Maurice Wilkins. Helaas was Rosalind Franklin, die zo'n grote bijdrage had geleverd, in 1958 aan kanker overleden.
Waarom is de structuur van DNA belangrijk
Dankzij de verklaring van DNA is het nu mogelijk te begrijpen hoe de warwinkel van verschillende levensvormen is ontstaan. De hoofdbouwstenen van leven zijn proteïnen, moleculen die gevormd worden binnen de cellen van een levend organisme door samenvoeging van zo'n 20 verschillende aminozuren in verschillende reeksen.Er zijn duizenden reeksen mogelijk, die duizenden verschillende proteïnen opleveren.
Maar hoe wordt de reeks amonizuren - en daarmee het soort proteïne- bepaald?
Ergens in de cel moet een 'recept' met instructies zitten. Bij sperma en eicellen moet de boodschap bondig genoeg zijn om eigenschappen van ouders door te geven aan de nakomelingen.
Hoe kan zoiets kleins als een spermacel zo'n gedetailleerde blauwdruk bevatten?
Tegen 1950 was vastgesteld dat het DNA-molecule - waarvan Fredrick Miescher in 1869 had ontdekt dat het een deel was van de kern van cellen - het materiaal was dat de produktie van proteïnen en daarmee de erfelijkheid van eigenschappen regelde.
Hoe geeft de DNA genetische informatie door?
Het mooie van de structuur die Watson en Crick ontdekten, was dat hij al snel manieren aangaf waarop delende cellen hun genetische informatie konden doorgeven en hoe DNA het maken van proteïnen kon bepalen. De sleutel tot dit laatste lag in de opeenvolging van baseparen; die tot het eerste in hun combinatie en in de dubbelspiraalstructuur zelf.Crick wees op de mogelijkheid dat de dubbelspiraal zich deelde door zich 'open te ritsen' en twee aparte strengen te vormen.Elke afzonderlijke spiraal bevatte dan een complementaire reeks basen, die de genetische informatie doorgaf aan de dochtercellen en die door het aantrekken van bijpassende basen uit de celvloeistof een tweede dubbelspiraal vormde, identiek aan de eerste.
Zo kon één cel twee cellen worden, elk met een identieke DNA-reeks. In 1958 hebben Matthew Meselson en Franklin Stahl van het Institute of Technology in Californië bewezen dat DNA zich echt deelt op de manier die de structuur ervan suggereert.
De structuur suggereerde nog een tweede mogelijkheid; dat de volgorde van de baseparen langs een DNA-traject een 'code' was die de volgorde bepaalde waarin de aminozuren die door elke cel werden geproduceerd, waren opgesteld.
De volgorde van de vier basen bestaat uit een alfabet van vier letters waarmee het 20- letterig alfabet van de proteïnen kan worden ontcijferd. Elke groep van drie basen, een codon genaamd, bleek een aminozuur te vertegenwoordigen. Er bestaan 64 manieren om vier basen in groepjes van drie te rangschikken, ruim voldoende om de volgorde vast te stellen van de 20 aminozuren die proteïnen vormen.
In 1966 was de genetische code ontcijferd. Bovendien had men ontdekt dat dezelfde code van toepassing is op alles wat leeft, van bacteriën tot olifanten.
Wat is het profijt van DNA-onderzoek?
Sinds het onstaan van leven is de mensheid het slachtoffer geweest van erfelijke ziekten - tragische geboorteafwijkingen die in bepaalde families voorkomen. Het verklaren van de genetische code heeft voor het eerst dergelijke afwijkingen verklaarbaar gemaakt. Een enkele vergissing in de ordening van de basen in iemands DNA kan voldoende zijn om het proces van het maken van proteïnen te verstoren.Met een verkeerd recept kan een cel niet de juiste stof produceren. Zo wordt sikkelcelanemine veroorzaakt door één enkele substititie in de reeks aminozuren die het hemoglobineproteïne produceren, als gevolg van één foutje in het hemoglobinegen.
Door een fout in het patroon van de DNA-basen ontstaan sikkelcelanemine, waarbij rode bloedlichaampjes zich in de vorm van een sikkel opkrullen en niet goed zuurstof kunnen transporteren.
Alle levende wezens hebben zo'n 100.000 genen, met daaronder minstens een dozijn fouten die toevallig zijn ontstaan. De meeste van deze fouten hebben geen ernstige gevolgen, maar sommige veroorzaken genetische ziekten. De kennis van een dergelijke fout en proeven om hem op te sporen, maken het mogelijk om ouders nog voor de geboorte te laten weten of een baby een bepaalde genetische ziekte heeft geërfd.
Het huidige begrip van erfelijkheidsleer biedt de kans de fouten te corrigeren die erfelijkheidsziekten veroorzaken. In de gentherapie probeert men het verkeerde gen op te sporen en manieren te zoeken om de fout te corrigeren. Daarna kunnen de ziektesymptonen verzwakt of weggenomen worden door cellen met de gecorrigeerde gen terug te spuiten in de patiënt.
In de VS zijn experimenten met gentherapie al begonnen, maar nog geen van de belangrijkste erfelijke ziekten, zoals spierdystrofie, is op deze manier behandeld.
De ontdekking hoe de celinstructies zijn geschreven, heeft de mogelijkheid geschapen ze te 'bewerken' door een proces, bekend als genetische manipulatie, waarmee in de jaren '70 begonnen werd. In een techniek die recombinant-DNA wordt genoemd, wordt de DNA-reeks van een gen doorgesneden en wordt een nieuwe reeks aangebracht - synthetisch gemaakt of van een andere soort gehaald.
