Det var amerikanerne J.B.S. Haldane og Linus Pauling, der i 1949 opdagede, at seglcelleanæmi skyldtes forandringer i hæmoglobinmolekylet. En anden amerikaner, Vernon Ingram, kunne i 1956 bevise, at sygdommen skyldtes en udskiftning af aminosyren valin med glutamin i position 6 i β-globin. Men det var stadigvæk uklart, hvorledes informationen var kodet ind i DNA-molekylerne: Hvordan kunne en kæde af nukleotider i DNA oversættes til en kæde af aminosyrer i proteiner? Løsningen kom i 1961, da det blev klart, at koden i DNA var sammensat af tripletter: Tre nukleotider i rækkefølge specificerer én aminosyre (se videre i kapitel 2). Fem år senere var alle 64 forskellige (43) genetiske koder klarlagt (se figur 2-4), og kort tid efter blev det også klart, at den mutation, der ligger bag aminosyreudskiftningen i β-globin ved seglcelleanæmi, er en ændring fra A til T i anden position i kodon 6 (GAG til GTG), præcis som forudsagt af den genetiske kode (se figur 2-4).
FIGUR 1.4:
| ÅRSTAL | MILEPÆL |
| 1956 | Menneskets kromosomtal fastsættes til 46 |
| 1966 | Den genetiske kode er kortlagt |
| 1973 | Rekombinant DNA-teknologi |
| 1978 | β-globingenet klones |
| 1979 | Væksthormongenet klones |
| 1982 | Humant insulin masseproduceres vha. rekombinant DNA-teknologi |
| 1983 | PCR-teknikken opfindes |
| 1985 | DNA-profilanalyse tages i anvendelse indenfor retsmedicinen |
| 1986 | Den første maskine til automatisk DNA-sekventering udvikles |
| 1987 | Genetiske studier indikerer, at det moderne menneske, Homo sapiens er opstået i Afrika for blot 150.000 år siden |
| 1990 | Det Humane Genom-Projekt starter |
| 1996 | Fåret Dolly klones |
| 1997 | Det lykkes at udvinde DNA fra ca. 40.000 år gamle neandertalknogler |
| 2004 | Det humane genom er kortlagt i detaljer |
| 2005 | Råskitse af chimpansegenomet publiceres |
| 2005 | Første version af Haplotypekortet publiceres |
Milepæle inden for den humane genetik efter 1953.
En forbløffende serie af videnskabelige landvindinger inden for den humane genetik er nået på de 50 år, der er gået, siden Watson-Crick-modellen blev offentliggjort. Et udsnit af disse er vist i figur 1-4; nogle af dem vil blive nærmere omtalt i dette kapitel, mens andre omtales i de følgende kapitler.
Rekombinant DNA-teknologi
Rekombinant DNA-teknologi har i traditionel forstand været anvendt af mennesket i tusinder af år, inden den moderne bioteknologi så dagens lys. De neolitiske bønder, der som de første opfandt landbruget i Mellemøsten for 11.000 år siden, var også verdens første bioteknologer. I deres forsøg på at tæmme vilde dyr og planter udvalgte de bevidst planter og dyr med de ønskede træk til avl. Disse træk blev herved mere og mere dominerende i de følgende generationer. De efterlignede så at sige den naturlige udvælgelse og skabte herved over mange generationer en parallel verden af forædlede planter og dyr, der genetisk havde fjernet sig markant fra deres vilde forfædre.
Også anvendelse af mikroorganismer til at ændre fødevarernes sammensætning er en form for bioteknologi. Eksempler herpå er anvendelsen af mikroorganismer til at omdanne mælk til ost og yoghurt og anvendelsen af gær til fremstilling af øl og vin.
Det var opdagelsen af restriktionsenzymerne omkring 1970, der frem for noget andet kom til at danne grundlag for udviklingen af den moderne rekombinante DNA-teknologi (“genetic engineering”, populært kaldet genmanipulation, gensplejsning eller blot genteknologi) i 1973. Den rekombinante DNA-teknologi var et afgørende teknologisk gennembrud, der dels kom til at danne grundlag for fremvæksten af den bioteknologiske industri, dels fik stor betydning for den bioteknologiske forskning, herunder kortlægningen af menneskets gener, og den biomedicinske diagnostik. Mennesket havde med genteknologiens udvikling opnået evnen til at editere i sin egen arvemasse. Man kan i denne forbindelse analogisere den rekombinante DNA-teknologi med de muligheder som et moderne tekstbehandlingssystem giver: Her kan man klippe, indsætte og kopiere ord og sætninger ind i en tekst. Rekombinant DNA-teknologi består grundlæggende i at klippe, indsætte og kopiere DNA-sekvenser.
