In de familie

Met het genetisch verschil tussen chimpansee en mens kunnen we nog alle kanten op. Een klein verschil (1,44%) in erfelijke code leidt tot een veel groter verschil (20%) in de eiwitten.

DE CHIMPANSEE IS de diersoort die het meest aan de mens is verwant. Bijna 5, misschien 6 miljoen jaar geleden, ontstonden chimpansee en mens uit een gezamenlijke voorouder. Van fossielen is bekend dat die voorouder er als aap uitzag, zelfs 20 miljoen jaar geleden al. Orang-oetangs en gorilla's begonnen 14 en 7 miljoen jaar geleden aan de ontwikkeling van een aparte soort.

Chromosoom 21 van de mens is bijna gelijk aan chromosoom 22 van de chimpansee. Chinese onderzoekers hebben de 33,3 miljoen letters van de erfelijke code op beide chromosomen in detail vergeleken (Nature, 17 mei). Op iedere 10.000 letters van de erfelijke code zijn er 144 (1,44%) verschillend. Bovendien zijn op 68.000 plaatsen stukjes van een paar of honderden letters weggelaten, of toegevoegd. Het zijn insertions of deletions; indels in vaktermen van genetici.

De erfelijke code van chimpansee en mens vertoont 5 miljoen jaar na het splitsen van de stamboom nog grote gelijkenis. Iedere mens heeft 46 chromosomen, 23 van zijn vader en 23 van zijn moeder. De chimpansee heeft er 48. Ook een dubbele set, de helft afkomstig van vaderchimp, de andere helft van moederchimp. De chromosomen van een diersoort zijn genummerd en gerangschikt op lengte. Chromosoom 1 is altijd het langst. Chromosomen worden `gelijk' genoemd als er veel overeenkomstige genen op te vinden zijn en ze ook verder een overeenkomstige structuur hebben. Grosso modo zijn alle chromosomen van de chimpansee precies zo bij de mens terug te vinden. Alleen het lange chromosoom 2 van de mens is bij de chimpansee gebroken. De twee kortere chromosomen hebben de nummers 12 en 13 gekregen. Daardoor verspringt de nummering wat. En zo is chromosoom 21 van de mens als chimpchromosoom 22 terug te vinden.

Wie chromosoom 21 zegt, zegt Downsyndroom. Bij de mens onstaat het syndroom als een kind met drie chromosomen 21 (trisomie 21) wordt geboren. Het Downsyndroom is eind jaren zestig bij één chimpansee beschreven. En dat dier had, zoals te verwachten viel, trisomie 22.

Op ieder chromosoom ligt een DNA-molecuul met erfelijke code. Die code bestaat uit de schier eindeloze opeenvolging van vier chemische verbindingen (de basen) die de traptreden van de bekende wenteltrap van het DNA-molecuul vormen. De vier basen zijn adenine, tyrosine, cytosine en guanine – afgekort tot de letters a, t, c en g. De erfelijke code van de mens bestaat uit 2,8 miljard van die letters (of basen). De code begint bij het eerste chromosoom en eindigt bij het geslachtschromosoom X of Y. Bij de chimpansee is de lengte nog niet helemaal vastgesteld. Het zijn op zijn hoogst 3,3 miljard basen, maar waarschijnlijk wat minder.

Al heel lang willen onderzoekers weten hoe sterk chimpansee en mens genetisch van elkaar verschillen. Of overeenkomen. In de jaren zeventig en tachtig kwamen verschillende laboratoriumtechnieken beschikbaar om stukken van de erfelijke code van chimpansee en mens te vergelijken. De afgelopen tien jaar zijn de vergelijkingen steeds gebaseerd op bepalingen van basenvolgorden in steeds langere fragmenten DNA. Het verschilpercentage tussen mens en chimpansee varieerde na al die experimenten tussen 1,23% en 2%. Twee jaar geleden kwam R. Britten, van het California Institute of Technology toch nog op een verschil van 5% (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002, 13633-13635). Hij telde ook de indels mee. De standaardmethode is echter om alleen overeenkomstige stukken van de erfelijke code naast elkaar te leggen en dan naar de basenverschillen te kijken. Vorig jaar kwam moleculair bioloog Morris Goodman (PNAS, 13 mei 2003) plots tot een verschil van 0,6%, gemeten in genen, de DNA-gedeelten die voor eiwitten coderen. Goodman gebruikte zijn meetgegeven om een stokpaardje opnieuw te berijden: de chimpansee en bonobo horen bij de mens thuis, in het geslacht Homo en niet in Pan, het geslacht waarin chimpansee en bonobo nu zijn ondergebracht.

