På 1920-talet arbetade den amerikanske zoologen Theophilus Painter i sitt labb vid University of Texas i Austin och försökte ta reda på könskromosomernas hemligheter genom att skära upp testiklar från människor, opossum och andra djur. Han gick till och med så långt att han uppfann en speciell kniv som bestod av flera rakblad, allt för att kunna skära tunna sektioner av testikelvävnad och bibehålla de detaljerade strukturerna hos cellerna och kromosomerna i de spermier som håller på att utvecklas.
I samband med att han insåg att ingen slutgiltigt hade bevisat hur många kromosomer som människor har, började han leta igenom skivor av mänskliga testiklar i mikroskop och försökte räkna kromosomerna i den trassliga massan av kromatin.
Året 1923 publicerade han sina resultat. Sperma innehöll 24 kromosomer, så om lika många kom från ägget måste människan ha totalt 48 kromosomer, 24 par. Fallet är avslutat.
Andra forskare var förbryllade. Vissa trodde att människan hade 19 par kromosomer. Andra var säkra på att det fanns 23 par. Men Painter var helt övertygad om att han hade rätt antal och att han hade hittat fler än alla andra, så kanske hade de bara inte räknat tillräckligt noggrant eller så hade deras celler på något sätt förlorat ett par kromosomer på vägen?
Böcker och läromedel producerades för att visa upp Painters kromosomer, märkta med den magiska siffran 24. Och så blev det. Människor har 48 kromosomer, 24 par, och det är slut med det.
Men något verkade inte stämma. Trettio år senare bestämde sig forskare vid Lunds universitet i södra Sverige för att undersöka saken.
Den vetenskapliga utredaren var Albert Levan och Joe-Hin Tjio – en växtförädlare och en ivrig fotograf född i Indonesien 1919, som fängslades och torterades av japanerna under andra världskriget. På jakt efter ett nytt liv kom Tjio till Europa för att fortsätta sitt intresse för växtgenetik, och det var så han kom att samarbeta med Levan för att lösa mysteriet med de saknade mänskliga kromosomerna.
Under 1930-talet hade Levan utvecklat nya tekniker för att studera de skadade kromosomerna i rötterna på växter som hade utsatts för giftiga kemikalier, men han lade då märke till en ovanlig likhet med de skadade kromosomer som ofta sågs i cancerceller. Han inrättade ett labb i Lund och ändrade sitt fokus till att förstå hur felaktiga kromosomer kunde bidra till mänsklig cancer och tog in Tjio för att hjälpa till.
Men för att förstå vad som händer när saker och ting går fel måste man veta vad som händer när saker och ting går rätt.
Inte hade fram till dess ifrågasatt att Painters magiska siffra på 48 mänskliga kromosomer kunde vara felaktig, men Levan och Tjio bestämde sig för att dubbelkolla, bara för att vara säkra på att deras jämförelser med cancercellerna var korrekta.
Det hade skett en del tekniska framsteg under de 30 år som gått. En var att lägga cellerna i en mycket utspädd vätska för att få dem att svälla upp, vilket spred ut deras kromosomer för att underlätta räkningen. En annan var Levans banbrytande idé att använda colchicin – en kemikalie som tillverkas i krokus – som stoppar cellerna under delningsprocessen, precis vid den punkt där deras kromosomer är prydligt kondenserade och parade.
En annan faktor var mer praktisk än teknisk. Fram till dess hade de enda celler som växte på ett tillförlitligt sätt i laboratoriet samlats in från cancerprover, vilket gjorde dem odugliga för att räkna det korrekta antalet kromosomer i friska celler. Celler som samlats in från frisk vuxenvävnad växte eller förökade sig inte särskilt bra, vilket gjorde det omöjligt att se de kondenserade kromosomerna som bara förekommer under celldelningen.
Men Sverige var ett av de få länder där abort var lagligt, så Levan och Tjio kunde få tag på mänskliga embryonala celler som växte lätt i labbet, vilket skapade en tillförlitlig tillgång på snabbt delande friska celler med ett normalt antal kromosomer.
Staden var bäddad för den stora kromosomräkningen.
Dessa första antydningar om att det magiska talet skulle kunna vara 46, inte 48, kom faktiskt från Levan och Tjios kollegor i Lund, Evan och Yngve Melander. De hade tittat på snabbväxande celler i embryonala leverceller, som pressats ner på glasobjektsglas, och var övertygade om att Painters ursprungliga antal var fel. Men av någon anledning bestämde de sig för att inte publicera, utan berättade i stället för Levan om sin upptäckt så att hans team kunde undersöka saken vidare.
