19 February 2018

Het is nu bewezen dat DNA noodzakelijkerwijs mutaties genereert. DNA mutability by design.


James Watson en Francis Crick publiceerden in 1953 het beroemd geworden  3-dimensionale model van DNA. Maar in dezelfde publicatie spraken ze ook een vermoeden uit hoe door chemische varianten van de bases (isomeren genaamd) mutaties geproduceerd kunnen worden [4].
In het standaard Watson-Crick model van DNA paren de bases T met A, en C met G (meestal geschreven als: TA of AT en CG of GC).
(a) normale base paring TA en CG.
(b) afwijkende base paring: TG en CA
©Nature 2018 [1]

Deze base paring is het fundament voor het betrouwbaar kopiëren van DNA. Maar, met een lage frequentie vormen de bases isomeren (= een andere rangschikking van dezelfde atomen van hetzelfde molecuul) waardoor een TG paar of een CA paar ontstaat (zie figuur). Het bestaan van die afwijkende base paren zijn nu experimenteel aangetoond [1]. Wat Watson en Crick als hypothese naar voren brachten in 1953 is 65 jaar later aangetoond. Dat het nu pas is aangetoond komt omdat het experiment technisch gezien een hoogstandje is.

Wat is het belang hiervan? Wel, de betrouwbaarheid van DNA als drager van erfelijke informatie is afhankelijk van de correcte base paring. Die base paring maakt het betrouwbaar kopiëren van DNA mogelijk. Zonder dat zou je niet eens kunnen spreken van een 'erfelijkheidsmolecuul'. Als die base paring niet altijd correct is, ook al is het zeldzaam [2], dan is DNA als drager van erfelijke informatie niet meer 100% betrouwbaar. Er ontstaan mutaties in het DNA. Die mutaties zouden in de loop der generaties kunnen accumuleren. Het DNA zou op termijn degraderen.

Daar komt nog bij –en dat was nieuw voor mij– dat de fout gepaarde bases de 3-D structuur van DNA niet aantasten [3]. Ze passen net zo goed in DNA als de normale base paren. Het is ruimtelijk gezien een normale dubbele helix. De cel kan het niet detecteren als abnormaal DNA. En het 'foute' DNA wordt gewoon door de cel gekopieerd. De 'fouten' zijn erfelijk!

Maar als die muteerbaarheid veroorzaakt wordt de chemische eigenschappen van de 4 bases in het DNA, zijn die 4 bases in DNA evolutionair gezien dan wel geschikt? Zijn ze 'de beste keuze' die evolutie had kunnen maken? De 4 bases zijn immers inherent chemisch instabiel. Dat wil zeggen dat er geen externe oorzaken (bijvoorbeeld radioactieve straling) nodig zijn voor dat soort mutaties. Was er geen beter alternatief? Waren er andere mogelijke bouwstenen voor DNA zonder het probleem van isomeren? De vraag is makkelijk gesteld, het antwoord kan alleen gegeven worden door chemici.

Tenslotte een opmerking over 'goede' en 'foute' base paren. Er is niets inherent 'goed' aan het TA base paar en niets inherent 'fout' aan het TG base paar. Als TG het meest stabiele paar was en TA de uitzondering, dan had dat ook prima kunnen werken in DNA. 

Gezien vanuit de evolutietheorie is 'de keuze' voor de 4 bases in DNA niet perfect uit het oogpunt van stabiliteit, maar gezien vanuit het oogpunt van natuurlijke selectie is een zekere mate van muteerbaarheid van DNA juist essentieel. Dat bewijst niet dat de 4 bases de enige keuze waren, het kan een frozen accident zijn.

Gezien vanuit 'intelligent ontwerp' is de keuze (keuze zonder aanhalingstekens!) voor de 4 bases en 2 base paren een slechte keuze. Zeker gezien het feit dat de ontwerper de bouwstenen zelf kon ontwerpen en dus een 100% perfect ontwerp had kunnen realiseren. Daarbij ga ik er van uit dat de ontwerper niet de bedoeling had om evolutie door mutatie te realiseren (mutability by design) want dat zou onnoemlijk veel leed veroorzaken zoals aangeboren en erfelijke ziektes, kanker en veroudering.

Dit is niet de eerste keer dat ik over problemen met DNA blog, zie hieronder.


Summary


James Watson and Francis Crick appeared to be correct [1] about their suggestion in their famous 1953 paper that isomers of the 4 bases could cause mutations in DNA [4]. It follows that the 4 bases A, T, C, and G are inherently unstable, and can produce the mispairs TG or CA thereby destroying genetic information in the process. Because there are no external factors necessary to cause these mutations, DNA is mutable by design. In other words: evolution, genetic diseases and cancer by design.

