ONS KWETSBARE DNA

Ons DNA bevat de blauwdruk van het leven en dat klinkt als iets permanents, onveranderlijk als de bouwtekening van het Paleis op de Dam, stabiel als de gouden standaard. Meestal blijkt die blauwdruk foutloos te zijn. Kinderen komen ter wereld met alles erop en eraan. Soms is een gen beschadigd of bevatten de cellen een chromosoom te veel of te weinig, maar dat zijn uitzonderingen. Grote sprongen ontbreken: een mens baart nooit een muis of olifant.

Ook na de geboorte houdt het DNA in elk van onze 100.000 miljard (10) cellen zich goed. Een enkele keer gaat er iets mis met de genen die de celdeling regelen en ontstaat kanker. Maar met een beetje geluk worden mensen 70 zonder ooit kanker te krijgen. Dat geeft de indruk dat ons DNA niet stuk kan, maar niets is minder waar. Ieder molecuul heeft nu eenmaal een eindige levensduur, geen enkele chemische binding is oneindig stabiel. Dat geldt ook voor de chemische bindingen in onze DNA-moleculen.

Sinds de structuur van DNA 40 jaar geleden werd opgehelderd zijn er pogingen gedaan om de stabiliteit van de DNA-bouwstenen te bepalen. De resultaten van al dat werk zijn laatst samengevat door Tomas Lindahl (Nature 362 [1993], p. 709) en die samenvatting is ontnuchterend: in elke menselijke cel treden meer dan 10.000 DNA-beschadigingen op per dag door de chemische instabiliteit en reactiviteit van het DNA-molecuul. DNA-bouwstenen breken doormidden, er breken stukjes af en er worden soms nieuwe stukjes aangehangen. In de klomp van 10 cellen die samen één mens vormen treden dus meer dan 10 (een miljard x een miljard) DNA-beschadigingen op per dag. We hebben het dan nog alleen maar over de beschadigingen, die optreden onder ideale omstandigheden. In de praktijk komt daar nog een veelvoud van beschadigingen bovenop, deels onvermijdelijk, deels door leefgewoonten, die de Nederlandse Kankerbestrijding (het Koningin Wilhelmina Fonds) ons afraadt. Hoe overleeft een mens dat? Hoe kan de dagelijkse vernieuwing, reparatie, aanpassing van lichaamscellen plaatsvinden met zo'n kwetsbare bouwtekening?

Door DNA-reparatie, luidt het antwoord. De beschadigingen worden direct hersteld zodra ze ontstaan en dat herstel is zo precies dat het DNA 70 jaar en langer mee gaat. De tweestrengige structuur van DNA is daarbij een onmisbaar hulpmiddel. Beide strengen bevatten in principe dezelfde genetische informatie en de ene streng kan als geheugensteun fungeren voor de andere. Wie de ene streng kent kan de andere bijmaken. Een kapotte bouwsteen in één streng kan vervangen worden op geleide van de informatie in de andere DNA-streng. Die vervanging wordt uitgevoerd door enzymen, zoals alle interessante en efficiënte chemische reacties in ons lichaam. Zonder die DNA-reparatie enzymen komt een mens niet ver. Zelfs een aangeboren stoornis in de aanmaak van een van de minder belangrijke DNA-reparatie enzymen geeft al een ernstige overgevoeligheid voor DNA-beschadigend licht, zoals ultra-violet licht, en verhoogt de kans op huidkanker. Mede dankzij pionierswerk van de Rotterdamse hoogleraar Dick Bootsma en zijn medewerker Jan Hoeijmakers weten we nu vrij veel van de werking van die reparatie-enzymen in menselijke cellen.

