Yhdysvaltalainen eläintieteilijä Theophilus Painter työskenteli 1920-luvulla laboratoriossaan Teksasin yliopistossa Austinissa yrittäen selvittää sukupuolikromosomien salaisuuksia pilkkomalla ihmisten, opossumien ja muiden eläinten kiveksiä. Hän meni jopa niin pitkälle, että keksi erikoisveitsen, joka oli tehty useista partaveitsen teristä, jotta hän pystyi viipaloimaan ohuita paloja kiveskudoksesta ja säilyttämään kehittyvän siemennesteen sisällä olevien solujen ja kromosomien yksityiskohtaiset rakenteet.
Todettuaan, että kukaan ei ollut lopullisesti todistanut, kuinka monta kromosomia ihmisellä on, hän ryhtyi etsimään ihmiskiveksistä otettuja viipaleita mikroskoopin alla yrittäen laskea kromosomit kromatiinimassan kietoutuneessa massaa sisältävässä kromosomitavaruudessa.
Vuonna 1923 hän julkisti tutkimuksensa tulokset. Siemenneste sisälsi 24 kromosomia, joten jos munasoluista tulisi yhtä monta kromosomia, ihmisellä täytyisi olla yhteensä 48 kromosomia, 24 paria. Case closed.
Muut tutkijat olivat ymmällään. Jotkut luulivat, että ihmisellä oli 19 kromosomiparia. Toiset olivat varmoja, että niitä oli 23 paria. Mutta Painter oli täysin vakuuttunut siitä, että hänellä oli oikea määrä ja hän oli löytänyt enemmän kuin kaikki muut, joten ehkä he eivät vain laskeneet tarpeeksi huolellisesti tai heidän solunsa olivat jotenkin menettäneet pari kromosomia matkan varrella…
Kirjoja ja opetusmateriaaleja tuotettiin esittelemään Painterin kromosomeja, joihin oli merkitty maaginen luku 24. Ja niinhän se oli. Ihmisellä on 48 kromosomia, 24 paria, ja se siitä.
Mutta jokin ei tuntunut oikealta. Kolmekymmentä vuotta myöhemmin Lundin yliopiston tutkijat Etelä-Ruotsissa päättivät tutkia asiaa.
Tämän tieteellisen tapauksen kummit olivat Albert Levan ja Joe-Hin Tjio – Indonesiassa vuonna 1919 syntynyt kasvinjalostaja ja innokas valokuvaaja, joka joutui japanilaisten vangiksi ja kidutettavaksi toisessa maailmansodassa. Uutta elämää etsiessään Tjio tuli Eurooppaan jatkaakseen kiinnostustaan kasvigeenitiedettä kohtaan, ja näin hän päätyi Levanin tiimiin ratkaisemaan kadonneiden ihmiskromosomien mysteeriä.
Levan oli 1930-luvulla kehittänyt uusia tekniikoita, joilla voitiin tutkia myrkyllisille kemikaaleille altistuneiden kasvien juurissa olevia vaurioituneita kromosomeja, mutta sitten hän huomasi epätavallisen samankaltaisuuden vaurioituneisiin kromosomeihin, joita näkyi usein syöpäsoluissa. Hän perusti laboratorion Lundiin ja keskittyi ymmärtämään, miten vialliset kromosomit voivat vaikuttaa ihmisen syöpään, ja otti Tjion avukseen.
Mutta ymmärtääkseen, mitä tapahtuu, kun asiat menevät pieleen, on tiedettävä, mitä tapahtuu, kun asiat menevät oikein.
Siihen asti kukaan ei ollut kyseenalaistanut sitä, että Painterin maaginen luku 48 ihmisen kromosomia saattaisi olla väärä, mutta Levan ja Tjio päättivät tuplatarkistaa asian varmistaakseen varmuuden siitä, että heidän vertailunsa syöpäsoluihin pitivät paikkansa.
