‘DNA is de blauwdruk van de mens’

Ype Elgersma weet nog precies wanneer hij werd gegrepen door de genetica, de wetenschap die zich bezighoudt met DNA. Hij was derdejaars student chemie toen een wetenschapper hem vertelde over DNA. ‘Hij vertelde dat hij het DNA van een gistcel niet alleen kon aflezen, maar dat hij het ook kon veranderen! Ik besefte: dit gaat grote betekenis hebben voor de maatschappij.’

De hoogblonde Fries stopte direct met zijn studie chemie en stapte over naar biotechnologie, en in 1996 promoveerde hij op zijn onderzoek naar het DNA van gist.

Zijn fascinatie is nog onveranderd groot. Want hoe kan het dat een onzichtbare code in bijna elke cel van je lichaam zoveel bepaalt over wie je bent? Waarom zijn fouten in DNA soms gevaarlijk, maar soms juist onmisbaar? En wat kun je eigenlijk wel en niet aflezen uit je genen? Voor deze serie deelt Elgersma vijf weetjes over DNA die je móét weten.

1. Het DNA is de blauwdruk van de mens.

Om uit te leggen wat DNA precies is, vergelijkt Elgersma menselijke cellen graag met kleine fabriekjes. In de kern van die fabriek ligt de blauwdruk van de mens opgeslagen, waarin precies staat wat waar moet komen en hoe dat eruit moet komen te zien: het DNA.

De blauwdruk bestaat uit twee boeken, die kopieën van elkaar zijn. Eén boek van je vader en één boek van je moeder. Elk boek bestaat uit drie miljard letters, opgedeeld in 20.000 hoofdstukken. Die hoofdstukken zijn de genen. ‘In die boeken staat eigenlijk: maak een mens’, legt Elgersma uit. ‘Per hoofdstuk staan opdrachten en bouwinstructies beschreven.’

De blauwdruk ligt in een kluis: de celkern. En hij komt de kluis niet uit. De instructies die aan de fabriek –de cel- worden gegeven staan op kopietjes van de blauwdruk: het RNA. ‘En op die kopietjes staan alleen de instructies die relevant zijn voor het type cel waar ze worden gemaakt. Een hersencel ontvangt andere kopietjes dan een levercel.’

2. In elke cel zit twee meter DNA.

De letters waar DNA uit is opgebouwd worden ook wel ‘basenparen’ genoemd. Elke letter is microscopisch klein: ze zijn 0,34 nanometer per stuk, oftewel 0,00000000034 meter. Maar omdat het totale DNA uit zes miljard letters bestaat, zou het twee meter lang zijn als je het naast elkaar zou leggen. Er zit dus twee meter DNA in élke cel van het lichaam.

‘Als je het DNA uit elke cel van één mens achter elkaar zou plakken, zouden we een sliert hebben van tientallen miljarden kilometers.’ Dat is 400 maal de afstand van de aarde naar de zon. Sterker nog: ‘Als je alle zes miljard letters van het DNA van één cel zou willen voorlezen ben je non-stop 80 jaar bezig.’

3. In een menselijk lichaam wordt het DNA elke dag biljoenen keren gekopieerd. En dat gaat heel precies.

Wat het allemaal nóg onvoorstelbaarder maakt, is dat al deze zes miljard letters van de blauwdruk voortdurend in zijn geheel moeten worden gekopieerd. In een volwassen lichaam worden immers elke dag ruim een biljoen cellen vervangen. Elke keer moeten zes miljard letters worden overgeschreven, zodat elke nieuwe cel ook een complete handleiding meekrijgt. Dit zorgt ervoor dat een kinderlichaam groeit en een volwassen lichaam goed blijft functioneren.

Het kopiëren gaat met ongekende snelheid en precisie. Waar het een mens 80 jaar zou kosten om het DNA van 1 cel voor te lezen, leest én kopieert een cel het volledige DNA in 8 uur. Dat zijn 1500 letters per seconde. Per celdeling, waarbij er zes miljard basenparen worden gekopieerd, maakt de cel gemiddeld slechts 1 fout per 60 miljoen letters.

Het kopiëren gaat dus heel goed, maar niet helemaal zonder foutjes. Daarom is het DNA van een baby ook geen precieze kopie van dat van de vader of moeder. Elgersma: ‘Bij elke baby zien we ongeveer 100 veranderingen in de blauwdruk, die niet bij de moeder of de vader vandaan komen.’ Dit zijn dus foutjes die gemaakt zijn bij het maken van de eicel, spermacel of in de vroege ontwikkeling van het embryo.

