DNA-code

DNA-code - Wat is DNA?
De levensvormen die wij kennen in de wereld verschillen in vele opzichten van elkaar. Echter: al die vormen hebben een gemeenschappelijk basismateriaal. Alle levensvormen zijn cellen of bestaan uit cellen, en al die cellen hebben een celkern, en in die kern bevinden zich chromosomen. De chromosomen zijn opgebouwd uit DNA.

Virussen vallen overigens niet onder deze definitie. Virussen bestaan uit genetisch materiaal met een omhulsel van eiwit, maar zijn of hebben geen cel. Het is zelfs niet volledig duidelijk of virussen wel tot de levende organismen kunnen worden gerekend.

DNA of Desoxyribonucleïnezuur is eenvoudig gezegd de drager van het erfelijk materiaal van de stuurinformatie voor de processen die in de cel plaatsvinden. DNA is opgebouwd uit twee hele lange ketens van eiwitten die paarsgewijs in een dubbele spiraal tegenover elkaar aan elkaar verbonden zijn. Zo'n dubbele keten zou je kunnen vergelijken met een ritssluiting: ieder stukje heeft een eigen partner in de andere keten. Bij de voortplanting wordt van de ritssluiting gebruikt gemaakt: in de mannelijke en vrouwelijke voorplantingscellen zit telkens maar één helft van de DNA-ketens. Als de bevruchting plaatsvindt, dan worden de ketens van de mannelijke en vrouwelijke cel aan elkaar "geritst" en het genetisch materiaal van de ouders wordt gecombineerd. Dan is er een bevruchte eicel (een zygote) ontstaan, die zich gaat delen: een nieuw leven is aan het ontstaan.

Jarenlang is er hard gewerkt om het menselijk erfgoed, het genoom, volledig in kaart te brengen. Er wordt gezocht naar de betekenis van de code die het DNA vormt. Af en toe klinken er juichende berichten uit de wetenschapswereld dat er weer een mijlpaal is bereikt. Toch is er meer onduidelijk dan duidelijk. Daar is een reden voor. We kijken naar een "taal" die we niet kennen en die we op die manier ook niet kunnen leren. We kunnen hooguit primitief ontcijferen. Maar daarover later meer.

DNA-code - Computertaal en geheugen
Computertalen bevatten opdrachten die in een bestaand computersysteem waarden kunnen veranderen. Daarvoor werden in oudere computertalen bijvoorbeeld de termen Peek en Poke gebruikt: met Peek kon je op een bepaalde plek "kijken" en met Poke kon je iets op die plek veranderen (de Engelse term "poke" is voor de ouderen onder ons nog herkenbaar: met een pook kon je in een kachel in het vuur morrelen). De schrijfwijze voor deze opdrachten was: Peek "plekje" en Poke "plekje; waarde".

Zelfs toen de thuiscomputer nog in zijn kinderschoenen stond, in het begin van de jaren '80, was het een fascinerende gedachte dat er toen al 65.000 plekjes (of ook "adressen") waren om iets mee te doen. Sommige adressen bepaalden de kleur van het beeldscherm, andere produceerden een piepje. Als een bepaalde plek een "verkeerde" waarde werd toegekend, dan liep de computer vast. Het bleek niet gemakkelijk om iets zinnigs te doen zonder een goede "adreslijst". De adreslijst was de documentatie die over die computer bestond. Degene die de computer had gemaakt, kende de adressen en wist welke functie waar huisde.

Het is mogelijk een primitieve vergelijking te maken tussen het computergeheugen en het DNA. Immers, ook in het DNA liggen functies opgeslagen en ook in het DNA zijn er vaste plekken voor elke functie. Een dergelijke vergelijking gaat natuurlijk mank op allerlei vlakken, bijvoorbeeld omdat het DNA een rol speelt bij de vorming van cellen en dat voor "real-time" processen zoals die in een computergeheugen plaatsvinden, in de cel eerst kopieën van stukjes DNA gemaakt worden (RNA), die vervolgens gebruikt worden voor die processen. Een ander aspect dat mank gaat, is dat de computer in het voorbeeld slechts 65.000 adressen had, terwijl alleen al het eerste chromosoom van het menselijk DNA 220.000.000 genenparen bezit. Dat is 3300 keer zoveel! En natuurlijk hebben die genenparen een grotere complexiteit en verscheidenheid dan een geheugenadres in een computer; tezamen bevatten de genenparen in het menselijk genoom in totaal meer dan 23 miljard DNA basenparen!

DNA-code - Evolutie en geleidelijke verbeteringen
De evolutietheorie leert dat levensvormen stapje voor stapje zijn veranderd en verbeterd. Deze verbeteringen moeten in het erfelijk materiaal plaatsvinden, omdat immers een verbetering in de soort pas tot uiting kan komen in het nageslacht; als de verbetering reproduceerbaar is geworden. Veranderingen in het DNA kunnen eigenlijk alleen tot stand komen door wat "mutaties" genoemd worden. Het is zeer beslist niet zo dat fysieke veranderingen in een "gerealiseerd lichaam" terug kunnen vloeien in het erfelijk materiaal: een per ongeluk afgehakte staart die "nuttig" zou blijken, verschijnt niet zomaar na enkele generaties in het erfelijk materiaal.

Wat is een mutatie? In de DNA keten worden soms bij het reproduceren/kopiëren "fouten" gemaakt. Stel ergens in de DNA keten komt de reeks "DAABE" voor. Na de kopieerslag staat er nu plotseling "BEEBE". Een dergelijke fout kan leiden tot veranderde erfelijke eigenschappen.

Zulke veranderde eigenschappen zouden theoretisch gesproken de basis voor verbeteringen kunnen zijn. Maar hoe zou een dergelijke verbetering van het ontwerp tot stand kunnen komen? Om daar iets over te zeggen, is het misschien handig om even terug te grijpen op het voorbeeld van de computertaal: stel dat een programmeur een stukje software heeft geschreven. Deze software wordt via een bewerkingsslag geschikt gemaakt voor het computergeheugen. Als de inhoud van het computergeheugen wordt bekeken, dan is het duidelijk dat het niet zo eenvoudig zal zijn om hier, zonder kennis van zaken en door "blind" te veranderen, verbeteringen in aan te brengen. Uit ervaring weten programmeurs dat er, wanneer voorzichtig te werk wordt gegaan, op deze manier weliswaar eenvoudige cosmetische veranderingen gerealiseerd kunnen worden, maar dat er zo nooit nieuwe functionaliteit aan een programma kan worden toegevoegd.

Stelt u zich een computerprogramma voor dat is gemaakt om eenvoudig rekenwerk te kunnen uitvoeren: optellen en aftrekken. Hoe waarschijnlijk is het dat een computerprogramma dat geschreven is om optel- en aftreksommen te maken, door blinde en willekeurige aanpassingen geschikt kan worden gemaakt om te vermenigvuldigen, te delen of zelfs om wortel te kunnen trekken? Om de vraag anders te stellen: kunnen willekeurige mutaties nieuwe functionaliteit genereren?

Read DNA-code Page 2 Now!