Het lijkt misschien het mooist, of het meest romantisch, als een wetenschappelijke revolutie een radicale omwenteling is. Het ene moment denken mensen nog dat de aarde het middelpunt van de kosmos is; het volgende moment blijkt onze planeet om de zon te draaien. Maar dat is niet wat er de laatste vijftig jaar in de biologie is gebeurd, terwijl het vak wel degelijk radicaal veranderd is.
Het is meer, schrijft Philip Ball in zijn fantastische boek How Life Works, alsof de biologie zich op een schip bevindt dat langzaam afdrijft. „De kustlijn verandert maar langzaam, misschien onmerkbaar, totdat je op een dag opkijkt en beseft dat je op een heel andere plek bent beland waar niets je meer bekend voorkomt.” Een plek waar het DNA onttroond is; het is uit zijn positie als ‘blauwdruk van het leven’ gezet. Al heeft nog lang niet iedereen dat door.
Ball (1962), die zo’n dertig goed ontvangen populair-wetenschappelijke boeken over uiteenlopende onderwerpen op zijn naam heeft (hoe doet die man dat), heeft twintig jaar op de redactie van het wetenschappelijke tijdschrift Nature gewerkt. In de jaren negentig, schrijft hij, voelde hij zich daar als hoofdpersoon Neo in de film The Matrix, als die begint te twijfelen aan de wereld om hem heen. Ball zag steeds glitches, inconsistenties in de biologie waarvan hij dacht: als dit klopt, moet ik misschien mijn hele wereldbeeld veranderen.
Bijvoorbeeld. Tijdens de Nature-redactievergaderingen kwam regelmatig onderzoek ter sprake waarin een gen dat diende voor, zeg, de zwangerschap of het ontwikkelen van ledematen, óók belangrijk bleek bij kanker of het immuunsysteem. Hoe dat kon? De biologen ter redactie erkenden opgewekt: geen idee!
Moordlust
Het is sowieso onmogelijk om vanuit DNA te voorspellen hoe een organisme eruitziet. Maar de visie dat DNA totaal bepaalt wie en wat wij zijn, is vanaf de ontdekking van de dubbelehelixstructuur (in 1953) omarmd, in de wetenschap en daarbuiten. James Watson beweerde graag dat hij samen met Francis Crick het geheim van het leven had ontdekt. (Ball, die in het boek consequent voor achtergestelde vrouwelijke wetenschappers opkomt, noemt de bijdrage van Rosalind Franklin gelukkig wel.) Hobby’s, moordlust, ondernemingszin – vroeger zeiden mensen dat het in je bloed zat, tegenwoordig in je DNA. DNA is het moderne, seculiere equivalent van de ziel.
Maar zeggen dat het geheim van het leven in het DNA zit, is volgens Ball net zoiets als zeggen dat het geheim van Dickens in een zakwoordenboekje zit: kijk, het staat er allemaal in! Het DNA ís geen instructieboek voor het leven, betoogt hij. Genen bepalen niet alles; de echte controle is verspreid over verschillende niveaus (moleculen, cellen, weefsels, hele lichamen), waar allerlei zelf-organiserende processen plaatsvinden die elkaar wederzijds (multicausaal) beïnvloeden en die baat hebben bij flexibiliteit en chaos.
Het klassieke verhaal over genen en DNA is wat kinderen nog steeds op school leren. Dat genen stukjes DNA zijn die coderen voor eiwitten. Het betreffende gen wordt gekopieerd tot een stukje RNA. Dat wordt afgelezen en er wordt een keten van aminozuren gemaakt: het eiwit. Eiwitmoleculen, leer je verder, vouwen op tot een heel specifieke ruimtelijke structuur, waardoor ze in de cel als een soort legoblokje aan andere moleculen kunnen ‘vastklikken’. Zo (en dit is inderdaad een leeg, niets verklarend ‘zo’) zouden de eiwitten stofwisseling, onderhoud en groei van de cel regelen, en de samenstelling van cellen tot weefsels en organen. En de genen dus indirect álles.
Vierhonderdduizend eiwitten
Maar dat één gen codeert voor één eiwit met één functie klopt al niet. Dat zou ook niet handig zijn, want we hebben best weinig genen die voor eiwitten coderen: slechts twintigduizend (net als de één millimeter lange rondworm C. elegans met zijn duizend lichaamscellen). Onze genen coderen in totaal wel voor tachtigduizend tot vierhonderdduizend verschillende eiwitten, doordat DNA niet altijd zo netjes letter voor letter gekopieerd wordt als in het schoolse standaardverhaal: er worden wisselende stukken overgeslagen.
Alleen, dan nog vormen eiwitcoderende genen maar een klein deel van ons DNA. Bij bacteriën codeert 90 procent van het DNA voor eiwitten, bij C. elegans 25 procent, en bij mensen slechts 2 procent – liefst 98 procent dus niet. Dat ‘niet-coderende’ DNA doet wel volop mee: het wordt voortdurend tot RNA-moleculen gekopieerd, die worden soms meteen weer afgebroken, vaak vervullen ze ook allerlei regelfuncties. Hoe ingewikkelder het organisme, hoe kleiner de rol van eiwit-coderende genen en hoe groter de rol van… chaos.
Eiwitten hebben bijvoorbeeld vaak helemaal geen nette functionele legoblokjesstructuur. Bij mensen ligt een derde tot de helft van de eiwitten in de cel als ongeordende spaghettislierten die zich hooguit deels opvouwen bij speciale gelegenheden. De cel is een soepzooitje, waarin moleculen zich de hele tijd (tijdelijk) binden aan wat er toevallig aan andere moleculen in de buurt is. Daarom is het ook zo goed dat er back-up-processen bestaan voor veel wat in en tussen cellen gebeurt en dat moleculen meerdere functies vervullen, betoogt Ball. Chaos geeft flexibiliteit. Als de genen alles heel strak één op één zouden regelen, was ons complexe systeem veel te kwetsbaar.
De keerzijde is natuurlijk dat het Human Genome Project (dat tussen 1990 en 2022 alle drie miljard basenparen van het menselijk DNA in kaart bracht) niet tot de talloze makkelijke medicijnen of gentherapieën voor erfelijke aandoeningen kon leiden waarop in 1990 werd gehoopt. Er is zelden één genvariant per ziekte. Bovendien: leg één stukje DNA plat, en je legt al snel meer plat dan je lief is.
Biologen weten dit allemaal al. Toch wordt DNA op de website van het Human Genome Project nog steeds „nature’s complete genetic blueprint for a human” genoemd. De „blauwdruk van het leven”, zegt ook een voorlichtingsproject voor scholieren van de Rijksuniversiteit Groningen. Terwijl het veel ingewikkelder is. Maar, schrijft Ball, het is niet genoeg om te zeggen dat het veel ingewikkelder is. Het hele verhaal van de biologie moet dringend verbeterd worden, maar we weten nog niet goed hoe. How Life Works is een fascinerende poging tot zo’n nieuw verhaal. Een poging die ontzag wekt, voor Ball én voor het leven zelf.