Az 1920-as években Theophilus Painter amerikai zoológus az austini Texasi Egyetem laboratóriumában dolgozott, és emberek, oposszumok és más állatok heréinek felszeletelésével próbálta felfedezni a nemi kromoszómák titkait. Még odáig is elment, hogy feltalált egy speciális, több borotvapengéből készült kést, amellyel még jobban lehetett vékony szeleteket vágni a hereszövetből, és megőrizni a fejlődő spermiumban lévő sejtek és kromoszómák részletes szerkezetét.
A felismerve, hogy senki sem bizonyította véglegesen, hogy hány kromoszómája van az embernek, nekilátott, hogy mikroszkóp alatt átvizsgálja az emberi herék szeleteit, és megpróbálta megszámolni a kromoszómákat a kromatin kusza tömegében.
1923-ban publikálta eredményeit. A spermium 24 kromoszómát tartalmazott, tehát ha ugyanennyi származik a petesejtből, akkor az embernek összesen 48 kromoszómával kell rendelkeznie, 24 párral. Az ügy lezárult.
A többi kutató értetlenül állt a dolog előtt. Néhányan úgy gondolták, hogy az embernek 19 pár kromoszómája van. Mások biztosak voltak benne, hogy 23 pár van. Painter azonban teljesen meg volt győződve arról, hogy neki van meg a helyes szám, és többet talált, mint mindenki más, így talán csak nem számoltak elég gondosan, vagy a sejtjeik valahogy elvesztettek néhány kromoszómát útközben…
Könyvek és tananyagok készültek Painter kromoszómáinak bemutatására, a bűvös 24-es számmal felcímkézve. És így is volt. Az embernek 48 kromoszómája van, 24 pár, és ennyi.
De valami nem tűnt helyesnek. Harminc évvel később a dél-svédországi Lund Egyetem kutatói úgy döntöttek, hogy utánajárnak.
A tudományos ügy gumiemberei Albert Levan és Joe-Hin Tjio voltak – egy 1919-ben Indonéziában született növénynemesítő és lelkes fotós, akit a második világháborúban a japánok fogságba ejtettek és megkínoztak. Tjio új életet keresve Európába jött, hogy folytassa érdeklődését a növénygenetika iránt, és így került össze Levannal, hogy megoldják a hiányzó emberi kromoszómák rejtélyét.
Az 1930-as években Levan új technikákat fejlesztett ki a mérgező vegyi anyagoknak kitett növények gyökerében lévő sérült kromoszómák tanulmányozására, de ekkor szokatlan hasonlóságot észlelt a rákos sejtekben gyakran előforduló sérült kromoszómákkal. Lundban létrehozott egy laboratóriumot, és arra összpontosított, hogy megértse, hogyan járulhatnak hozzá a hibás kromoszómák az emberi rákos megbetegedésekhez, és segítségül hívta Tjiót.
De ahhoz, hogy megértsük, mi történik, amikor a dolgok rosszul mennek, tudnunk kell, mi történik, amikor a dolgok jól mennek.
Addig a pontig senki sem kérdőjelezte meg, hogy Painter bűvös száma, a 48 emberi kromoszóma téves lehet, de Levan és Tjio úgy döntött, hogy kétszer is ellenőrzik, csak hogy biztosak legyenek abban, hogy a rákos sejtekkel végzett összehasonlításaik helyesek.
Az eltelt 30 év alatt történt néhány technikai előrelépés. Az egyik az volt, hogy a sejteket nagyon híg folyadékba tették, hogy megduzzadjanak, és a kromoszómáik szétterüljenek a könnyebb számolás érdekében. A másik Levan úttörő ötlete volt a kolhicin – egy krókuszokban előállított vegyszer – használata, amely megállítja a sejteket az osztódási folyamat során, éppen azon a ponton, ahol a kromoszómák szépen tömörülnek és párosodnak.
A másik tényező inkább gyakorlati, mint technikai jellegű volt. Addig az időpontig az egyetlen sejteket, amelyek megbízhatóan növekedtek a laboratóriumban, rákos mintákból gyűjtötték, így nem voltak alkalmasak az egészséges sejtek kromoszómáinak helyes számának megszámlálására. Az egészséges felnőtt szövetekből gyűjtött sejtek nem növekedtek vagy szaporodtak túl jól, így lehetetlenné tették a csak a sejtosztódás során jelenlévő kondenzált kromoszómák megfigyelését.
De Svédország azon kevés országok egyike volt, ahol az abortusz legális volt, így Levan és Tjio emberi embrionális sejtekhez jutott, amelyek könnyen növekedtek a laboratóriumban, így megbízható készletet teremtettek gyorsan osztódó, egészséges, normális kromoszómaszámú sejtekből.
A nagy kromoszómaszám megszámlálásához meg volt teremtve a terep.
Az első utalások arra, hogy a bűvös szám 46 lehet, nem pedig 48, valójában Levan és Tjio lundi kollégáitól, Evantól és Yngve Melandertől származnak. Ők az embrionális májsejtek gyorsan növekvő, üveglemezekre összenyomott sejtjeit vizsgálták, és meg voltak győződve arról, hogy Painter eredeti számítása téves. De valamilyen oknál fogva úgy döntöttek, hogy nem publikálják, ehelyett inkább elmondták Levannak a felfedezésüket, hogy a csapata tovább vizsgálódhasson.