4. Zonder kopieerfoutjes in het DNA zou de mens niet bestaan.

De meeste foutjes (ook wel mutaties genoemd) kunnen helemaal geen kwaad. Ze zitten bijvoorbeeld in stukken DNA die niet erg belangrijk zijn, of het foutje zorgt er niet voor dat er iets in het lichaam minder goed werkt. Daarnaast heb je altijd twee kopieën, eentje van je moeder en je vader. Dus als er een foutje in het boek van de vader staat kan het boek van de moeder alsnog duidelijkheid verschaffen over de gewenste instructie.

Elgersma legt uit: ‘Stel dat er normaal in de blauwdruk staat dat er in het huis tien ramen moeten komen. Maar in jouw kopie van het vaderboek staat dat er één raam moet komen, omdat er tijdens het kopiëren een 0 is weggevallen. Dan kijkt de bouwvakker in de kopie van het moederboek, waar tien staat. De bouwvakker zal achter zijn oor krabben en besluiten: dan doen we er zes. Zo’n foutje kan dan niet veel kwaad. Een huis met zes ramen kan prima functioneren.’

Sterker nog: tijdens de evolutie hebben kopieerfouten de mensheid gemaakt zoals zij nu is. Zonder foutjes zouden we nooit kunnen evolueren. ‘Als er geen kopieerfouten in ons DNA waren geslopen, waren wij eencellig gebleven’, legt Elgersma uit.

‘Als er geen kopieerfouten in ons DNA waren geslopen, waren wij eencellig gebleven.’

Hij legt uit hoe de foutjes zorgen voor evolutie: ‘De eerste mensen hadden bijvoorbeeld een donkere huidkleur. Zij woonden in Afrika, waar de melanine in hun huid hen tegen UV-schade van de zon beschermde. Maar toen de mens naar het noorden migreerde, was dit niet langer een voordeel. In het noorden is er veel minder zonlicht en omdat melanine het zonlicht in de huid tegenhoudt, konden de mensen niet genoeg vitamine D aanmaken. Mensen met mutaties in hun melanine genen en een lichte huidskleur, waren daarom in het noorden juist in het voordeel. Zij gaven hun genen door, waardoor er nu, duizenden jaren later, vooral witte mensen in het noorden wonen. Ik ben daar als Fries een goed voorbeeld van.’

5. We kunnen het hele DNA lezen, maar we weten nog niet precies wat er staat.

DNA bestaat uit vier verschillende basenparen, die elk een letter hebben gekregen: A, C, G en T. Dat zijn de vier bouwstenen waaruit de hele blauwdruk is opgebouwd. Inmiddels kunnen wetenschappers door sequencing techniek het complete DNA van een mens binnen enkele uren aflezen: alle zes miljard letters, in de volgorde waarin ze in de boeken van je vader en je moeder staan.

Dat klinkt alsof we daarmee alles weten. Maar zo eenvoudig is het niet. ‘Alle mensen lijken genetisch enorm op elkaar: voor meer dan 99 procent is ons DNA hetzelfde. Het verschil zit dus in die ene procent.’ Om te kunnen bepalen of zo’n variatie bij een patiënt iets betekent, vergelijken wetenschappers het DNA vaak met een referentiegenoom: een soort gemiddelde blauwdruk. Maar dan begint het puzzelen pas. ‘Ieder individu heeft miljoenen varianten ten opzichte van zo’n referentie genoom’, legt Elgersma uit. ‘De kunst is om te ontdekken welke daarvan onschuldig zijn en welke ene letter misschien de ziekte veroorzaakt.’

Dat is ingewikkeld omdat veel variaties niets doen. Ze zitten bijvoorbeeld in stukken DNA die niet direct een bouwinstructie bevatten, of ze komen zo vaak voor dat ze horen bij de normale verschillen tussen mensen. Daarom helpt het om niet alleen het DNA van een patiënt te lezen, maar ook dat van de ouders. Dan wordt zichtbaar welke veranderingen nieuw zijn ontstaan bij het kind en welke al in de familie voorkwamen. Zo wordt de zoektocht kleiner: van miljoenen verschillen naar misschien een handvol verdachte letters. Maar zelfs dan blijft het werk van genetici zoeken van de speld in de hooiberg.