Читать книгу Mennesket - Peter K. A. Jensen - Страница 4

Livets hemmelighed blev afsløret lørdag formiddag den 28. februar 1953 i Cavendish-laboratoriet i Cambridge, England. Den formiddag faldt de sidste brikker på plads for amerikaneren James D. Watson og englænderen Francis Crick, og de kunne offentliggøre deres model af DNA-molekylets struktur, en dobbeltspiral – den senere så berømte Watson-Crick-model, der betegnede et klimaks i genetikkens udvikling (figur 1-1).

Næsten 50 år senere, mandag den 26. juni 2000, indtrådte et nyt klimaks, da USA’s præsident Bill Clinton og Englands premierminister Tony Blair samtidig annoncerede færdiggørelsen af den første version af den komplette kode i menneskets arvemasse. Bill Clinton udtalte ved den lejlighed: “I dag har vi lært det sprog, hvormed Gud skabte livet. Med denne fundamentale nye indsigt er menneskeheden ved grænsen til at erhverve ufattelige nye kræfter til at helbrede”.

En vigtig egenskab ved Watson-Crick-modellen er, at den umiddelbart giver svar på to af biologiens ældste mysterier: Hvordan arvelig information er lagret, og hvordan den bliver kopieret. DNA-molekylet er nøglen til naturen af alle levende ting. Det lagrer den arvelige information, der videregives fra én generation til den næste, og det dirigerer cellens ufattelig komplicerede verden. DNA-molekylet rummer med Cricks egne ord selve hemmeligheden om livet.

Watson-Crick-modellen gør en ende på en debat, der er lige så gammel som menneskeheden: Har livet en eller anden magisk eller mystisk essens, eller er det et produkt af normale fysiske og kemiske processer? Er der ved cellen noget iboende guddommeligt, der gør den levende? Watson-Crick-modellen besvarede dette spørgsmål med et definitivt nej.

Charles Darwins evolutionsteori om naturlig udvælgelse, der blev offentliggjort i 1859, viste, hvordan alle livsformer er beslægtede, og det var et stort skridt fremad i vores forståelse af verden i materialistiske (fysisk-kemiske) termer. Ligeså var de gennembrud, som biologerne Theodor Schwann og Louis Pasteur skabte i anden halvdel af det 19. århundrede: Deres forsøg viste, at råddent kød ikke spontant kunne give ophav til liv (i dette tilfælde maddiker). Almindelige biologiske fænomener, i dette tilfælde æglæggende fluer, var ansvarlige for maddikerne. Den ældgamle idé om spontan skabelse var død.

DNA-dobbeltspiral vist skematisk.

På trods af det ovenstående trivedes forskellige former af vitalisme – troen på at fysisk-kemiske processer ikke alene kan forklare livsprocesserne – i bedste velgående i 2. halvdel af 1800-tallet. Selv mange biologer, der ikke uden videre kunne acceptere naturlig udvælgelse som alene bestemmende for opståelsen af evolutionære linjer, opererede med en dårlig defineret overordnet spirituel kraft, der var ansvarlig for de forskellige livsformer.

Derfor var Watson-Crick-modellen så vigtig. Den bragte klarhed over, hvordan en celle fungerer. Den intellektuelle rejse, der var begyndt med Kopernikus (1473-1543), der fjernede mennesket fra Universets centrum, og som fortsatte med Darwins insisteren på, at mennesker blot var modificerede aber, havde endelig fokuseret ind på selve livets essens. Og der var intet specielt ved det. Dobbeltspiralen er en elegant struktur, men dens budskab er fuldstændig prosaisk: Livet er ganske enkelt et spørgsmål om kemiske processer.

Ingen kunne have forudset den kolossale indvirkning af Watson-Crick-modellen på videnskaben og samfundet. Indlejret i molekylets yndefulde kurver ligger nøglen til livets hemmelighed og til en helt ny videnskab, molekylærbiologien, der over de efterfølgende 50 år har givet os en forbløffende række af indsigter i fundamentale biologiske processer. Lige så betydningsfuld har indvirkningen været på lægevidenskaben, fødevareproduktionen og på retssystemet. DNA er ikke længere noget, der kun interesserer hvidklædte forskere i obskure universitetslaboratorier; det vedkommer os alle.

