Erkennings: https://pixabay.com/photos/dna-3d-biology-genetic-research-5297378/ en https://pixabay.com/photos/events-birthday-cake-food-2607706/
............
Die mensdom vier die verjaardag van die geheim van lewe.
Dit is 70 jaar nadat die struktuur van lewe op aarde – DNS – ontrafel is en twee dekades ná die volledige menslike genoom gepubliseer is; trouens, byna al 3,2 miljard basispare daarvan.
Dié reis na die chemiese kosmos van organismes op aarde staan vandag op die kruin van nog ontdekkings.
...............
Die mensdom vier die verjaardag van die geheim van lewe.
Dit is 70 jaar nadat die struktuur van lewe op aarde – DNS – ontrafel is en twee dekades ná die volledige menslike genoom gepubliseer is; trouens, byna al 3,2 miljard basispare daarvan.
Dié reis na die chemiese kosmos van organismes op aarde staan vandag op die kruin van nog ontdekkings.
In 1952 het niemand geweet hoe lyk DNS – die boublokke van alle lewe op aarde – nie. Die patroon waarvolgens nukleotiede hulle volgens ’n kode rangskik om van ’n mens tot ’n muskiet tot ’n mammoet volgens genetiese instruksie te vorm.
Rosalind Franklin, ’n kundige in x-straal-kristallografie – die enigste manier om destyds sulke klein strukture te sigbaar te maak – was reeds aan die werk, nadat sy in 1945 ’n doktorsgraad in chemie aan Cambridge behaal het.
Toe sy 30 jaar oud was, is sy vir drie jaar aangestel as genoot by King’s College in Londen, waar sy aan DNS begin werk het.
Franklin het agt maande lank aan King’s saam met haar assistent, Raymond Gosling, gewerk om ’n klein x-straal-kamera op te stel. Sy het ’n klein DNS-vesel, so dik soos ’n haar, uiteindelik onttrek en dit vir ’n 100 uur lank met x-strale gepeper.
Die diffraksie het ’n patroon op die x-straal-plaat gemaak en Franklin het deur wiskundige berekenings die patroon ontleed om die struktuur van DNS te bepaal. Dit was “Foto nr 51” – wat nou beskryf word as een van die belangrikste foto’s in die mens se geskiedenis wat sy geneem het – wat gelei het tot die ontrafeling van die geheim: die struktuur (dubbelheliks en kode) van DNS.
Die foto is in Mei 1952 geneem en sy het in haar notas geskryf: "The results suggest a helical structure (which must be very closely packed) containing 2, 3 or 4 co‐axial nucleic acid chains per helical unit, and having the phosphate groups near the outside."
Sonder haar medewete het Gosling haar foto aan Maurice Wilkens, ook by King’s, gewys. Hy het na haar as “cold” en “moody” verwys. Wilken het nie van Franklin gehou nie; hy het oor haar geskryf: “There was never lipstick to contrast with her straight black hair, while at the age of thirty-one her dresses showed all the imagination of English blue-stocking adolescents.”
Die “blue-stocking”-verwysing is afbrekende kommentaar na ’n intellektuele, geleerde vrou.
Wilkens het nie op hom laat wag nie, maar die foto aan hulle teenstanders, James Watson en Francis Crick aan Cambridge, gewys. Dit was al wat hulle nog nodig gehad het om ’n model van DNS te bou en hulle werk in April 1953 in die gesaghebbende Nature te publiseer, maar Franklin is nie gevra om tot die artikels by te dra nie. Hulle het haar foto gebruik.
Intussen het haar genootskap by King’s verstryk en moes sy ’n pos by Birkbeck College aanvaar, waar sy gesukkel het om navorsingsgeld te kry en ’n behoorlike salaris te verdien. Sy het nog goeie werk oor virusse gedoen, onder meer die ontleding van die tabakvirus, en verdere werk op die polivirus en RNS.
In 1956 is sy met kanker van die eierstokke gediagnoseer en is 18 maande later oorlede. Op haar grafsteen in Londen in Willesden se Joodse begraafplaas staan die woord “Scientist” gevolg deur: “Her research and discoveries on viruses remain of lasting benefit to mankind.”
Vier jaar ná haar dood het Watson, Crick en Wilkins die Nobelprys vir chemie aanvaar vir die ontdekking en beskrywing van die struktuur van DNS
Hedendaagse historici meen sy het veel meer bygedra as waarvoor sy erkenning gekry het en dat die model as die Watson-Crick-Franklin-model behoort bekend te staan.
Van een genoom na ’n ontploffing
.............
In 1990 het Amerikaanse navorsers begin met die Human Genome Project om die eerste menslike genoom te karteer. Dit is in April 2003 voltooi, 50 jaar ná die struktuur en kode van die DNS ontrafel is.