1955 folyamán Levan és Tjio is olyan sokat utazott, hogy nehéz elképzelni, hogyan találtak időt bármilyen kísérletre, de Tjionak az volt a szokása, hogy éjszakákon át dolgozott, és a fotózási képességeit felhasználva kiváló minőségű fényképeket készített az embrionális tüdősejtekből származó kromoszómakészítményekről. És 1955. december 22-én hajnali 2 órakor Tjio elkészítette a döntő fontosságú képet, amelyen egyértelműen 46 kromoszómát mutatott.
Miután további mintegy 250 sejtet néztek meg, amelyek mindegyike ugyanazt a számot mutatta, az igazság kikerülhetetlenné vált. Levan és Tjio 1956 elején publikálták eredményeiket, miután a cikk szerzőségéért folytatott rövid huzavona után kijavították a több mint három évtizede fennálló tévedést.
Elképesztőnek tartom, hogy még akkor is, amikor Rosalind Franklin és végzős diákja, Ray Gosling 1952-ben elkészítette azt a fényképet, amely alapján 1952-ben megfejtették a DNS szerkezetét, senki sem tudta, hány kromoszóma van helyesen az emberi genomban.
Ez a tudományos csoportgondolkodás lenyűgöző példája. Annak ellenére, hogy más csoportok biztosak voltak abban, hogy 46 a helyes szám, Painternek sikerült meggyőznie mindenkit, hogy inkább neki higgyenek, mint a saját szemük bizonyítékának. Több más kutatónak, aki a 48-as állítást alátámasztó publikációkat tett közzé, vissza kellett vonulnia, és be kellett ismernie, hogy tévedett.”
Amint Peter Harper rámutat egy, a kromoszóma-számlálás sagájára visszatekintő áttekintésében: “Ez egy fontos általános kérdés a tudomány számára, mivel megmutatja, hogy az 1956-os tanulmányt megelőzően a nem megfelelő technológiából eredő bizonytalanság mellett hogyan kerülhet figyelemre méltó mértékű szubjektivitás a látszólag elfogulatlan elemzésbe, a későbbi tanulmányok akkor is megpróbálnak egyetérteni a korábban elfogadott következtetésekkel, amikor a tények ezt nem indokolják.”
Az emberi kromoszómák helyes számának közzététele – a kromoszómák előkészítésének javított módszereivel együtt, hogy minden egyes kromoszóma jól látható legyen, megalapozta az emberi citogenetika modern tudományát.
A mai nagy áteresztőképességű DNS-szekvenálás korában könnyű elfelejteni, de sokáig az olyan betegségek, mint a rák, amelyeket genetikai átrendeződések és mutációk okoznak, tanulmányozásának egyetlen módja az volt, hogy közvetlenül magukat a kromoszómákat vizsgálták.
A kutatók olyan technikákat fejlesztettek ki, amelyekkel a kromoszómák belső szerkezetét tanulmányozhatták, kiszúrva az átrendeződéseket és a betegségekhez vezető változásokat. Elsőként a G-banding – a Giemsa nevű speciális festék használata, amely előszeretettel tapad a DNS As-ban és Ts-ben különösen gazdag részeire. A kromoszómák csíkmintázatában bekövetkező változások gondos vizsgálatával a tudósok elkezdhették megismerni a rák és más betegségek hátterében álló kromoszómaelváltozásokat.
A következő lépés a fluoreszcens in situ hibridizáció, vagy FISH volt – ez egy olyan módszer, amellyel élénk színű szondákkal lehetett kiemelni bizonyos géneket. Ezután jött a spektrális kariotipizálás, amely minden egyes kromoszómát más színűre fest, hogy feltárja a rák genetikai káoszát.
A rákos sejtekben észlelt első konkrét kromoszómaváltozás egy furcsa, csonka szerkezet volt, amelyet először 1959-ben David Hungerford és Peter Nowell fedezett fel Philadelphiában. Ez az apró Philadelphia-kromoszóma, ahogyan ismertté vált, következetesen felbukkan a krónikus myeloid leukémiában, és akkor jön létre, amikor a 9-es és a 22-es kromoszóma részei felcserélődnek. Az ezen fúzió által véletlenül létrehozott, túlműködő rákkeltő gén megcélzására tett erőfeszítések vezettek a Glivec kifejlesztéséhez – vitathatatlanul a valaha feltalált egyik legsikeresebb rákgyógyszerhez.
1959-ben Jerome Lejeune és Marthe Gauthier felfedezték, hogy a Down-szindrómát a 21-es kromoszóma egy extra példányának, az úgynevezett triszómiának a hordozása okozza – ez volt az első alkalom, hogy egy olyan állapotot, mint a Down-kór, kromoszóma-rendellenességhez kötöttek. Ez is egy olyan nő története, akinek a tudományhoz való hozzájárulását figyelmen kívül hagyták, mivel Marthe azt állítja, hogy ő végezte a munka nagy részét, és ő volt az első, aki a felfedezést megtette, míg Jerome magáénak tudhatta az érdemeket. De ez egy másik nap története.
Végül Albert Levan szavaival hagyom önöket, aki azt mondta, hogy miután 50 évet töltött az életéből az emberi kromoszómák vizsgálatával, a barátainak tekintette őket.
Hivatkozások és további olvasnivalók:
-
Theophilus Painter: Első lépések az emberi genom megértése felé FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
-
Theophilus Painter életrajza, The Embryo Project Encyclopedia
-
Az emberi kromoszómaszám felfedezése Lundban, 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
-
Az ember kromoszómaszáma, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Első kiadás: 1956. május https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
-
A 21-es triszómia ötvenedik évfordulója: visszatérés egy felfedezéshez. Marthe Gautier és Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
-
Image licensed from Envato