Zo kan men zich voorstellen dat het gen dan bij mensen de genetische code van insuline bepaalt, wordt geïsoleerd en vervolgens in het DNA van een bacterie wordt aangebracht. Als de bacterie in een kweek is gegroeid, zal hij zowel insuline produceren als zijn normale stoffen.
Aangezien bacteriën zich met enorme snelheid vermenigvuldigen, is de bacterie veranderd in een fabriekje die een nuttig proteïne produceert - in dit geval één dat diabetici nodig hebben om in leven te blijven. Ook kunnen genen die bestand zijn tegen ongedierte of droogte in kweekplanten worden aangebracht. Er kunnen bloemen met nieuwe kleuren worden gemaakt, misschien zelfs granen die stikstof in de lucht halen en geen kunstmest nodig hebben. Door uitbreiding van dit proces kunnen genetisch identieke kopiën, of 'klonen' van succesvolle planten en dieren worden geproduceerd.
Er bestaat geen biologische reden waarom mensen ook niet zouden worden gekloond.
Waarom is er angst voor genetische manipulatie?
Tijdens een conferentie in Asilomar, Californië, in 1975 werd voor het eerst de alarmklok geluid voor mogelijke bijwerkingen van genetische manipulatie. Het was de angst dat genetisch veranderde organismen uit laboratoria zouden kunnen verdwijnen en een bedreiging gaan vormen voor de mens en andere soorten. Er werden richtlijnen opgesteld om dergelijke risico's te minimaliseren.Verder bestaat de angst dat geleerden niet echt de gevolgen overzien van het rommelen met genen. Zijn genetische gemanipuleerde groenten veilig te eten?
Meer direct is de angst dat mensen die de pech hebben dat ze misschien genetisch gezien kans hebben op kanker of hartziekten, eventueel geen ziekteverzekering kunnen krijgen, of zelfs geen baan. Een dergelijke angst kan slechts worden weggenomen door uitgebreide discussies en misschien door wetgeving om de gentische privacy te beschermen.
Nog groter is de angst dat door het begrijpen van de volledige genetische samenstelling van de mens het geheim van het leven en het bestaan van de vrije wil ondermijnd worden. Als alles door de genen is bepaald, wat kunnen de mensen dan nog zelf beslissen?
Er bestaat een dreiging van genetisch determinisme, waarin de talenten en de individualiteit van de mens, en zelfs de manier waarop hij zal sterven, worden bepaald door het gentisch lot dat hem is toebedeeld.
DNA en een kwestie van identiteit
De ontdekking dat een genetische informatiereeks in een DNA-molecule uniek is voor iedere persoon, heeft een identificatieproces mogelijk gemaakt met behulp van de 'DNA-vingerafdruk'.Toen er eenmaal een manier was gevonden om DNA-reeksen te vertalen in visuele patronen, konden DNA-monsters uit bloed of haren die op de plaats van een misdaad waren aangetroffen worden vergeleken met die van een van die misdaad verdachte persoon.
In 1985 werd het lichaam van een man opgegraven die zes jaar eerder in Brazilië was verdronken, na aanwijzingen dat hij de nazi-'Engel des Doods' uit Auschwitz, Josef Mengele was.
Gebits- en skeletanalyse gaven aan dat de man Mengele was, maar overtuigend bewijs leverde een DNA-analyse. DNA-monsters van het skelet vergeleken met monsters van Mengeles zoon produceerden een overeenkomst die te groot was om toevallig te hebben kunnen voorkomen.
DNA van Mengeles vrouw werd ook gebruikt, aangezien zij als moeder van de zoon de andere helft van diens DNA bijdroeg. © 2008 - 2009 Mondyluke, gepubliceerd in Natuurkunde (Wetenschap) op 08-09-2008, laatst gewijzigd op 08-09-2008. Het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van Mondyluke is vermenigvuldiging van dit artikel verboden. Meer...
Verwante artikelen
- DNA test: ben je de vader van je kind of niet?: De DNA test is een term die te pas en te onpas gebruikt wordt op televisie tegenwoordig. De makers achter CSI pretenderen dat DNA onderzoek hét technische snuf…
- Aantonen van DNA: Dit artikel is een proef om DNA uit het speeksel aan te tonen. In de proef wordt onderzocht of je DNA aan kan tonen met alcohol, afwasmiddel en zoutwater en in welke verhoudingen.
- Aids: invloed op het afweersysteem: Begin jaren 80 werd bekend dat er een nieuwe ziekte was ontstaan die het immuunsysteem van getroffen personen ernstig aantaste. Omdat 9 van de 10 patienten homoseksueel wa…
- Genomics: de studie van het genoom: Onze genen staan al decennia achtereen in de belangstelling. Want dit erfelijke materiaal bepaalt in feite wie en wat we zijn. Het is daarom interessant om te weten hoe on…
- Basis van de genetica: Genetica wordt steeds belangrijker in de huidige maatschappij, nu het DNA steeds meer gebruikt wordt. Er zullen nog maar weinig mensen niet weten wat dit is, al is het alleen al door d…
Reageer op het artikel "DNA, Het DNA-structuur werd in 1953 ontdekt"
Er zijn nog geen reacties geplaatst op dit artikel.