.............
In 1990 het Amerikaanse navorsers begin met die Human Genome Project om die eerste menslike genoom te karteer. Dit is in April 2003 voltooi, 50 jaar ná die struktuur en kode van die DNS ontrafel is.
Dit het die wêreld van genomika binne 20 jaar behoorlik laat ontplof, en die kennis wat in net twee dekades ingevorder is, is meer as al die jare voor dit saam. (Teen 2003 was daar eintlik net 92% voltooi, maar die laaste 8% is ook intussen voltooi om die volle spektrum van menslike variasie weer te gee.)
Dit bevat ook epigenetiese patrone, en nog miljoene ekstra geenreekse. In die toekoms wanneer iemand hulle genoom karteer, sal al die variante in hulle DNS geïdentifiseer kan word. Die uiteindelike doel is geneeskunde, maar ook meer kennis oor die mens en alle ander organismes op aarde.
Die ontdekkings in genetika en genomika het die wêreld verander, en doen dit steeds. Dit het intussen bekend geword dat moderne mense met die Neanderdalmense en die Denisovans geteel het – hominiede wat nie tot ons spesie behoort het nie. Van dié gene het tot vandag in sekere bevolkingsgroepe bewaar gebly, soveel as 6%. Dit vertel die storie oor hoe ons voorsate regoor die planeet migreer en geleef het. Dit is die kompas na ons verlede.
Genetika het ons begrip oor ons evolusionêre herkoms aansienlik verander deur die hele tyd nuwe inligting by te voeg. Dit is die taal van evolusie wat ons storie na honderde miljoene jare gelede terug vertel.
Die koms van vinnige genetiese toetse help om misdade op te los, om gesteelde renosterhorings met misdadigers te verbind; dit help om nuwe spesies te identifiseer, om verskeie mediese diagnostiese toetse soos COVID-19 te ontwerp, om herkoms te bepaal. Dit bevestig kankers, help om die beste behandeling te kies.
Die voordele is legio.
Jare gelede was die inligting min – basies was net die enkele gene wat siekte veroorsaak, bekend. Maar nou is dit bekend dat gene soos in ’n simfonie saamwerk, asook genetiese seinbane en selfs RNS. Hoewel dit die oorsaak van siekte, of die afwesigheid daarvan, by sommige mense meer kompleks maak, is die insigte van soveel meer waarde.
Intussen is derduisende spesies se genome karteer: diere, plante, virusse en selfs uitgestorwe spesies waarvan die genetiese materiaal van museums of uit fossiele verkry is.
In 2012 het twee vroue ’n tegniek ontwikkel om die genoom van ’n organisme suksesvol te redigeer: Jennifer Doudna van die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, en Emmanuelle Charpentier van die Max Planck-instituut vir Infeksiebiologie.
Die tegniek staan bekend as CRISPR-Cas9. Dit werk soos ’n molekulêre skêr met ’n gids, wat ontleen is aan ’n natuurlike meganisme. Dit bestaan uit twee belangrike molekules wat ’n verandering (mutasie) aan die DNS aanbring.
Die eerste is ’n ensiem (proteïen) genaamd Cas9. Dit is die molekulêre skêr wat die DNS op ’n spesifieke plek op die genoom kan knip sodat dele van die DNS byvoeg of verwyder kan word.
Die tweede is ’n stukkie RNS. Die hoofrol van RNS is om as boodskapper op te tree en die instruksies aan die DNS oor te dra. Dié betrokke RNS is ’n voorafontwerpte geenreeks van sowat 20 basispare, op ’n stellasie gebou. Dit tree as die gids-RNS op.
Hierdie stellasie bind aan die DNS, en die geenreeks lei die Cas9 soos ’n gids na die regte deel van die genoom waar dit moet gaan werk. Dit verseker dat die Cas9 – die genetiese skêr – op die regte plek sny. Die sel herken beskadigde DNS en probeer dit herstel. Dit is hier waar die wetenskaplikes die herstelmeganisme gebruik om veranderinge aan een of meer gene in die genoom te maak, soos om ’n geen wat siekte veroorsaak, weg te sny, of een met ’n mutasie daar in te las.
Intussen is dié tegniek so verfyn dat dit die potensiaal het om 89% van die bekende genetiese variasies wat siekte veroorsaak te korrigeer.
Hoe werk dit?
’n Mens, of enige lewende organisme, se totale genetiese samestelling is ’n genoom. Dit is basies ’n bloudruk of resep van hoe jy saamgestel is – die genetiese instruksies wat in elke sel in die liggaam voorkom. Die genetiese instruksies kom voor in DNS wat uit vier chemiese basisse bestaan: adenien (A), guanien (G), sitosien (C) en timien (T). A en T vorm ’n paar en G en C vorm ’n paar.