Under hela 1955 reste både Levan och Tjio så mycket att det är svårt att se hur de hade tid att göra några experiment, men Tjio hade för vana att jobba hela nätterna, och använde sina fotografiska färdigheter för att ta högkvalitativa fotografier av kromosompreparat från embryonala lungceller. Och klockan 02.00 på natten den 22 december 1955 tog Tjio sin avgörande bild, som tydligt visade 46 kromosomer.
Efter att ha tittat på ytterligare cirka 250 celler, alla med samma antal, blev sanningen oundviklig. Levan och Tjio publicerade sina resultat i början av 1956, efter en kort strid om författarskapet till artikeln, och rättade till ett fel som hade funnits kvar i mer än tre decennier.
Jag tycker att det är häpnadsväckande att tänka på att inte ens när Rosalind Franklin och hennes doktorand Ray Gosling tog det fotografi som skulle komma att användas för att räkna ut DNA:s struktur 1952, visste ingen det korrekta antalet kromosomer i den mänskliga arvsmassan.
Det är ett imponerande exempel på vetenskapligt grupptänkande. Även om andra grupper hade känt sig säkra på att 46 var det korrekta antalet, hade Painter lyckats övertala alla andra att tro på honom snarare än på bevisen från deras egna ögon. Flera andra forskare som hade publicerat artiklar som stödde påståendet om 48 var tvungna att backa och erkänna att de hade fel.
Som Peter Harper påpekar i en recension där han ser tillbaka på sagan om kromosomräkningen: ”Detta är en viktig allmän fråga för vetenskapen, eftersom den visar hur en anmärkningsvärd grad av subjektivitet kan komma in i en till synes opartisk analys, med den osäkerhet som följer av otillräcklig teknik före 1956 års studie, där senare studier försöker hålla med om tidigare accepterade slutsatser, även när fakta inte motiverar detta.”
Publiceringen av det korrekta antalet mänskliga kromosomer – tillsammans med de förbättrade metoderna för att preparera dem så att var och en av dem kunde ses tydligt, lade grunden för den moderna vetenskapen om mänsklig cytogenetik.
Det är lätt att glömma i dagens era av DNA-sekvensering med hög kapacitet, men under lång tid var det enda sättet att studera sjukdomar som cancer som orsakas av genetiska omarrangemang och mutationer att titta direkt på själva kromosomerna.
Forskare utvecklade tekniker för att studera kromosomernas inre struktur och upptäcka omarrangemang och förändringar som ledde till sjukdom. Först och främst fanns G-banding – med hjälp av en speciell färgning kallad Giemsa som föredrar att fastna på delar av DNA som är särskilt rika på As och Ts. Genom att noggrant titta på förändringar i mönstret av ränder i kromosomerna kunde forskarna börja få grepp om de kromosomförändringar som ligger till grund för cancer och andra sjukdomar.
Nästan kom fluorescens in situ-hybridisering, eller FISH – ett sätt att lyfta fram specifika gener med hjälp av färgglada sonder. Därefter kom spektral karyotypering, där man målar varje enskild kromosom i olika färger för att avslöja det genetiska kaoset i cancer.
Den första specifika kromosomförändring som uppmärksammades i cancerceller var en märklig stubbig struktur, som först upptäcktes 1959 av David Hungerford och Peter Nowell i Philadelphia. Denna lilla Philadelphiakromosom, som den kom att kallas, dyker ständigt upp i kronisk myeloisk leukemi och skapas när delar av kromosomerna 9 och 22 byts ut. Ansträngningar för att rikta in sig på den överaktiva cancerdrivande genen som oavsiktligt produceras av denna fusion ledde till utvecklingen av Glivec – utan tvekan ett av de mest framgångsrika cancerläkemedel som någonsin har uppfunnits.
1959 avslöjade Jerome Lejeune och Marthe Gauthier sin upptäckt att Downs syndrom orsakas av att man bär på en extra kopia av kromosom 21, så kallad trisomi – det var första gången som ett tillstånd som Downs hade kopplats samman med kromosomala abnormaliteter. Detta är också ännu en berättelse om en kvinna vars bidrag till vetenskapen har förbisetts, eftersom Marthe hävdar att hon har gjort huvuddelen av arbetet och var den första som gjorde upptäckten, medan Jerome tog åt sig äran. Men det är en berättelse för en annan dag.
Slutningsvis lämnar jag er med Albert Levans ord, som sade att efter att ha tillbringat 50 år av sitt liv med att titta på mänskliga kromosomer betraktade han dem som sina vänner.
Referenser och vidare läsning:
-
Theophilus Painter: First Steps Toward an Understanding of the Human Genome FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
-
Theophilus Painter biography, The Embryo Project Encyclopedia
-
Det mänskliga kromosomnumret upptäcktes i Lund 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
-
Människans kromosomnummer, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Första gången publicerad: Maj 1956 https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
-
Femtioårsdagen av trisomi 21: att återvända till en upptäckt. Marthe Gautier och Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
-
Bild licensierad från Envato
.