Teknisiä edistysaskeleita oli saavutettu välissä olleiden kolmenkymmenen vuoden aikana muutamia. Yksi oli laittaa soluja hyvin laimeaan nesteeseen, jotta ne turpoaisivat, jolloin niiden kromosomit levittäytyisivät laskennan helpottamiseksi. Toinen oli Levanin uraauurtava ajatus käyttää kolkisiinia – kemikaalia, jota valmistetaan krookuksista – joka pysäyttää solut jakautumisprosessin aikana juuri siinä vaiheessa, kun niiden kromosomit ovat siististi tiivistyneet ja asettuneet pareiksi.
Toinen tekijä oli pikemminkin käytännöllinen kuin tekninen. Siihen asti ainoat solut, jotka kasvoivat luotettavasti laboratoriossa, oli kerätty syöpänäytteistä, joten niistä ei voinut laskea terveiden solujen kromosomien oikeaa määrää. Terveestä aikuiskudoksesta kerätyt solut eivät kasvaneet tai lisääntyneet kovin hyvin, joten oli mahdotonta nähdä tiivistyneitä kromosomeja, joita on vain solun jakautumisen aikana.
Mutta Ruotsi oli yksi niistä harvoista maista, joissa abortti oli laillista, joten Levan ja Tjio saivat käsiinsä ihmisen alkion soluja, jotka kasvoivat helposti laboratoriossa, ja näin luotiin luotettava tarjonta nopeasti jakautuvia terveitä soluja, joissa oli normaali kromosomien määrä.
Näyttämö oli luotu suurelle kromosomiluvulle.
Ensimmäiset vihjeet siitä, että maaginen luku voisi olla 46 eikä 48, tulivat itse asiassa Levanin ja Tjion kollegoilta Lundissa, Evan ja Yngve Melanderilta. He olivat tarkastelleet alkion maksasolujen nopeasti kasvavia soluja, jotka oli puristettu lasilevyille, ja olivat vakuuttuneita siitä, että Painterin alkuperäinen luku oli väärä. Mutta jostain syystä he päättivät olla julkaisematta, sen sijaan he kertoivat Levanille löydöstään, jotta hänen ryhmänsä voisi tutkia asiaa tarkemmin.
Vuoden 1955 aikana sekä Levan että Tjio matkustivat niin paljon, että on vaikea käsittää, miten he löysivät aikaa tehdä yhtään koetta, mutta Tjioilla oli tapana työskennellä läpi yön, ja hän käytti valokuvaustaitojaan ottaakseen korkealaatuisia valokuvia kromosomipreparaatteista alkion keuhkosoluista. Ja kahdelta yöllä 22. joulukuuta 1955 Tjio nappasi ratkaisevan kuvan, jossa näkyi selvästi 46 kromosomia.
Katsottuaan vielä noin 250 solua, joissa kaikissa oli sama määrä, totuus tuli väistämättömäksi. Levan ja Tjio julkaisivat havaintonsa alkuvuodesta 1956 lyhyen kirjoittajakiistan jälkeen ja korjasivat yli kolme vuosikymmentä jatkuneen virheen.
Minusta on hämmästyttävää ajatella, että vielä silloin, kun Rosalind Franklin ja hänen jatko-opiskelijansa Ray Gosling nappasivat valokuvaa, jota käytettiin DNA:n rakenteen selvittämiseen vuonna 1952, kukaan ei tiennyt kromosomien oikeaa lukumäärää ihmisen perimässä.
Se on vaikuttava esimerkki tieteellisestä ryhmäajattelusta. Vaikka muut ryhmät olivat olleet varmoja siitä, että 46 oli oikea määrä, Painter oli onnistunut saamaan kaikki muut uskomaan häntä eikä omien silmiensä todisteita. Useat muut tutkijat, jotka olivat julkaisseet artikkeleita, jotka tukivat väitettä 48, joutuivat perääntymään ja myöntämään olleensa väärässä.
Kuten Peter Harper huomauttaa kromosomilaskennan saagaa tarkastelevassa katsauksessaan: ”Tämä on tieteen kannalta tärkeä yleiskysymys, sillä se osoittaa, miten ennen vuoden 1956 tutkimusta vallinneen puutteellisesta teknologiasta johtuvan epävarmuuden vuoksi näennäisesti puolueettomaan analyysiin voi tulla huomattavan suuri määrä subjektiivisuutta, ja myöhemmät tutkimukset pyrkivät olemaan samaa mieltä aiemmin hyväksytyistä johtopäätöksistä silloinkin, kun tosiseikat eivät oikeuttaneet siihen”.”