Restriktionsenzymer genkender og overskærer (kløver) dobbeltstrenget DNA i eller i nærheden af en bestemt basesekvens, som regel af 4-6 nukleotiders længde. I dag kender man mere end 3000 forskellige restriktionsenzymer, der udviser ca. 200 forskellige specificiteter, dvs. at mange enzymer genkender samme basesekvens.
Kloning af et humant gen ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi.
En anden vigtig ingrediens i rekombinant DNA-teknologi er de såkaldte vektorer, hvori den studerede DNA-sekvens kan indsættes. Et eksempel på en vektor er plasmidet, som man fik kendskab til ved studiet af antibiotisk resistens i bakterier. I 1960’erne opdagede man, at mange bakterier udviklede resistens mod antibiotika ved at optage et lille, cirkulært stykke DNA fra omgivelserne, et plasmid. Plasmider er ringformede DNA-molekyler, der findes inde i bakterier og som ofte indeholder gener, der medfører resistens mod antibiotika. Plasmider kopieres og videreføres til successive generationer sammen med bakteriens genom i forbindelse med celledeling. Under visse omstændigheder kan plasmider overføres fra én bakterie til en anden (såkaldt horisontal arv), hvorved modtagerbakterien på en gang modtager en hel “kassette” af genetisk information, som det ikke indeholdt fra “fødslen”.
Det var amerikanerne Herb Boyer og Stanley Cohen, der i 1973 bragte alle ingredienserne sammen, og de har derfor æren af at være verdens første, moderne genetiske ingeniører. Princippet i rekombinant DNA-teknologi er, at DNA-molekyler skæres i mindre stykker ved hjælp af et restriktionsenzym, hvorefter den sekvens (det gen), som man er interesseret i, isoleres. Plasmid-DNA skæres med samme restriktionsenzym, hvorefter den studerede sekvens ved hjælp af et enzym kaldet ligase “sys” ind i plasmidet (se figur 1-5). Herefter indsættes det således manipulerede plasmid i en bakterie, hvorefter den studerede sekvens vil kopieres sammen med plasmidet, hver gang bakterien deler sig. Hvis vi lader bakterien dele sig igen og igen endende op med en hel koloni bestående af milliarder af bakterier, vil vi samtidig danne milliarder af kopier af vores sekvens. Denne proces kaldes kloning.
Plasmider hører til de simpleste vektorer, hvor kun relativt korte (mindre end 104 basepar) DNA-sekvenser kan indsættes. En anden type vektorer er de såkaldte YACs (Yeast Artificial Chromosomes), der opformeres i gærceller. Humane DNA-sekvenser på op til 106 basepar kan indbygges i gærceller. Indbygningen sker i form af et “kunstigt kromosom”, der kopieres ved siden af gærcellens egne kromosomer. YACs har imidlertid vist sig at være temmelig ustabile, hvorfor man i dag hovedsageligt anvender BACs (Bacterial Artificial Chromosomes), der i gennemsnit indeholder humane DNA-sekvenser på 150.000 basepar. BACs blev i vid udstrækning anvendt i forbindelse med sekventeringen af det humane genom (kapitel 2).
Det første humane gen, der blev klonet ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi og efterfølgende fuldstændig sekventeret, var genet for β-globin (1978), der som tidligere nævnt indgår i dannelsen af hæmoglobin. I løbet af 1980’erne lykkedes det ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi at kortlægge og klone vigtige sygdomsgener hos mennesket. Som eksempler kan nævnes generne for chorea Huntington (Huntingtons sygdom), cystisk fibrose og Duchennes muskelsdystrofi, der er en af de hyppigste og alvorligste former for muskelsvind.
Princippet i PCR-teknikken.
En meget