H.F. Judson (1996) The Eighth Day of Creation

At first, Watson used the wrong enol configuration of the bases, but Jerry Donohue told him: "But those are the wrong forms". Watson replied: "They are in the textbooks". Donohue replied: "They are far more likely to take the keto forms." When Watson tried the keto forms, he discovered that the 2 pairs AT and GC fit perfectly in the 3-D structure. (page 146 of the 25th anniversary paperback edition of Judson 1996).

So, in the end Watson, Crick and Donohue used the right tautomeric forms, but according to Nature publication discussed above, they now appear to be wrong about the question whether the wrong forms do fit in the 3-D structure of DNA. They do fit, but they are rarely formed. I don't know what was wrong in the reasoning of Watson and Crick at the time. (added 21 Feb 2018)


Noten   

  1. Myron F. Goodman (2018) Smoking gun for a rare mutation mechanism, Nature News and Views, 31 January 2018. (gratis)
  2. "one per thousand to one per million base pairs formed"
  3. "Such mutations would be easily accommodated because tautomeric mispairs do not distort the helical DNA structure." en: "the mismatched pairs had the same geometry as Watson–Crick pairs."
  4. (expanded 22 Feb 2018): Watson, Crick (1953) actually wrote: "It is assumed that the bases only occur in the structure in the most plausible tautomeric forms (that is, with the keto rather than the enol configurations ...". In their follow-up paper they wrote: "We believe that the bases will  be present almost entirely in their most probable tautomeric forms." (but they do not provide any evidence!) and: "For example, spontaneous mutation may be due to a base occasionally occurring in one of its less likely tautomeric forms." (Watson and Crick 'Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid', Nature 30 May 1953).

Vorige blogs over dit onderwerp

13 February 2018

Over het boek van Johan Norberg: 'Vooruitgang, Tien redenen om naar de toekomst uit te kijken'

Johan Norberg © wikipedia

Ik blogde eerder over de Zweedse historicus Johan Norberg naar aanleiding van een aardige maar optimistische en korte lezing in de Brainwash Talks serie. Ik concludeerde dat optimisme eigenlijk wel erg makkelijk en goedkoop is. Maar ik had zijn boek Progress: Ten Reasons to Look Forward to the Future (Vooruitgang, Tien redenen om naar de toekomst uit te kijken) toen nog niet gelezen.

Gezien het feit dat Norberg politiek een liberaal is, was ik nieuwsgierig hoe hij omgaat met klimaat opwarming. Hij heeft een hoofdstuk over 'The Environment'  waarin hij schrijft over het klimaat:
"The burning of fossil fuels, which powered humanity's industrial ascent, also warmed the climate, with a number of detrimental consequences possible during the twenty-first century."
Tot zover goed: klimaatopwarming door menselijke activiteit wordt niet ontkend. Norberg is geen klimaatontkenner. Maar: hij kan het niet laten om de ernst van klimaatopwarming te relativeren door er op te wijzen dat de doom scenario's van jaren geleden niet zijn uitgekomen. etc. Verder citeert hij niet toevallig de Deense statisticus Bjørn Lomborg om zijn optimistische visie te onderbouwen; de Club van Rome (1968: hoe actueel!) wordt bekritiseerd, ze zaten er naast met hun voorspellingen (!), etc. etc. etc.

Johan Norberg (2016)
Vooruitgang, Tien redenen om naar de toekomst uit te kijken

Er wordt pas duidelijk hoe hij écht denkt over klimaatopwarming in de volgende passage:
"But drastic and far-reaching efforts to limit carbon dioxide emissions might be counter-productive. It is not necessarily true that the best way forward is to limit emissions to such an extent as to prevent climate change. What is important is that our climate policies don't hurt our ability to create more wealth ..." (Chapter 6 The Environment, 36/57)
Dus:
  1. we hoeven klimaatopwarming niet volledig tegen te gaan, een beetje is goed genoeg
  2. áls we toch klimaatopwarming moeten bestrijden, dan mag het niet te veel kosten, het mag nooit ten koste van onze welvaart en rijkdom gaan
Met andere woorden: 'de aarde, de mensheid, de natuur redden' is een aardige en sympathieke doelstelling, maar mag niet ten koste gaan van de economie. Ben je dan een klimaat-ontkenner of slechts een klimaat-relativist? Wat mij betreft kunnen we Johan Norberg alsnog indelen bij de klimaatontkenners. Vergelijking: je huis staat in brand, en de brandweer gaat de brand 'een beetje blussen' want we hebben het wel over drinkwater en dat is kostbaar! Dat mag je niet verspillen! Het mag niet te veel kosten! Mijn reactie: je wilt je brandende huis blussen of niet. Je wilt klimaatopwarming  bestrijden of niet.