Menneskets arvemasse (det humane genom) rummer nøglen til at forstå, hvorfor vi er mennesker. Det er så at sige “Livets Bog”. Det befrugtede æg fra et menneske og en chimpanse er, i det mindste fra en overfladisk betragtning, fuldstændig ens. Men det ene æg indeholder menneskets arvemasse og det andet chimpansens arvemasse. I hvert af de to befrugtede æg er det DNA-molekylerne, der er ansvarlige for den helt ekstraordinære transformation fra en enkelt, relativ simpel celle til det ekstremt komplekse voksne individ, der for menneskets vedkommende består af 100.000.000.000.000 celler. Men kun chimpansegenomet kan lave en chimpanse, og kun menneskegenomet kan lave et menneske.

DNA er kommet et langt stykke fra den lørdag formiddag i Cambridge. Men der er lang vej igen: Det genetiske grundlag for mange af de “store folkesygdomme” (sukkersyge, åreforkalkning, forhøjet blodtryk, skizofreni m.fl.) er endnu i det store og hele ukendt; kræft er stadig vidtgående en uhelbredelig sygdom; effektiv genterapi er endnu ikke udviklet; rekombinant DNA-teknologi mangler endnu at vise sit fulde potentiale til at forbedre vore fødevarer. Men alle disse ting vil med sikkerhed komme i tiden fremover.

Den moderne genetik grundlægges af Mendel

Det var William Bateson, der i 1909 navngav videnskaben om arv genetik, men det er Johann Gregor Mendel (1822-1884), munk ved augustinerklosteret i Brno i det nuværende Tjekkiet, der anerkendes som den moderne genetiks grundlægger. Mendel udførte forsøg med ærteplanter, og han erkendte herved som den første eksistensen af arveanlæg som særskilte enheder, Elemente, der fordeles på regelmæssig måde fra forældre til afkom. Mendel opdagede med andre ord de lovmæssigheder, der styrer nedarvningen af simple egenskaber. Mendel præsenterede sine resultater ved to foredrag i det lokale naturhistoriske selskab, og et år senere publicerede han resultaterne i selskabets tidsskrift under overskriften: “Versuche über Pflanzen-Hybriden”. Selvom han sendte kopier af sin artikel til fremtrædende videnskabsfolk i Europa, blev han fuldstændig ignoreret af sin samtid. Betydningen af Mendels opdagelse blev først klar, da tre forskere, den hollandske plantefysiolog Hugo de Vries (1848-1935), den tyske botaniker Carl Correns (1864-1933) og den østrigske planteforædler Erich von Tschermak (1871-1962) i år 1900 uafhængigt af hinanden genopdagede Mendels arbejde.

Genopdagelsen af Mendels arbejde var den virkelige begyndelse på den moderne genetik, men alle tre ovennævnte erkendte, at deres resultater var opnået 35 år tidligere af Mendel. I respekt for og anerkendelse af Mendels betydning anvendes ordet mendelsk både om forskellige nedarvningsmønstre, og om de sygdomme, der skyldes mutationer i enkelte gener. Essensen af Mendels arbejde er, at han opdagede, at det var specifikke faktorer (de senere gener), der nedarves, og hvordan denne nedarvning foregik. Årsagen til miskendelsen af hans resultater var formentlig, at hans love om nedarvning blev udviklet på et rent abstrakt grundlag. Gener kendte man intet til, og selvom man kendte til kromosomer (der første gang var blevet iagttaget af W. Hoffmeister i 1848), havde man endnu ikke iagttaget deres karakteristiske opførsel i tilslutning til celledelingen (se kapitel 2).

Genopdagelsen af Mendels arbejde skabte med ét klarhed over de simple nedarvningsmønstre (dominant, vigende) for almindelige egenskaber. Den første nedarvede egenskab, der blev erkendt som sådan, var alkaptonuri, der blev beskrevet af William Bateson og Archibald Garrod i begyndelsen af 1900-tallet. Alkaptonuri er en godartet tilstand, der skyldes mangel på leverenzymet homogentisinsyre; personer med alkaptonuri kan derfor ikke nedbryde homogentisinsyre, der udskilles i urinen. Homogentisinsyre iltes nemt til et sort pigment, hvorfor urinen fra personer med alkaptonuri bliver sort, når den udsættes for atmosfærens ilt.

