Sunday, February 19, 2012

Twee elkaar uitsluitende perspectieven op DNA

Posted by Unknown at 11:42 PM Labels:
Ik kreeg een tip van René Fransen dat ik uitgebreid geciteerd werd [3] in het boek Synthetische Biologie van Arno Schrauwers en Bert Poolman. 
Bij het doorbladeren ontdekte ik tot mijn verrassing dat dit boek heel aardig aansluit op mijn blogs over DNA van de afgelopen twee maanden. Ik zoom nu alleen in op hun perspectief op DNA. Die wordt op kernachtige manier uitgedrukt in de titel van het vierde hoofdstuk:
'Zijn we gehouden aan DNA-achtige systemen?'
En verder:
'Er zijn andere systemen voor de opslag van informatie denkbaar'. (p.53)
'Waarom zouden we ons beperken tot vier/vijf nucleotiden?' (p. 43)
Of te wel: DNA: dat moet beter kunnen! of: dat moet anders kunnen! Dit is precies de insteek die ik ook in mijn vorige blogs aan het verkennen was. Zo vinden we in Synthetische biologie alternatieven voor DNA zoals HNA (hexitolnucleïnezuur) (p. 38), 'vreemde basen' en PNA (peptidenucleïnezuren) (p. 136–138). Dit is eigenlijk niet zo verwonderlijk als je bedenkt dat dit boek over synthetische biologie gaat en dat vak wordt bedreven door -zeg maar- een kruising tussen biologen en ingenieurs. Ingenieurs zijn niet tevreden met wat we hebben, maar willen dingen verbeteren.
Het grappige is dat de schrijvers ook terecht komen op het boeiende gebied van astrobiologie, waar op dezelfde manier over DNA gedacht wordt. Astrobiologen stellen zich de vraag: kan het leven (op andere planeten) ook op iets anders dan DNA gebaseerd zijn? Dus de onderzoekers op de gebieden van de synthetische biologie, Origin of Life en astrobiologie hebben een gemeenschappelijke belangstelling voor alternatieven voor DNA.


Het contrast met alle boeken over de ontdekking van DNA kan niet groter zijn.
Als voorbeeld het boek dat ik nu aan het lezen ben: The Eighth Day of Creation van Horace Freeland Judson. Het is een klassieker, een geschiedenis van de moleculaire biologie geschreven door iemand die er niet zelf bij betrokken was, maar wel de belangrijkste betrokkenen uitgebreid heeft geinterviewed (het boek wordt zelfs door Crick aanbevolen, dus het kan niet slecht zijn!). De andere boeken in dezxe categorie die ik al in vorige blogs genoemd hebt zijn van de hoofdrolspelers: Francis Crick, James Watson en Maurice Wilkins (zie mijn blog van 3 feb). In al deze boeken wordt de structuur van DNA als de enig juiste oplossing gepresenteerd, op basis van de bekende bouwstenen van DNA, de wetten van chemische binding, en de informatie uit X-ray diffractie opnames. Al die puzzelstukjes passen maar op één manier in elkaar. Het feit dat er een korte tijd vóór 1953 ook foute oplossingen waren (Linus Pauling's backbone in het midden, 1,3 of 4 strand-helix, same-base pairing) onderstreept alleen maar het feit dat er maar één goede oplossing was. De kunst was om als eerste die enig juiste oplossing te vinden. En dat idee wordt alleen maar verstrekt door die oplossing ook nog eens de Secret of Life te noemen. Het suggereert een universele oplossing die van toepassing is op al het leven.
De evolutie handboeken volgen bijna altijd het patroon van 'het enig juiste DNA' zoals verteld door de ontdekkers (zie blog van 12 januari).

Puzzelstukjes
aanbevolen interactieve website
over de ontdekking van dna
Natuurlijk klopt die oplossing, de enige juiste structuur van DNA. Dat wil ik ook niet bestrijden. Maar de metafoor van de puzzelstukjes en de legpuzzel, en de race om de puzzel als eerste te klaar te hebben, suggereert dat als de puzzel eenmaal compleet is, er verder niets meer te ontdekken valt. En dat er geen alternatieven zijn. De iconische dubbele helix is zo'n onaantastbare waarheid geworden, dat hij het zicht ontneemt op alternatieven. Het is zo erg dat je bijna nergens voor- en nadelen van dubbele helix opgesomt ziet [1]. Daarom is het boek van Arno Schrauwers en Bert Poolman zo verfrissend (hoofdstuk: Zijn we gehouden aan DNA-achtige systemen?). Je kunt alleen maar uit het perspectief van de puzzel stappen als je de puzzelstukjes zelf ter discussie stelt. En dat is een grote denkstap.

