25 april: Wereld DNA Dag
De ontdekking van DNA is een van de belangrijkste mijlpalen in de geschiedenis van de wetenschap en blijft tot op de dag van vandaag de basis voor vele medische ontdekkingen en vorderingen. 25 april is de dag waarop twee belangrijke passages in de genetica en bij uitbreiding in de wetenschap in het algemeen worden herdacht:
- de ontdekking van de structuur van de dubbele DNA-helix in 1953
- de voltooiing van het Human Genome Project in 2003, 50 jaar later.
Daarom is deze datum een dag geworden om deze twee mijlpalen te herdenken, maar DNA-dag is ook een dag om kennis te verbreden.
De dubbele helix
De DNA-structuur werd gepubliceerd in de NATUUR tijdschrift onder de naam James Watson en Francis Crick, die beiden, samen met Maurice Wilkins, in 1962 de Nobelprijs wonnen voor hun onderzoek.
De grote over het hoofd gezien in dit verhaal was Rosalind Franklin, de auteur van de röntgenfoto's die cruciaal waren om deze belangrijke wetenschappelijke mijlpaal te bereiken. Je kunt deze documentaire bekijken als je er wat meer over wilt weten Rosalind Franklin.
De dubbele helix is het concept dat wordt gebruikt om de structuur van een DNA-molecuul te beschrijven, die wordt gevormd door twee strengen, die zich op een helicoïdale manier met elkaar verstrengelen. Elke streng heeft een ruggengraat van koolhydraat- en fosfaatgroepen. Gekoppeld aan elk koolhydraat is er een van de 4 basen: adenine (A), cytosine (C), guanine (G) of thymine (T). Beide strengen behouden hun koppeling dankzij de bindingen die zijn gevormd tussen de volgende basenparen: adeninebindingen met thymine; en cytosine, met guanine.
Deze ontdekking veranderde voor altijd ons begrip van genetica en de studie van hoe de fysiologische en fysieke overerving van de ene generatie op de andere wordt overgedragen.
Het menselijke genoomproject
In de loop van de decennia zijn er steeds meer DNA-gerelateerde ontdekkingen gedaan, wat heeft geleid tot een dieper begrip van DNA. Toch bleef het volledige genoom een uitdaging totdat wetenschappers in 2003 een project voltooiden om het volledige menselijke DNA in kaart te brengen. Meer dan 20,000 genen werden geïdentificeerd en de sequentie van drie biljoen basenparen waaruit het menselijk genoom bestaat, werd bepaald.
Francis Collins, de directeur van het National Human Genome Research Institute, verklaarde dat het genoom als een boek is dat op meerdere manieren kan worden gebruikt: het is geldig als een verhaal van de reis van de menselijke soort door de tijd heen, als een ongelooflijk gedetailleerde blauwdruk voor het construeren van elke cel van het organisme en natuurlijk als hulpmiddel dat gezondheidswerkers nieuwe manieren biedt om ziekten te behandelen en vooral te voorkomen.
Hoewel het menselijk genoomproject in 2003 werd voltooid, is het eigenlijk eind maart 2022 wanneer het 100% complete menselijke genoom, inclusief repetitief DNA, voor het eerst wordt gepubliceerd.
De meest voorkomende vorm van repetitief DNA is het achter elkaar herhalen van DNA-blokken die satellieten worden genoemd. Deze zijn geclusterd aan de uiteinden van chromosomen in gebieden die bekend staan als telomeren, die chromosomen beschermen tegen afbraak tijdens DNA-replicatie.
Dit is een nieuwe wetenschappelijke mijlpaal, aangezien de hiaten die in 2003 waren ontstaan eindelijk zijn opgevuld. Meer te weten komen over de Menselijk genoom project.
Het menselijk genoom en gezondheid
Het Human Genome Project is van fundamenteel belang geweest voor het begrijpen van de menselijke genetica en heeft geleid tot tal van vorderingen op verschillende gezondheidsgebieden.
Enkele van de gebieden waarop het project een aanzienlijke impact heeft gehad, zijn onder meer:
- Diagnose en behandeling van genetische ziekten.
- Gepersonaliseerde geneeskunde. Genoominformatie kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het meest effectieve medicijn voor een specifieke patiënt te selecteren en medicijnen te vermijden die gevaarlijke bijwerkingen kunnen hebben (farmacogenetica).
- Complex ziekteonderzoek. Er zijn genetische varianten geïdentificeerd die verband houden met complexe ziekten (die worden veroorzaakt door de interactie van meerdere genvarianten en omgevingsfactoren), wat leidt tot een beter begrip van de onderliggende biologie van deze ziekten en de identificatie van nieuwe therapeutische doelen.
- Ontwikkeling van gentherapieën. Informatie van het menselijk genoom is essentieel geweest bij het ontwikkelen van gentherapieën, waarbij defecte genen worden gecorrigeerd of geëlimineerd om genetische ziekten te behandelen.