Det var endvidere i år 1900, at de første blodtyper, der alle følger mendelske nedarvningsmønstre, blev kendt, idet østrigeren Karl Landsteiner opdagede ABO-systemet. I 1911 opdagede amerikaneren E.B. Wilson, at genet for farveblindhed fandtes på X-kromosomet. Farveblindhed nedarves i overensstemmelse hermed såkaldt kønsbundet (se figur 1-2).

Tiden før Mendel

Filosoffer fra det antikke Grækenland, bl.a. Hippokrates og Aristoteles, mente, at væsentlige menneskelige karaktertræk, såsom skaldethed, skelen og øjenfarve blev bestemt af sæden, der anvendte menstruationsblodet som et dyrkningsmedium og livmoderen som inkubator. Hippokrates mente, at sæd blev dannet fra skummet af det cirkulerende blod og som sådan blev dannet overalt i kroppen. De græske filosoffer udledte heraf, at fordi sæden kom fra manden, var mandens blod den bestemmende faktor, der dannede bro mellem generationerne. Disse synspunkter var fremherskende indtil 1600-tallet, hvor hollænderen Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) opdagede eksistensen af sædceller (vermiculi, latin for “små orm”) i sæden. Da sædceller var meget forskellige i udseende fra blodets celler, konkluderede Leeuwenhoek, at sæden ikke kunne stamme fra blodet. I begyndelsen af 1800-tallet blev ægceller første gang observeret, og dette kunne forklare, at også kvinder kunne videreføre egenskaber til afkommet. Denne antagelse blev endeligt bekræftet i 1875, da den tyske biolog Oskar Hertwig (1849-1922) iagttog befrugtningsprocessen hos søpindsvin og så, at der i denne forbindelse sker en sammensmeltning af ægcellens og sædcellens kerner.

To teorier om nedarvning dominerede perioden før den moderne genetiks gennembrud. Begge var baseret på ren spekulation og savnede ethvert videnskabeligt grundlag. Den ældste er teorien om pangenese, der blev udviklet i det antikke Grækenland af Hippokrates. Pangenese gik ud på, at nedarvningen af egenskaber afhang af påvirkninger formidlet af små partikler – gemmulae – rundt omkring fra hele legemet; det menneskelige foster blev stykket sammen af et sæt af disse miniaturekomponenter. Englænderen Charles Darwin (1809-1882), der især er kendt for udviklingsteorien baseret på naturlig udvælgelse, genoplivede teorien i en modificeret form (se videre nedenfor). Darwin var samtidig med Mendel, men han havde intet kendskab til sidstnævntes arbejde. Den store danske genetiker, Wilhelm Johannsen (1857-1927) opponerede kraftigt mod Darwins teori, der efter Johannsens mening var grebet ud af luften. Det var i øvrigt Johannsen, der i 1909 indførte ordet gen for Mendels Elemente. Siden er “gen” blevet den internationale betegnelse for arveanlæg.

Den anden teori, præformationsteorien, er yngre end teorien om pangenese. Præformationsteorien sagde, at enten æg- eller sædcellen (hvilken af de to gav anledning til heftig debat) indeholdt et komplet præformeret individ i miniatureform kaldet en homunculus (latin for “lille menneske”). Fosterudvikling var derfor blot et spørgsmål om vækst. Selv Leeuwenhoek mente at kunne se konturerne af det menneskelige legeme i hver lille vermiculus. Leeuwenhoek var dog ingenlunde den første (eller sidste) videnskabsmand, der så, hvad han søgte, men som ikke var der: Leeuwenhoek så ikke en homunculus i sit mikroskop, han forestillede sig det. Homunculushypotesen antog, at sædcellen (eller ægcellen) var organiseret som et sæt af små æsker, den ene inden i den anden. Nogle sædceller indeholdt en lille pige, andre en lille dreng. Afhængigt af hvilken af de to typer, der først nåede sit bestemmelsessted i kvindens legeme under seksualakten, ville resultatet blive en dreng eller en pige. I begyndelsen af 1800-tallet havde forbedrede mikroskoper, der tillod direkte iagttagelse af bl.a. æg- og sædceller, slået præformationsteorien ud, mens pangeneseteorien som ovennævnt var mere sejlivet.