Wanneer de cel sterft, stopt de DNA-reparatie en gaat het DNA onherroepelijk ten gronde. Dat verval kan worden afgeremd door lage temperatuur of door gedeeltelijke uitdroging, maar uiteindelijk gaat het DNA volledig in puin. In een Egyptische mummie zijn nog stukjes intact DNA terug te vinden, maar wie hoopt de DNA-sequentie van dinosaurussen te kunnen reconstrueren uit fossiel materiaal, zal bedrogen uitkomen, zoals Felix Eijgenraam in deze krant al heeft voorgerekend. Omdat mensen lichtgelovig zijn en optimistisch van aard, zijn er onderzoeken die toch pogen om dinosaurus-DNA terug te vinden. Met serieuze wetenschap heeft dat mijns inziens even veel te maken als het onderzoek naar de werkzaamheid van klassieke homeopathische geneesmiddelen. Ook daarbij kijkt men naar moleculen die er niet zijn. Op grond van onze huidige kennis van de chemische instabiliteit van DNA staat vast dat wij de sequentie van dinosaurus-DNA niet zullen kunnen reconstrueren, tenzij er hulp komt van elders. Men kan bijvoorbeeld niet uitsluiten dat intelligente wezens van een andere planeet ons 100 miljoen jaar geleden hebben bezocht en in hun ufo-laboratorium even de sequentie van dinosauriër-DNA hebben bepaald. Als deze intelligente wezens ook nog zo vriendelijk zijn geweest om die DNA-sequentie in een toegankelijke vorm voor ons achter te laten, kunnen we die morgen in een grot vinden. Het probleem van de beperkte houdbaarheid van dinosaurus-DNA is dan op goedkope wijze opgelost.

Zelfs als die verborgen sequentie morgen opduikt, heb je echter het bijbehorende beest nog niet. Voor de ontwikkeling van een reptiel is namelijk een reptiel-ei nodig en van DNA maak je niet zomaar een ei. Kun je dan niet het ei van een hedendaags reptiel, bijvoorbeeld een hagedis, nemen en het DNA in de kern vervangen door dinosaurus-DNA? Met heel veel moeite zou dat misschien in de toekomst kunnen lukken, maar dan nog zal uit dat ei geen dinosaurus komen. Het precies aflezen van de erfelijke informatie in DNA vereist een samenspel tussen DNA en de rest van de cel en dat samenspel luistert nauw. Je kunt de kern van een kikkercel vervangen door de kern van een kikkerdarmcel en dan kan uit dat kikkerei nog een kikker komen. Als je de kern van een paddecel gebruikt in een kikkerei werkt het niet. De kans dat dinosaurus-DNA ooit goed kan worden afgelezen in het ei van een hedendaags reptiel, is verwaarloosbaar.

Maar, kan men tegenwerpen, als nieuwe beesten stapje voor stapje in de evolutie ontstaan, zou het dan niet mogelijk zijn om stapje voor stapje de genen van de hagedis te vervangen door dinosaurus-genen, zodat we na 10.000 hagedissegeneraties uiteindelijk uitkomen bij een heuse dinosaurus? Het probleem bij dit scenario is dat alle tussenliggende dinodissen ook levensvatbaar zullen moeten zijn en dat lijkt mij wat veel gevraagd. De natuur evolueert door trial and error, waarbij error de regel is en een acceptabele verandering de uitzondering. Om een treffend beeld aan te halen dat François Jacob 16 jaar geleden heeft geïntroduceerd in een meesterlijk artikel in Science (vol. 196, p.1161): de natuur werkt als een knutselaar die uit bestaande, toevallig beschikbare materialen iets nieuws maakt. De knutselaar maakt van een fietswiel een roulette, de evolutie maakt van een poot een vleugel. Het probleem voor de evolutie is uiteraard dat alle tussenstadia tussen poot en vleugel ook nog moeten functioneren. Het is als het ombouwen van een radio tot een televisietoestel, waarbij alle tussenliggende stadia moeten werken, hetzij als radio, hetzij als televisietoestel. Geen wonder dat die ombouw bijna altijd mislukt, alleen die mislukkingen krijgen we nooit te zien. Daarom is ook niet alles even mooi of functioneel in de natuur. Dat is waarom mensen acné hebben en een blindedarm, restjes van een rappe primaten-evolutie, die in de komende millennia nog moeten worden gladgestreken.

De weg tussen hagedis en brontosaurus is ongetwijfeld lang en vol doodlopende tussenstadia. Of er überhaupt een weg is, weten we niet. Zelfs met hulp van buitenaardse wezens, die ons de blauwdruk voor een dinosaurus cadeau doen, zie ik ons nog niet een levende dinosaurus reconstrueren. Moleculair-biologen zijn wel ambitieus en ondernemend, maar de natuur stelt harde grenzen.

    • Piet Borst