Twee elkaar uitsluitende perspectieven

Mijn punt is nu dat die twee perspectieven op DNA, het 'de oplossing van de puzzel die DNA heet' en het 'DNA-dat-moet-beter/anders-kunnen' elkaar behoorlijk in de weg zitten. Het zijn twee elkaar uitsluitende perspectieven, die maar moeilijk in één hoofd te verenigen zijn. Psychologisch past het niet.
Het ene perspectief is een oplossing van een oud probleem: wat is de diepste basis van erfelijkheid. Een spannend historisch verhaal, maar helaas afgesloten (?). Het andere perspectief is de nog steeds onbeantwoorde vraag Zijn er gelijkwaardige of superieure alternatieven voor DNA? Dit perspectief stimuleert onderzoek, creativiteit, fantasie. Ben je eenmaal gefascineerd door de vraag Zijn we gehouden aan DNA-achtige systemen? zoals in het boek Synthetische biologie, dan is het totaal niet belangrijk hoe de puzzelstukjes dwingen tot de enig juiste DNA structuur.

De Britten Watson en Crick

Daarom zal het wel geen toeval zijn dat het boek Synthetische biologie in niet meer dan 4 zinnen uitlegt hoe de ontdekking van Watson en Crick in zijn werk ging:
"De chemische structuur en ruimtelijke ordening (dubbele helix) van DNA werden in 1953 ontdekt door de Britten James Watson en Francis Crick. Ze kwamen daar achter door bestudering van röntgen-kristallografische opnamen van DNA die Rosalind Franklin had gemaakt. Beide heren kregen in 1962 de Nobelprijs voor die ontdekking. Franklin was in 1958 overleden aan kanker en viel daardoor buiten de prijzen – Nobelprijzen gaan alleen naar levende onderzoekers."  (p.65)
Dit is wat kort door de bocht. Alsof de complete structuur van de helix uit de foto af te leiden was. Als dat zo was, had Franklin zelf de structuur van DNA kunnen bedenken en publiceren. Nee, uit die foto's kon afgeleid worden dat DNA een helix structuur moest hebben en de dimensies van de helix. Maar niet af te leiden was het feit of de bases aan de binnenkant van de helix zaten, en hoe. Ook niet zondermeer dat er twee strengen waren. Ook niet dat de beide strengen in tegenovergestelde richting lopen. Ook niet welke tautomere vormen de bases A,T,C,G hebben. Ook niet dat er nooit dezelfde bases tegenover elkaar zaten, maar altijd AT en CG. De beschrijving geeft de indruk dat Watson en Crick ordinaire dieven waren die een Nobelprijs kregen grond van gestolen gegevens [1].

Belangrijker: Schrauwers en Poolman missen hier een kans om uit te leggen waarom DNA in elkaar zit zoals het in elkaar zit. En de -eventuele- speelruimte die er is om het anders te doen. En de voor- en nadelen van DNA. Dit zou perfect aansluiten bij het zoeken naar alternatieven voor DNA. Misschien is het wel noodzakelijke basiskennis om een zinnig onderzoek naar alternatieven te kunnen doen. Goed, dit alles doet niets af van de grote waarde van het boek Synthetische biologie. De korte beschrijving toont alleen maar aan dat het perspectief van de Synthetische biologie en het Watson-Crick perspectief elkaar behoorlijk in de weg zitten. En dat was mijn punt.

Eigenlijk zouden die twee elkaar uitsluitende perspectieven elkaar heel goed kunnen aanvullen. Voor het  zoeken naar alternatief DNA zou het handig kunnen zijn om heel precies te weten waarom DNA in elkaar zit zoals het in elkaar zit. Iets met de functie van DNA in het organisme, iets met evolutie, iets met chemie. Er wordt té makkelijk en optimistisch gedacht over de mogelijkheden voor alternatieve genetische systemen. Laten de synthetische biologen eerst eens proberen een compleet genoom in alternatief DNA te synthetiseren en dat in een cel aan de praat krijgen.

Misschien moeten evolutiebiologen en synthetische biologen eens samen aan tafel zitten en om te beginnen een lijstje met alle voor- en nadelen van het huidige DNA maken. Ik weet niet of zo'n lijstje bestaat. Het is ook een ongebruikelijke vraagstelling. Een aanzet staat in voetnoot [2]. Misschien iets voor een volgende blog...


Noten
  1. De zaak ligt veel complexer. Vlak voor de ontdekking van Watson en Crick verhuisde Franklin naar een ander lab en stopte met DNA werk. Maar Wilkins was de derde man die de Nobelprijs kreeg. Als Watson en Crick samengewerkt hadden met Wilkins en Franklin, en als de Nature publicatie door hun vieren was geschreven, en Franklin had nog geleefd in 1962, dan dan was er ook een probleem ontstaan: wie was de derde persoon? Misschien had Franklin er meer recht op dan Wilkins...
  2. Voor- en nadelen van DNA:
    • Voordelen: redelijke stabiele structuur, vrijwel onbeperkte lengte, toch te openen voor kopieren van informatie, base paring maakt copieren mogelijk, iedere base volgorde kan opgeslagen worden, dus maximale vrijheid om genetische informatie op te slaan.
    • Nadelen: door de helix structuur, en supercoiling, ontstaat een probleem van 'ontwinden' van de helix om informatie te kopieren; omdat de helften van de dubbele helix in tegenovergestelde richting lopen verloopt de replicatie van de ene helft (lagging strand) discontinue en veel gecompliceerder dan de andere helft (leading strand). 
  3. Dat gaat over de definitie van het leven van Tibor Ganti (zie: mijn review).


    Vorige blogs over DNA:


    0 comments:

    Post a Comment