Den store svenske naturforsker Carl von Linné (1707-1778) klassificerede alle verdens skabninger i sit store værk Systemae Naturae, der udkom første gang i 1735. Ifølge Linné var alle arter skabt af Gud som noget konstant og uforanderligt. Linné beskrev og systematiserede de enkelte arter, men han interesserede sig ikke for variationer inden for arten. Interessen herfor kom først, da man forlod dogmet om arternes konstans og fremsatte den hypotese, at arterne i deres nuværende form var skabt gennem en gradvis udvikling fra laverestående former gennem en evolution. Den franske naturalist Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) var den første, der fremsatte evolutionstanken, og han var således også den første, der definitivt brød med tanken om en skaberakt.

Mens man tidligere opfattede dyrenes anatomiske opbygning som det primære og mente, at dyrene sekundært opsøgte det miljø, der passede bedst til deres anatomi, gør Lamarck sig til talsmand for den stik modsatte opfattelse: Miljøet er det primære, og dyrene og deres organer tilpasses sekundært til dette miljø. Langvarige miljøpåvirkninger giver en gradvis ændring af et organ i gunstig retning, og ændringen videreføres fra generation til generation. Jf. giraffens lange hals, der er opnået efter dyrets stadige søgen efter føde højt i trætoppene. Dette, at miljøet kan fremkalde en retningsbestemt ændring af genotypen (anlægspræget), er siden blevet betegnet lamarckisme. Lamarckisme er en fejlagtigt teori om, hvordan udviklingen forløber, men Lamarck og hans samtidige kendte intet til mutationer, der er tilfældige og uforudsigelige ændringer i arvemassen. Selv Darwin, der var den egentlige udformer af evolutionsteorien, kunne ikke forklare, at en forudsætning for at udviklingen skal fortsætte er, at der hele tiden skabes nye variationer (mutationer). Dette kendte Darwin ikke noget til. Han forfaldt derfor indimellem til lamarckistisk tankegang. Han kaldte som ovennævnt sin egen lamarckisme for pangenese, og faktorerne, der skulle videreføre den arvelige information, for pangener.

August Weismann var den første, der argumenterede mod lamarckismen, idet han fremførte, at kun kønsceller, og ikke legemsceller, kan videreføre arvemassen. Derfor kunne egenskaber erhvervet i individets levetid ikke videreføres til de efterfølgende generationer. I 1890’erne udførte Weismann forsøg, hvor han skar halen af adskillige generationer af mus. Ifølge Darwins pangenese skulle de haleløse mus producere pangener, der signalerede “ingen hale”, hvorfor deres afkom skulle fødes haleløse. Men Weismanns haleløse mus blev ved med at føde mus med hale.

Problemet om den variationsskabende mekanisme blev ikke løst, før man lærte mere om de love, der behersker nedarvningen af egenskaberne fra generation til generation. Løsningen måtte vente på den moderne genetiks udvikling, der som tidligere nævnt starter med Mendel, men først tager fart fra år 1900. Bl.a. den førnævnte danske genetiker Wilhelm Johannsen leverede afgørende evidens mod lamarckismen.

Kromosomerne er bærere af generne

Det kan nævnes, at genopdagelsen af Mendels arbejde og de resultater, der fulgte i kølvandet herpå, skabte en voldsom interesse for den sociale betydning af genetikken. Især var der i befolkningen en stigende bekymring over den byrde, der blev pålagt samfundet af det, der siden hen kom til at hedde de “degenererede klasser” – beboerne af fattighuse, sindssygeanstalter m.m.