We zullen de diagnose van genetische ziekten verder ontwikkelen met een voorbeeld: taaislijmziekte. Cystic fibrosis is een genetische ziekte die voornamelijk de longen en het spijsverteringsstelsel aantast en wordt veroorzaakt door mutaties in het CFTR-gen (Cystic Fibrosis Transmembraan Conductance Regulator). Het is een genetische ziekte met een autosomaal recessieve overerving: om de ziekte te krijgen, moet een persoon twee kopieën van het gemuteerde CFTR-gen hebben geërfd (één van elk van zijn ouders).
Het CFTR-gen werd in de jaren tachtig beschreven als de oorzaak van cystische fibrose. Dit gen codeert voor een homoniem eiwit dat wordt aangetroffen in celmembranen met een exocriene functie, wat betekent dat het stoffen synthetiseert die vrijkomen in of op het oppervlak van andere lichaamsorganen. Het CFTR-eiwit vergemakkelijkt actief het transport van chloride-ionen van binnen naar buiten de cel over het celmembraan. Bij patiënten met cystische fibrose werkt het CFTR-eiwit niet goed, wat resulteert in een opeenhoping van dik, kleverig slijm in de longen en andere organen, waardoor ademen moeilijk wordt. Bovendien maakt het mensen met de ziekte vatbaarder voor luchtweginfecties. De opeenhoping van slijm kan ook de kanalen van de alvleesklier blokkeren, waardoor de alvleesklier niet genoeg spijsverteringsenzymen kan produceren om voedsel af te breken. Dit kan leiden tot spijsverteringsproblemen en onjuiste opname van voedingsstoffen.
Cystic fibrosis is een chronische, progressieve ziekte waarvan de symptomen van persoon tot persoon verschillen. De meest voorkomende symptomen zijn echter chronische hoest, kortademigheid, terugkerende longinfecties, moeite met aankomen, spijsverteringsproblemen en groeiachterstand.
Hoewel er geen remedie is voor deze ziekte, zijn er behandelingen die kunnen helpen de symptomen onder controle te houden en de kwaliteit van leven van de getroffenen te verbeteren. Behandelingen kunnen medicijnen omvatten om slijm in de longen te verlichten, ademhalingstherapie, voedingssupplementen en andere therapieën om spijsverteringsproblemen te behandelen. Het onderzoek gaat door en er wordt verwacht dat er nieuwe therapieën en behandelingen zullen worden ontwikkeld.
Dankzij de kennis die is opgedaan met het Human Genome Project en de opkomst van sequentietechnieken is het leren over deze ziekte de afgelopen jaren enorm toegenomen. Er zijn meer dan 2,000 mutaties in het CFTR-gen bekend die kunnen leiden tot cystische fibrose. Sommige modificaties komen vaker voor bij bepaalde etnische groepen en de ernst van de ziekte kan variëren afhankelijk van het type mutatie.
Diagnose van cystische fibrose is gebaseerd op genetische tests om mutaties in het CFTR-gen te identificeren. Deze tests kunnen worden uitgevoerd bij mensen die symptomen van de ziekte vertonen en bij mensen die drager zijn van een CFTR-genmutatie en die kunnen doorgeven aan hun kinderen.
Het belangrijkste doel van 24Genetics is om mensen te helpen door hen te voorzien van gepersonaliseerde, op wetenschap gebaseerde genetische informatie, om de beste beslissingen te nemen voor hun gezondheid en welzijn.
Het zien van iemands genetische aanleg voor een specifieke ziekte stelt ons in staat preventieve maatregelen te nemen en speciale zorg te verlenen. Uit dit principe ontstaat precisiegeneeskunde, waarover u in dit bericht meer kunt lezen on onze blog.
Bibliografie
[1] Christodoulou J. (2003). Het humane genoomproject: kansen, uitdagingen en gevolgen voor het bevolkingsonderzoek. Het Zuidoost-Aziatische tijdschrift voor tropische geneeskunde en volksgezondheid, 34 Suppl 3, 234-238.
[2] Desoxyribonucleïnezuur (DNA) (nd). Opgehaald op 17 april 2023, van https://www.genome.gov/genetics-glossary/Deoxyribonucleic-Acid
[3] Rosalind Franklin was zoveel meer dan de 'onrechtvaardige heldin' van DNA. (2020). Natuur, 583(7817), 492. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02144-4. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02144-4
[4] Moreno-Palanques R. (1995). Het menselijk genoomproject en zijn toepassingen [El proyecto del genoma humano y sus aplicaciones]. Universiteit van Navarra Journal of Medicine, 40(2), 64-67.
[5] O'Sullivan, BP, & Freedman, SD (2009). Taaislijmziekte. Lancet (Londen, Engeland), 373(9678), 1891-1904. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(09)60327-5.
[6] Wels, MJ, & Smith, AE (1993). Moleculaire mechanismen van disfunctie van CFTR-chloridekanalen bij cystische fibrose. Cel, 73(7), 1251-1254. https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90353-r
[7] Katz, JB, Shah, P., Trillo, CA, Alshaer, MH, Peloquin, C., & Lascano, J. (2023). Therapeutische medicijnmonitoring bij cystische fibrose en associaties met longexacerbaties en longfunctie. Ademhalingsgeneeskunde, 212, 107237. Geavanceerde online publicatie. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2023.107237