Ihmisen kromosomien oikean lukumäärän julkaiseminen – yhdessä parempien menetelmien kanssa, joilla kromosomit voitiin valmistaa niin, että jokainen niistä oli selvästi nähtävissä – loi pohjan ihmisen sytogenetiikan nykyaikaiselle tieteelle.
Nykyisenä DNA:n korkean läpimenon sekvensoinnin aikakautena on helppo unohtaa, mutta pitkään ainoa tapa tutkia geneettisten uudelleenjärjestelyjen ja mutaatioiden aiheuttamia sairauksia, kuten syöpää, oli tarkastella suoraan itse kromosomeja.
Tutkijat kehittivät tekniikoita, joilla voitiin tutkia kromosomien sisäistä rakennetta ja havaita kromosomien uudelleenjärjestelyjä ja muutoksia, jotka johtivat sairauksiin. Ensin tehtiin G-banding – käyttäen erityistä Giemsa-nimistä väriainetta, joka tarttuu mieluiten DNA:n sellaisiin osiin, joissa on erityisen paljon As- ja Ts-kirjaimia. Tarkastelemalla huolellisesti muutoksia kromosomien juovakuvioissa tutkijat alkoivat päästä käsiksi syövän ja muiden sairauksien taustalla oleviin kromosomimuutoksiin.
Seuraavaksi tuli fluoresenssi-in-situ-hybridisaatio eli FISH – tapa korostaa tiettyjä geenejä kirkkaanvärisillä koettimilla. Sen jälkeen tuli spektraalinen karyotyypitys, jossa jokainen yksittäinen kromosomi maalataan eri värillä syövän geneettisen kaaoksen paljastamiseksi.
Ensimmäinen syöpäsoluissa havaittu spesifinen kromosomimuutos oli outo tynkämainen rakenne, jonka havaitsivat ensimmäisen kerran David Hungerford ja Peter Nowell Philadelphiassa vuonna 1959. Tämä pieni Philadelphia-kromosomi, kuten se alettiin kutsua, ilmaantuu jatkuvasti kroonisessa myelooisessa leukemiassa, ja se syntyy, kun kromosomien 9 ja 22 osat vaihtuvat. Ponnistelut tämän fuusion vahingossa tuottaman yliaktiivisen syöpää aiheuttavan geenin torjumiseksi johtivat Glivecin kehittämiseen, joka on kiistatta yksi menestyksekkäimmistä syöpälääkkeistä, joita on koskaan keksitty.
Jerome Lejeune ja Marthe Gauthier paljastivat vuonna 1959 löytönsä, jonka mukaan Downin oireyhtymä aiheutuu ylimääräisestä kopiosta kromosomista 21, niin sanotusta trisomiasta – tämä oli ensimmäinen kerta, kun Downin oireyhtymän kaltainen sairaus yhdistettiin kromosomipoikkeavuuksiin. Tämä on myös toinen tarina naisesta, jonka panos tieteeseen on jäänyt huomiotta, sillä Marthe väittää tehneensä suurimman osan työstä ja tehneensä löydön ensimmäisenä, kun taas Jerome otti kunnian itselleen. Mutta se on tarina toiselle päivälle.
Lopuksi jätän teidät Albert Levanin sanoihin, joka sanoi, että vietettyään 50 vuotta elämästään ihmisen kromosomeja tutkiessaan hän piti niitä ystävinään.
Viitteet ja lisälukemista:
-
Theophilus Painter: First Steps Toward an Understanding of the Human Genome FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
-
Theophilus Painterin elämäkerta, The Embryo Project Encyclopedia
-
Ihmisen kromosomiluvun löytäminen Lundissa 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
-
IHMISEN KROOMOSOMINUMERO, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Ensimmäinen julkaisu: Toukokuu 1956 https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
-
Trisomia 21:n viisikymmenvuotisjuhla: paluu löytöön. Marthe Gautier ja Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
-
Kuva lisensoitu Envatosta
.