Francis Galton, fætter til og ven af Darwin, er især kendt for at have indført statistisk metode i genetikken, og han skabte herved bl.a. grundlaget for populationsgenetikken. Men Galton blev også inspireret af Darwins Arternes oprindelse (1859) til at starte et socialt og genetisk korstog, som i det lange løb fik de velkendte katastrofale konsekvenser i Europa i 1930’erne og 1940’erne. I 1883, året efter Darwins død, gav Galton sin bevægelse navnet eugenik (“god ved fødslen”).

I de første tre årtier af det 20. århundrede skete der flere bemærkelsesværdige fremskridt: Det blev således allerede i 1902 erkendt, at kromosomerne er bærere af arvemassens enheder (generne). Æren herfor tilfalder i lige grad den amerikanske student Walter Sutton ved New Yorks Columbia universitet og tyskeren Theodor Boveri; de to nåede til samme erkendelse uafhængigt af hinanden ved at studere kromosomernes adfærd under celledelingen. Deres resultater skabte Sutton-Boveri-teorien om kromosomal nedarvning.

Udviklingen tog for alvor fart, da amerikaneren Thomas Hunt Morgan (1866-1945) og hans studenter (“Morgans boys”) startede deres berømte arbejde ved Columbia-universitetet i New York med bananfluen, Drosophila melanogaster. Morgan var i begyndelsen skeptisk over for kromosomteorien, men hans forsøg, der blev indledt i 1907, beviste ikke desto mindre Sutton-Boveri-teorien. Morgan udførte i sit berømte “fly room” en række epokegørende forsøg, der på overbevisende måde demonstrerede, at generne findes på kromosomerne, hvor de er ordnet lineært som perler på en snor. Morgan og hans “drenge” udarbejdede metoder til kortlægning af genernes indbyrdes afstande på kromosomerne. Morgans navn lever videre i den internationale betegnelse for genetisk afstand, centimorgan.

DNA er arvemassen

På trods af Morgans epokegørende opdagelser forblev arvemassens kemiske natur længe uafklaret. Der var således betydelig skepsis omkring opfattelsen af DNA som arvemassen, idet man mente, at DNA-molekyler var alt for simple og uvarierede i deres opbygning til at kunne have en så grundlæggende betydning som den at være bærere af den biologiske arv.

Opdagelsen af nukleinsyrer (DNA og RNA, se kapitel 2) var allerede sket i 1869 og tilskrives den schweiziske kemiker Johann Friedrich Miescher (1844-95). Under et studieophold i Tübingen i det sydlige Tyskland isolerede Miescher fra pusvædede bandager (der indeholder store mængder hvide blodlegemer), som han havde fået fra et lokalt hospital, et hidtil ukendt stof, som han kaldte nuclein (efter nucleus, latin for kerne). Miescher fandt senere ud af, at hans nuclein udelukkende fandtes i kromosomerne. Dette sammen med studier af kromosomernes adfærd under celledelingen og i forbindelse med befrugtningen var baggrunden for, at den tyske biolog Oskar Hertwig, der er nævnt ovenfor, foreslog, at nuclein er ansvarlig for videreførelsen af arvelige egenskaber til næste generation, hvilket omkring århundredeskiftet blev den almene opfattelse. Nogle, som Miescher, var dog af den opfattelse, at nucleinet ikke kunne være det arvebærende stof. Han anså i stedet proteiner – med deres mangfoldige muligheder for at antage forskellige former – som mere sandsynlige kandidater til denne funktion. Denne opfattelse blev af forskellige grunde dominerende indtil midten af det 20. århundrede.

Omkring år 1900 blev det klart, at nukleinsyrer er opbygget af fosfat, kulhydrat og kvælstofholdige baser. De kemiske analyser viste videre, at både DNA og RNA indeholder fire forskellige kvælstofholdige baser, hvoraf tre (adenin (A), guanin (G) og cytosin (C)) er fælles for de to nukleinsyrer, mens den fjerde base er thymin (T) i DNA, men uracil (U) i RNA. Analyserne viste desuden, at de tre komponenter kulhydrat, fosfat og base er kemisk bundet til hinanden i nukleotider, der danner grundstenen i begge nukleinsyrer (se videre i kapitel 2). Dette faktum kombineret med andre analyseresultater, der viste, at de fire baser forekom i nogenlunde lige store mængder i nukleinsyrerne dannede grundlag for den antagelse, at nukleinsyrer var relativt kortkædede og simple molekyler med en ensformig gentagelse af de fire nukleotider, AGTCAGCTAGCTAGCT osv.

