In de jaren twintig probeerde de Amerikaanse zoöloog Theophilus Painter in zijn laboratorium aan de Universiteit van Texas in Austin de geheimen van de geslachtschromosomen te ontrafelen door testikels van mensen, opossums en andere dieren in plakjes te snijden. Hij ging zelfs zover dat hij een speciaal mes uitvond dat uit meerdere scheermesjes bestond, zodat hij dunne plakjes van het testikelweefsel kon snijden en de gedetailleerde structuren van de cellen en chromosomen in het zich ontwikkelende sperma kon behouden.
Omdat hij zich realiseerde dat niemand definitief had bewezen hoeveel chromosomen mensen hebben, begon hij plakjes van menselijke testikels onder de microscoop te doorzoeken en probeerde hij de chromosomen in de kluwen van chromatine te tellen.
In 1923 publiceerde hij zijn resultaten. Sperma bevatte 24 chromosomen, dus als er een gelijk aantal uit de eicel kwam, moest de mens in totaal 48 chromosomen hebben, 24 paren. Zaak gesloten.
Andere onderzoekers waren verbijsterd. Sommigen dachten dat de mens 19 paar chromosomen had. Anderen waren er zeker van dat er 23 paren waren. Maar Painter was er absoluut van overtuigd dat hij het juiste aantal had en er meer had gevonden dan alle anderen, dus misschien telden ze gewoon niet zorgvuldig genoeg of waren hun cellen onderweg een paar chromosomen kwijtgeraakt?
Boeken en lesmateriaal werden gemaakt om te pronken met Painter’s chromosomen, gelabeld met het magische getal 24. En zo was het. Mensen hebben 48 chromosomen, 24 paren, en daarmee houdt het op.
Maar iets klopte er niet. Dertig jaar later besloten onderzoekers van de universiteit van Lund in Zuid-Zweden het te onderzoeken.
De speurneuzen in deze wetenschappelijke zaak waren Albert Levan en Joe-Hin Tjio – een in 1919 in Indonesië geboren plantenkweker en fervent fotograaf, die in de Tweede Wereldoorlog door de Japanners gevangen was genomen en gemarteld. Op zoek naar een nieuw leven kwam Tjio naar Europa om zijn belangstelling voor plantengenetica voort te zetten, en zo kwam hij bij Levan terecht om samen het mysterie van de ontbrekende menselijke chromosomen op te lossen.
In de jaren dertig had Levan nieuwe technieken ontwikkeld om de beschadigde chromosomen te bestuderen in de wortels van planten die aan giftige chemicaliën waren blootgesteld, maar toen viel hem een ongewone overeenkomst op met de beschadigde chromosomen die vaak in kankercellen werden gezien. Hij zette een laboratorium op in Lund en ging zich richten op het begrijpen hoe defecte chromosomen konden bijdragen aan kanker bij mensen en haalde Tjio erbij om te helpen.
Maar om te begrijpen wat er gebeurt als het fout gaat, moet je weten wat er gebeurt als het goed gaat.
Tot dan toe had niemand betwijfeld of Painter’s magische getal van 48 menselijke chromosomen wel eens fout kon zijn, maar Levan en Tjio besloten het nog eens te controleren, om er zeker van te zijn dat hun vergelijkingen met kankercellen correct waren.
In de tussenliggende 30 jaar waren er een paar technische vorderingen gemaakt. Een daarvan was om cellen in een zeer verdunde vloeistof te doen opzwellen, waardoor hun chromosomen uitgespreid werden en gemakkelijker geteld konden worden. Een andere was Levans baanbrekende idee om colchicine te gebruiken – een chemische stof die in krokussen wordt gemaakt – die de cellen tijdens het delingsproces tot stilstand brengt, juist op het punt waar hun chromosomen netjes gecondenseerd en gepaard zijn.
Een andere factor was eerder praktisch dan technisch. Tot op dat moment waren de enige cellen die betrouwbaar groeiden in het lab afkomstig van kankermonsters, waardoor ze niet goed waren voor het tellen van het juiste aantal chromosomen in gezonde cellen. Cellen verzameld uit gezond volwassen weefsel groeiden of vermenigvuldigden niet erg goed, waardoor het onmogelijk was om de gecondenseerde chromosomen te zien die alleen aanwezig zijn tijdens de celdeling.
Maar Zweden was een van de weinige landen waar abortus legaal was, dus Levan en Tjio waren in staat om menselijke embryonale cellen te bemachtigen die gemakkelijk in het lab groeiden, waardoor een betrouwbare voorraad van snel delende gezonde cellen met een normaal aantal chromosomen ontstond.
De weg was vrij voor het grote aantal chromosomen.
De eerste hints dat het magische getal 46 zou kunnen zijn, en niet 48, kwamen eigenlijk van Levan en Tjio’s collega’s in Lund, Evan en Yngve Melander. Zij hadden gekeken naar snelgroeiende cellen in embryonale levercellen, geplet op glasplaatjes, en waren ervan overtuigd dat de oorspronkelijke telling van Painter fout was. Maar om de een of andere reden besloten ze niet te publiceren, in plaats daarvan vertelden ze Levan over hun ontdekking, zodat zijn team verder onderzoek kon doen.
