De fruitvlieg, Drosophila melanogaster, was altijd al het lieverdje van onderzoekers van de erfelijkheid. Met de volledige ontcijfering van zijn DNA ontpopt de vlieg zich andermaal tot het perfecte model voor de mens.
Een beetje opgewonden van trots maakte hij het afgelopen weekeinde bekend: voor Eugene — what’s in a name — Myers, wiskundige bij het Amerikaanse bedrijf Celera, was het dan ook niets minder dan een revanche.
Toen Myers en zijn collega’s twee jaar geleden voorstelden om de ontcijfering van de genetische code van de mens op een snellere en veel goedkopere manier aan te pakken, was scepsis alom hun deel. Bij ingewikkelde organismen als de fruitvlieg of de mens was zijn methode niet te gebruiken, meenden erfelijkheids-onderzoekers. Zo complex was de puzzel, dat Myers computerprogramma’s er nooit uit zouden komen.
Dus vervolgden andere genetici de weg die zij waren ingeslagen: met een weliswaar tragere methode, maar wel een die vier jaar later zeker zou leiden tot resultaat.
Myers wraak was dus zoet, toen hij zijn succes tijdens een congres in de Amerikaanse stad Washington mocht melden: het DNA van de fruitvlieg is op een oor na gevild. Het werk voldoet aan alle eisen die eraan kunnen worden gesteld — sterker nog, het resultaat is beter dan hij zelf tevoren had voorspeld.
Met dit succes op zak oogt de toekomst bovendien rooskleurig: wat bij de fruitvlieg lukt, zal vrijwel zeker ook bij het menselijk DNA gaan lukken. Dus had de menselijke code wel degelijk sneller, en miljarden guldens goedkoper, kunnen worden gekraakt.
Het is ruim een jaar geleden dat de ontrafeling van het menselijk DNA veranderde in een race.
In baan 1 liep een groep van Amerikaanse en Europese universiteiten, die met geld van belastingbetalers aan weerszijden van de oceaan al negen jaar werkten aan het ‘Humaan-Genoomproject’. De tijd was deels besteed aan het uitdokteren van een methode om de klus snel en goedkoop te klaren. Pas vorig jaar viel de beslissing er op volle kracht tegenaan te gaan.
Bij drie Amerikaanse universiteiten en het Britse Sanger Centre braken sindsdien robots eindeloze rijen DNA-codes uit. Mede om het werk aan de superpuzzel over meerdere plekken ter wereld te kunnen verdelen, werd hij eerst in tienduizenden kleine deelpuzzels gehakt. Pas als die afzonderlijk zijn opgelost, worden de deelpuzzels weer tot één geheel gesmeed.
Begin december vierden de onderzoekers hun laatste feestje: chromosoom 22, de eerste van 24, was (vrijwel) geheel voltooid.
Het team in baan 2 werd geleid door Craig Venter, een erfelijkheidsonderzoeker met een grote naam. Al jaren specialiseerde hij zich, met succes, in manieren om de erfelijke code sneller dan gebruikelijk te kraken.
Toch was hij onder collega-onderzoekers niet populair. Zijn wat hoekige karakter had daar maar zijdelings mee te maken. Wat hem vooral kwalijk werd genomen, was zijn ongegeneerde voorkeur voor particulier kapitaal. In plaats van mee te werken aan een publieke, voor elke onderzoeker vrij toegankelijke databank met menselijke genen, ontpopte hij zich tot ambitieuze ondernemer, die geld wilde verdienen aan wat velen zien als een collectieve zaak: het menselijk DNA.
Duizenden patenten op menselijke genen zijn al aangevraagd door bedrijven die door Venter werden opgericht. Op Wall Street stijgen hun aandelen inmiddels tot astronomische hoogte, omdat ze die patenten voor miljoenen aan farmaceutische industrieën doorverkopen. De onderzoeker zelf heeft inmiddels een miljoenenvermogen op de bank.
Het gevecht om de eerste plaats draait deels om prestige: bij verlies komt het Humaan-Genoomproject lelijk in zijn hemd te staan: niet alleen kost hun poging een veelvoud van wat Venter denkt uit te geven, zij hebben zelf hun neus voor zijn methode opgehaald.
Maar op de achtergrond speelt ook een strijd om patenten, waarin niet alleen de einduitslag telt. Elk gen dat met publiek geld in openbaar gemaakt, stelt universitaire onderzoekers in staat eerder dan bedrijven patenten aan te vragen. Venter zelf houdt — tot zijn patenten veilig zijn — de DNA-volgorde in zijn mouw.
De methode-Venter gokt op brute kracht — van biologen, maar minstens zoveel van computers. In plaats van op vele plaatsen duizenden deelpuzzels op te lossen, gaat Venter in één bedrijf, Celera, het geheel te lijf.