Opfattelsen af DNA som ret simpelt opbyggede molekyler bidrog meget væsentligt til at fastholde det synspunkt, at arveanlæg består af komplicerede proteiner, og at DNA kun har en underordnet funktion i cellekernen. Men i 1944 udgav østrigeren Erwin Schrödinger en bog med titlen “What is life”, der fik en væsentlig betydning for den videre tænkning omkring arvemassens natur. I bogen argumenterede Schrödinger for, at livet kunne forstås som opbevaring og videreførelse af biologisk information. Kromosomer var simple bærere af information, og denne information måtte på grund af den meget store mængde være skrevet ind i en kode i kromosomernes molekyler. For at forstå livet var det derfor nødvendigt at identificere molekylerne og bryde deres kode.

Samme år, i februar 1944, kom der et eksperimentelt gennembrud, da den amerikanske mikrobiolog Oswald Avery (1877-1955) på baggrund af bakterieforsøg kunne konkludere, at gener består af DNA. Avery havde i virkeligheden gentaget nogle forsøg, der allerede var foretaget i 1928 af den engelske mikrobiolog Frederick Griffith, som det var lykkedes at omdanne – transformere – harmløse pneumokokbakterier til sygdomsfremkaldende bakterier ved at udsætte dem for stof udvundet fra døde bakterier tilhørende en sygdomsfremkaldende stamme. Averys fortjeneste var, at han påviste, at det pågældende stof – det transformerende princip – var DNA.

I 1952 udførtes endnu en berømt forsøgsrække, der dokumenterede, at DNA var det stof, som arvemassen var opbygget af. Bakteriologen Alfred Hershey (1908-1997) og hans medarbejder Martha Chase (f. 1930) påviste, at der ved infektion af bakterier med virus sker en overførsel af virus’ DNA til bakteriernes indre, mens deres proteiner forbliver udenfor.

Det endelige bevis for, at DNA er arvemassens kemiske grundlag kom i 1953 med Watson og Cricks dobbeltspiralmodel (Watson-Crick-modellen). Et par år forinden havde østrigeren Erwin Chargaff påvist, at de fire kvælstofholdige baser faktisk forekom i meget forskellige mængdemæssige forhold i DNA fra forskellige arter. Chargaff påviste dog en påfaldende regelmæssighed, idet mængden af adenin og thymin på den ene side og guanin og cytosin på den anden side altid forekommer i et forhold på 1:1. Denne såkaldte Chargaffs regel fandt sin forklaring i de baseparringsregler, som Watson og Crick lagde til grund for deres model af DNA-molekylets dobbeltspiral-struktur.: DNA består af en dobbeltspiral af to nukleotidkæder (DNA-strenge), der holdes sammen af svage bindinger mellem modstående baser, der danner par, adenin med thymin og guanin med cytosin (se figur 2-2). Modellen viste, hvordan DNA kan rumme en kolossal variation i rækkefølgen af molekylets basepar og samtidig – takket være de kemisk bestemte baseparringsregler – danne grundlag for en meget præcis opformering (replikation) af et DNA-molekyle til to identiske dattermolekyler.

Tiden efter Watson-Crick-modellen

Med Watson-Crick-modellen i 1953 var en helt ny videnskabelig disciplin, den molekylære biologi, blevet født. De følgende fem årtier er blevet anvendt til en opnå detaljeret kendskab til strukturen og funktionen af menneskets arvemasse, en udvikling, der for et par år siden kulminerede med den fuldstændige kortlægning af rækkefølgen af det nukleære DNA’s 3,2 milliarder nukleotider (det Humane Genom-Projekt).