Elke basispaar het ook ’n nukleotied: ’n suikermolekule en fosfaat. Die nukleotied vorm twee lang stringe genaamd ’n dubbele heliks, die struktuur van DNS. DNS maak kopieë van die hele reeks oor en oor. Dit is nodig wanneer selle verdeel dat elke nuwe sel ’n presiese kopie van die DNS in die ou sel is.
.............
Die mens se DNS bestaan uit 3,2 miljard basispare en in die meeste mense is die meerderheid van dié pare dieselfde. Ons is meer dieselfde as verskillend.
...............
Die mens se DNS bestaan uit 3,2 miljard basispare en in die meeste mense is die meerderheid van dié pare dieselfde. Ons is meer dieselfde as verskillend. Die reeks waarin die pare gerangskik is, bepaal die inligting om ’n organisme te bou en in stand te hou. Net soos wat letters in die alfabet woorde en sinne vorm.
Daarom sou dit verkeerd wees om te dink jy is soveel anders as ander mense, of uniek. Ons is in wese almal familie van mekaar.
In flieks sien ons gewoonlik hoe een of ander monster ontstaan wanneer daar ’n mutasie is; dit is nie waar nie. Mutasies is veranderings in die DNS en dit kom natuurlik voor. Die meeste is onskadelik; ander, soos in die geval van kanker, is skadelik. Mutasies is ook verantwoordelik vir al die genetiese variasie wat ons sien en dit kan oorerflik wees, hetsy dit ’n negatiewe of positiewe invloed het. Almal van ons het mutasies in ons genoom omdat dié so vreeslik groot is.
.............
’n Mutasie is byna soos ’n spelfout wat gebeur wanneer selle verdeel. Maar, mutasies word ook gebruik om genetiese herkoms na te spoor. Mense wat dieselfde voorsate het, het dieselfde mutasies. Vele mutasies is voordelig.
...............
’n Mutasie is byna soos ’n spelfout wat gebeur wanneer selle verdeel. Maar, mutasies word ook gebruik om genetiese herkoms na te spoor. Mense wat dieselfde voorsate het, het dieselfde mutasies. Vele mutasies is voordelig.
Skep van lewe?
In 2003 was dit die twee Amerikaners Craig Venter, ’n bioloog en genetikus, en Francis Collins, destyds hoof van die Nasionale Institute (stet) van Gesondheid se Genetika-eenheid, wat dié deurbraak gemaak het. Collins was in 2009 in Suid-Afrika en het ná ’n lesing aan die Universiteit van Kaapstad in ’n onderhoud vir my gesê: “Ek moet jou sê, ek het destyds geglo die menslikegenoomprojek is gedoem”, sonder om ’n spier in sy gesig te verroer. Hy het nooit gedink hulle sou die geld invorder, of daarin slaag om deur data te sif nie. Dit was hy wat in 1989 die geen ontdek het wat sistiese fibrose veroorsaak en later ook verskeie ander. ’n Navorser in murg en been.
Venter, ’n enigmatiese man wat met sy eie seiljag, Sorcerer II, om die wêreld gevaar en mikrobes versamel het, was onder groot geheimhouding in 2005 in Kaapstad. Drie maande voor die tyd het iemand my vertel hy sou vir ’n week hier wees. Ek het drie maande lank met sy mediakantoor onderhandel vir ’n onderhoud en is toegelaat om 15 vrae te vra.
Op dié stadium was hy dié wêreldbekende wetenskaplike en groter as lewensgroot. Hy het uitgestrek op Sorcerer II gesit – lank en groot gebou. Met ’n koppie tee in die hand. Hy het gesê dit is moontlik om sintetiese DNS en dus basiese lewe te skep.
En hy het, in 2008, en toe weer ’n verfynde weergawe in 2016. Hy het dele van Mycoplasma-bakterieë gekombineer met ’n chemies gesintetiseerde genoom wat kan groei en in selle verdeel. Die genoom van elke sel bevat minder as 500 gene, genoeg vir lewe.
Is dit ’n universele minimale sel? Een wat van “onder af opgebou is” sodat ons werklik die wese van lewe, die eenvoudige lewende organisme, kan verstaan. Wie weet? Net die tyd sal leer.
Lees ook:
Kommentaar
Ek was onder die indruk dat 'n Suid-Afrikaanse meisie, wat in Denemarke gewerk het, die volledige genoom van die mens ontrafel het. Dalk is haar werk ook gegaps.
'n Meisie? Daar is Karen Miga, 'n vrou, wat nou mede-outeur van die jongste werk was, gepubliseer nadat die artikel verskyn het, maar sy is 'n Amerikaner.