Tijdens 1955 reisden zowel Levan als Tjio zo veel dat het moeilijk te zien is hoe ze tijd vonden om experimenten te doen, maar Tjio had de gewoonte om ’s nachts door te werken, waarbij hij zijn fotografische vaardigheden gebruikte om foto’s van hoge kwaliteit te maken van chromosoompreparaten van embryonale longcellen. En om 2 uur ’s nachts op 22 december 1955 maakte Tjio zijn cruciale foto, waarop duidelijk 46 chromosomen te zien waren.
Na nog eens zo’n 250 cellen te hebben bekeken, allemaal met hetzelfde aantal, werd de waarheid onontkoombaar. Levan en Tjio publiceerden hun bevindingen begin 1956, na een korte strijd over het auteurschap van het artikel, en corrigeerden een fout die meer dan drie decennia had voortgeduurd.
Ik vind het verbazingwekkend om te bedenken dat zelfs toen Rosalind Franklin en haar afgestudeerde student Ray Gosling in 1952 de foto maakten die zou worden gebruikt om de structuur van DNA te achterhalen, niemand het juiste aantal chromosomen in het menselijk genoom kende.
Het is een indrukwekkend voorbeeld van wetenschappelijk groepsdenken. Hoewel andere groepen er zeker van waren geweest dat 46 het juiste aantal was, was Painter erin geslaagd alle anderen ervan te overtuigen hem te geloven in plaats van het bewijs van hun eigen ogen. Verscheidene andere onderzoekers die artikelen hadden gepubliceerd waarin de bewering van 48 werd ondersteund, moesten terugkrabbelen en toegeven dat zij het bij het verkeerde eind hadden.
Zoals Peter Harper opmerkt in een terugblik op de sage van de chromosoomtelling: “Dit is een belangrijke algemene kwestie voor de wetenschap, omdat het laat zien hoe, met de onzekerheid als gevolg van ontoereikende technologie vóór de studie van 1956, een opmerkelijke mate van subjectiviteit kan binnendringen in ogenschijnlijk onbevooroordeelde analyses, waarbij latere studies trachten in te stemmen met eerder aanvaarde conclusies, zelfs wanneer de feiten dit niet rechtvaardigden.”
De publicatie van het juiste aantal menselijke chromosomen – samen met de verbeterde methoden om ze voor te bereiden zodat elk ervan duidelijk kon worden gezien, zette de weg in voor de moderne wetenschap van de menselijke cytogenetica.
Het is gemakkelijk te vergeten in het huidige tijdperk van high-throughput DNA-sequencing, maar lange tijd was de enige manier om ziekten zoals kanker te bestuderen die worden veroorzaakt door genetische herschikkingen en mutaties, rechtstreeks naar de chromosomen zelf te kijken.
Onderzoekers ontwikkelden technieken om de interne structuur van chromosomen te bestuderen en herschikkingen en veranderingen die tot ziekten leidden, op te sporen. Allereerst was er de G-banding – met behulp van een speciale kleuring, bekend als Giemsa, die zich bij voorkeur hecht aan delen van het DNA die bijzonder rijk zijn aan As en Ts. Door zorgvuldig te kijken naar veranderingen in het patroon van strepen in chromosomen, konden wetenschappers greep krijgen op de chromosoomveranderingen die ten grondslag liggen aan kanker en andere aandoeningen.
Daarna kwam fluorescentie-in situ hybridisatie, of FISH – een manier om specifieke genen met felgekleurde sondes te markeren. En daarna kwam spectrale karyotypering, waarbij elk chromosoom een andere kleur kreeg om de genetische chaos in kanker te onthullen.
De eerste specifieke chromosoomverandering die in kankercellen werd opgemerkt, was een vreemde stompe structuur die in 1959 voor het eerst werd ontdekt door David Hungerford en Peter Nowell in Philadelphia. Dit minuscule Philadelphia-chromosoom, zoals het bekend is geworden, duikt consequent op bij chronische myeloïde leukemie en ontstaat wanneer delen van de chromosomen 9 en 22 worden omgewisseld. Pogingen om het overactieve, kankerverwekkende gen aan te pakken dat per ongeluk door deze fusie wordt geproduceerd, leidden tot de ontwikkeling van Glivec – waarschijnlijk een van de succesvolste kankermedicijnen ooit uitgevonden.
In 1959 onthulden Jerome Lejeune en Marthe Gauthier hun ontdekking dat het syndroom van Down wordt veroorzaakt door het dragen van een extra kopie van chromosoom 21, bekend als trisomie – de eerste keer dat een aandoening als Downs in verband werd gebracht met chromosomale afwijkingen. Dit is ook het verhaal van een vrouw wier bijdrage aan de wetenschap over het hoofd werd gezien, aangezien Marthe beweert het grootste deel van het werk te hebben gedaan en de eerste persoon te zijn geweest die de ontdekking heeft gedaan, terwijl Jerome met de eer ging strijken. Maar dat is een verhaal voor een andere dag.
Tot slot laat ik u achter met de woorden van Albert Levan, die zei dat nadat hij 50 jaar van zijn leven had besteed aan het bestuderen van menselijke chromosomen, hij ze als zijn vrienden beschouwde.
Referenties en verder lezen:
-
Theophilus Painter: Eerste stappen op weg naar een beter begrip van het menselijk genoom FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
-
Theophilus Painter biography, The Embryo Project Encyclopedia
-
De ontdekking van het aantal menselijke chromosomen in Lund, 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
-
Het chromosomengetal van de mens, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Voor het eerst gepubliceerd: Mei 1956 https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
-
Vijftigste verjaardag van trisomie 21: terug naar een ontdekking. Marthe Gautier en Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
-
Image licensed from Envato