De rest gaat vaak op een vergelijkbare manier. Illustratief is hoe hij het hoofdstuk The Environment begint: de Great London Smog van 1952! Dat is een slimme zet! Want hoewel het verkeer in London vastloopt, dat soort smog hebben ze niet meer. En het hoofdstuk over voedsel begint hij met de Zweedse hongersnoden. Hongersnoden kennen we niet meer in Zweden. Het hoofdstuk over Sanitation begint met stinkende steden en cholera, tyfus. Dat hebben we niet meer. Dus: vooruitgang! Norberg heeft als historicus het recht om met historische voorbeelden te beginnen. Zoals ik al schreef in mijn vorig blog: zó kan ik ook een optimist zijn. Het is zo wel erg makkelijk. Verrassend is dan weer dat hij Steven Pinker uitgebreid en met instemming citeert in het hoofdstuk over Violence. Steven Pinker is te karakteriseren als progressief, links en humanistisch.
Maar wat volgens mij weer typerend is voor Norberg is dat hij op een tamelijk eenzijdige en bizarre manier kernenergie verdedigt. Dat maakt het boek in plaats van een puur historische studie naar vooruitgang, een politiek boek. [1]
Zijn desinteresse voor het milieu blijkt wel uit het feit dat het woord 'plastic soup' niet voorkomt in zijn boek. [2]

Methodologisch zie ik een probleem om vooruitgang te bewijzen met een zeer slechte (of de allerslechtste?) periode wat betreft voedsel, oorlog of gezondheid. Bijvoorbeeld: mensen aten aardappels met stro omdat ze niets anders te eten hadden. De kindersterfte was hoog, er was structureel honger, vaders, moeders, kinderen stierven jong van honger of cholera en tyfus. Maar had de generatie daarvóór het dan nog slechter? En dáárvoor nog slechter? Evolutionair gezien hebben voldoende mensen voldoende kunnen eten om in leven te blijven en om zich voort te planten. Anders waren wij er niet geweest.
Zijn slechtere periodes niet afgewisseld met bloei periodes?

Ik vind het het Norberg-optimisme schadelijk omdat het de nadelen van de vooruitgang relativeert en onbelangrijk maakt. Maar vooruitgang is nooit gratis. Het gaat bijna altijd ten koste van andere zaken. Vooruitgang ten koste van wat? Hoeveel mag het kosten? Is dit vooruitgang: vlees is goedkoop, vliegen is goedkoop? Waarom is het zo goedkoop? Hoe kan dat? Zijn er misschien nadelen die we over het hoofd zien?
Bijvoorbeeld: we produceren voldoende voedsel om de wereldbevolking te voeden? Nogal makkelijk om optimistisch te zijn, maar zie: Hans van Grinsven en Kees Kooman (2017) Dit is uw land. het einde van een boerenparadijs. Die laten de schaduwkanten zien van onze voedselproductie.

Het is niet dat Norberg geen weet heeft van schaudwkanten. Hij laat gewoon zijn optimisme niet verpesten. Optimisme is een manier om niet te lang stil te staan bij de schaduwkanten van de vooruitgang, zodat je je geen zorgen hoeft te maken. En ik denk ook dat een optimist structureel ongevoelig is voor schaduwkanten van wat dan ook. Het zou je humeur kunnen bederven. Behalve dat optimisten vrolijke mensen zijn, zijn het ook waar-maak-je-je-druk-om types. Vooruitgang is te danken aan mensen die zich zorgen maken.


Noten

  1. toegevoegd 14 feb 2018. Politiek boek: in Nederland zou Norberg een VVD-er zijn. 
  2. toegevoegd 14 feb 2018.  Plastic soup: zijn de hoeveelheden plastic die we produceren, consumeren en weggooien werkelijk vooruitgang??? Is dat plastic zo belangrijk voor onze welvaart? Ieder arm land verlangt naar net zoveel plastic als rijke landen? Is plastic een goede indicator voor het welvaarts/welzijns niveau ?

 

Vorige blogs over dit onderwerp


Uitgeverij Nieuw Amsterdam heeft een vertaling uitgegeven van Norberg's boek: Vooruitgang, Tien redenen om naar de toekomst uit te kijken (2016). Ik heb de Engelse ebook uitgave: 'Progress: Ten Reasons to Look Forward to the Future' (vandaar dat ik geen exacte paginanummers kan geven).