Het vergelijkingsonderzoek is niet alleen wetenschappelijk, maar krijgt onmiddellijk ook een politiek of ecologisch tintje. Op een chimp-mens-DNA-workshop in maart in San Diego spitste de discussie zich toe op de grote verschillen tussen mens en chimpansee. Voor biologe Caroline Tutin van de universiteit van Stirling in Schotland ging dat de verkeerde kant op: ``Vergeet niet hoe gelijk chimp en mens zijn, want dat is de basis voor hun bescherming.'' (Nature, 18 maart) Ze waarschuwde dat met het dreigende uitsterven van de wilde populaties mensapen niet alleen een belangrijke genetische bron verloren gaat, maar ook een naaste verwante. De sterkste pleidooien voor verwantschap komen nog steeds uit de hoek van de gedragsbiologen. De bioinformatici kunnen in feite alle kanten op: wie verschillen wil aantonen, vindt die makkelijk. Wie de overeenkomsten wil benadrukken, hoeft ook niet lang te zoeken. De informatiedichtheid van genen en eiwitten is zo massaal dat iedere manipulatie mogelijk is.

De vuistregel die beklijft is dat de erfelijke code van chimpansee en mens voor 98,5% aan elkaar gelijk zijn. De nu uitgevoerde eerste vergelijking van een (klein) mens- en chimpchromosoom geeft een verschil van 1,44% – afgezien van de indels. De eerste vergelijking van twee hele chromosomen bevestigt de bestaande cijfers, maar ook dat de verschillen veel groter zijn als de indels in de vergelijking worden meegenomen.

Op de twee onderzochte chromosomen vonden de onderzoekers 231 vergelijkbare genen. Daarvan coderen er 179 voor eiwitten die bij chimp en mens even lang zijn. En van 140 daarvan wijkt de genetische code zo af dat de eiwitten in hun samenstelling verschillen, maar – zo op het oog beschouwd – met behoud van functie.

De grote verschillen zitten in de andere (231-179=) 52 genen, waarvan er 47 structureel duidelijk andere eiwitten opleveren. Onontkoombare conclusie is dat verschillen van 1,44%, of 1,5% of zelfs 5% die de ronde doen als percentage DNA-verschil tussen chimpansee en mens, leiden tot eiwitten die in 20% van de gevallen van elkaar verschillen. Bovendien blijkt uit genexpressieprofielen van mens en chimp dat sommige van de genen op de vergeleken chromosomen 1,5- tot 10-maal vaker worden afgelezen, wat een enorme invloed kan hebben op lichaamsprocessen.

Die verschillen staan grotendeels los van de indels, de invoegingen of weglatingen. Die vertellen veel over de voortgang van de menselijke evolutie in de afgelopen 5 miljoen jaar, sinds chimpansee en mens uit elkaar groeiden. De in totaal 10 miljoen jaar evolutie die beide soorten sinds hun uiteengaan doormaakten ging gepaard met puntmutaties in 144 van iedere 10.000 basenparen. Maar temidden van de 33 miljoen basenparen die nu op chromosoom 21 (mens) en 22 (chimpansee) zijn vergeleken liggen 68.000 indels. Bijna allemaal zijn ze heel kort, korter dan 50 basenparen. Het kunnen kopieerfouten zijn, of fout gerepareerde chromosoombreuken en crossover-ongelukjes. Interessant is de 1% van de 68.000 indels die 300 basenparen of langer zijn. Dat zijn stukken DNA (transposable elements) die zichzelf kunnen vermenigvuldigen en hun kopieën vervolgens op andere plaatsen in het genoom kunnen plakken. De Chinese onderzoekers vonden dat één type van deze transposable elements (de AluY-repeats) overheerst. En dat die AluY-kopieermachine in het mensengenoom actiever is geweest dan bij de chimpansee. Ze maken de helft van alle gevonden indels in het menselijk genoom uit. De onderzoekers houden het er op dat indels in genen tot de belangrijkste mechanismen bij de soortvorming behoren. Genen kunnen op slag een andere functie krijgen als zo'n transposable element zich er in vestigt. Hoe vaak zo'n transposable element een onwerkzaam eiwit oplevert dat niet met het leven verenigbaar is, is slecht bekend. Want die mutaties gaan onmiddellijk verloren. Een transposable element kan ook een onbruikbaar eiwit oplerveren. Daarmee verdwijnt een gen uit het arsenaal. Een enkele toevalstreffer zal een verandering teweegbrengen die het ontstaan van verschillende soorten bevordert. Dat de ligging van alle transposable elements bij mens en chimp op vergelijkbare chromosomen nu bekend is, helpt het onderzoek naar soortvorming een flinke stap vooruit. Ook is nu een afweging mogelijk van de invloed van puntmutaties en indels. Het echte werk begint nu pas, zoals zo vaak na publicatie van een mijlpaal in het genoomonderzoek.