Een aantal strengen met alle drie miljard genetische letters wordt in miljoenen flarden geschoten, waarvan de uiteinden stuk voor stuk door driehonderd DNA-leesrobots worden ontcijferd. Dan wordt de boel overgedragen aan computer-programmeurs. Met ‘s werelds op één na snelste computer zoeken zij naar plekken waar de losse eindjes overlappen, om zo één complete streng aan elkaar te rijgen.
Toen Venter in het voorjaar van 1999 zijn fabriek voor de mens had ingericht, ontbrak nog maar één ding: een overzichtelijk proefproject, om de machinerie warm te draaien.
Dat het oog viel op de fruitvlieg is niet verbazend. Al sinds het begin van deze eeuw is Drosophila het lieverdje van genetici. Met elke tien dagen driehonderd nakomelingen is de vlieg hun ideale proefkonijn. Dat genen liggen op de chromosomen bleek in 1916 uit fruitvlieg-onderzoek. En fruitvliegen bewezen in 1927 dat röntgen-straling voor schadelijke mutaties zorgt. Sindsdien is elk detail over de embryonale ontwikkeling, de bouw, het gedrag en de verspreiding van de vlieg uitgezocht.
Aan Amerikaanse en Europese universiteiten waren onderzoekers al tien jaar bezig met hun eigen ‘Fruitvlieg-Genoomproject’ — op de manier die hun collega’s gebruiken voor de mens. Een vijfde van de 140 miljoen letters hadden ze inmiddels verzameld, en het eind zou zeker nog een paar jaar op zich laten wachten. Dus nam Berkeley-onderzoeker Gerald Rubin, tot ergernis van collega-onderzoekers, het gratis aanbod van Venter met beide handen aan. Terwijl afgelopen zomer Venters apparaten hun kinderziekten overwonnen, spuugden zij en passant, steeds sneller, genetische codes van de fruitvlieg uit. “Per dag produceerde Celera ongeveer vijfhonderd keer zo veel letters als ik in de vier jaar van mijn promotie-onderzoek,” grapte Rubin deze week.
Vier maanden later waren drie miljoen puzzelstukjes afgelezen. Het kostte de computer toen nog maar 167 uur om de juiste volgorde te vinden.
Het resultaat voldoet aan alle gebruikelijke eisen. Ruim 97 procent van alle betekenisvolle stukken DNA is bekend, de ontbrekende stukjes kunnen door Rubin en collega’s snel worden aangevuld. De lettercode is zeer nauwkeurig: op relevante plaatsen is hooguit één op de honderdduizend letters verkeerd, tien keer beter dan de norm.
In totaal blijkt fruitvlieg-DNA 140 miljoen letters te bevatten — 15 procent meer dan verwacht. Computerprogramma’s herkenden in de letterbrij tot nu toe 13601 genen, de helft ervan nog volledig onbekend. In een oogwenk vonden onderzoekers daartussen waardevolle genen, waarnaar ze jaren hadden gezocht — zoals de fruitvlieg-variant van p53, het belangrijkste kanker-gen bij de mens. Toen ze van driehonderd erfelijke ziekten het al bekende menselijke gen bekeken, bleek zestig procent een tweelingbroertje in de fruitvlieg te hebben.
In een klap kunnen fruitvlieg-onderzoekers voor jaren vooruit — vaak zonder nog een stap in hun laboratorium te zetten: de PC op hun bureau biedt mogelijkheden genoeg.
Inmiddels dendert de trein van Celera alweer verder. Vijf maanden knagen de machines al op menselijke DNA-codes, gemiddeld twee miljard letters per maand. Om de 25 keer zo grote puzzel op te lossen, zijn twintig tot dertig miljard letters nodig. Wanneer het project op stoom blijft, kan dus nog dit najaar een bevredigende versie van het menselijk DNA worden verwacht.
Aan het front van het Humaan-Genoomproject wordt het gaandeweg stiller. De internet-site waarop tot voor kort de dagelijkse voortgang werd bijgehouden, is na 28 januari niet meer ververst. Op dat moment was 16 procent van het DNA nauwkeurig afgelezen, en nog eens 38 procent ‘in klad’, met een precizie die nog niet aan de norm voldoet. Men hoopt nog voor de zomer een ‘complete kladversie’ bekend te maken — een aankondiging die voor Amerikaanse belastingbetalers althans de schijn zal ophouden dat hun te dure dollars tenminste naar de winnaar zijn gegaan.
Maar daarna zal men de prijs voor die manoeuvre betalen: een deel van het werk moet overnieuw, zodat de definitieve versie niet voor 2003 kan worden verwacht.
Tegen die tijd is de rest van de wereld al weer verder — en heeft Celera waarschijnlijk alweer een paar extra diersoorten gedaan.