Midt i 1960’erne var den genetiske kode blevet klarlagt, og det stod klart, hvordan arvemassen og cellerne grundlæggende fungerer. I 1970’erne udvikledes teknikker til at manipulere DNA-molekylet (rekombinant DNA-teknologi) og til at bestemme rækkefølgen af basepar i DNA (DNA-sekventering). Det blev nu muligt at klistre forskellige DNA-molekyler sammen (enten tilhørende samme art eller forskellige arter), og vi mennesker behøvede ikke længere passivt at iagttage naturen fra sidelinjen; vi blev i stand til selv at manipulere naturen på en unik måde, der tillod os at afsløre dets inderste hemmeligheder. Vi fik også mulighed for at forstå genetiske sygdomme, som cystisk fibrose og cancer; retsvæsenet blev revolutioneret ved indførelsen af metoder til at afsløre genetiske fingeraftryk; vi blev i stand til at forbedre fødevarer med en effektivitet, vi tidligere ikke havde kunnet drømme om. Og måske vigtigst af alt: Vores ideer om menneskets oprindelse og om, hvad der gør os til mennesker måtte fundamentalt revideres. Det er vores DNA, der adskiller os fra alle andre arter og som gør os kreative, bevidste, dominerende og destruktive. Med kortlægningen af menneskets arvemasse har vi med ét menneskets instruktionsmanual.

Den arvelige sygdom seglcelleanæmi kan illustrere potentialet ved den nye erkendelse, som udviklingen af den molekylære biologi, repræsenterer. Seglcelleanæmi var den første arvelige sygdom, der blev karakteriseret fuldstændigt på det molekylære plan, og sygdommen er siden blevet skoleeksemplet på en “molekylær” sygdom. Seglcelleanæmi er en arvelig form for blodmangel, der er udbredt i tropiske egne af Afrika og dele af Asien. I dag ved vi, at sygdommen skyldes mutationer i et af de gener, der koder for de to typer af globin (α-globin og β-globin), der tilsammen opbygger hæmoglobin (se figur 1-3). Hæmoglobin, der findes i store mængder i de røde blodlegemer, er bl.a. ansvarlig for ilttransporten fra lungerne og ud i vævene.

FAKTABOKS OM HÆMOGLOBIN

Hæmoglobin (Hb) er en tetramer bestående af to α- og to non-α-globin polypeptidkæder, hvor der til hver er bundet et jernholdigt hæm-molekyle. Hos mennesket kendes seks forskellige globin-polypeptidkæder, der indgår i dannelsen af hæmoglobin: α, β, γ, δ, ε og ζ. α- og ζ-kæderne består hver af 141 aminosyrer, β-, γ-, δ- og ε-kæderne af 146 aminosyrer.

HbA (α₂β₂) udgør hovedbestanddelen af hæmoglobinet hos voksne, sædvanligvis omkring 97 % af den totale mængde hæmoglobin; resten består af HbA₂ (α₂δ₂). HbF (α₂γ₂), føtalt hæmoglobin, udgør 50-85 % af alt hæmoglobin hos den nyfødte, men ved 3-4 års alderen er mængden reduceret til under 1 %.

Seglcelle-hæmoglobin (HbS) består som HbA af to α- og to β-kæder, men β-kæden er ændret i aminosyreposition 6, hvor glutaminsyre er udskiftet med valin. Til grund herfor ligger en ændring af et enkelt nukleotid i β-globin-genet.

De otte første aminosyrer i henholdsvis β^A- og β^S-kæden:

β^A: histidin – valin – leucin – threonin – prolin – glutaminsyre – glutaminsyre – lysin –

β^S: histidin – valin – leucin – threonin – prolin – valin – glutaminsyre – lysin –

Individer med hæmoglobintypen α₂β^A₂ (genotype AA) har normalt hæmoglobin, mens individer med typen α₂β^S₂ (genotype SS) er homozygot for seglcelle-allelen og vil udvikle livstruende blodmangel (seglcelleanæmi). I den heterozygote tilstand (α₂β^Aβ^S, genotype AS) medfører allelen det såkaldte seglcelletræk, hvor individet bl.a. er delvist beskyttet mod malaria.

Vandring af β^A- og β^S-kæderne i et elektrisk felt ved elektroforese

Årsagen til den svære blodmangel hos personer med seglcelleanæmi er, at de abnorme hæmoglobinmolekyler ændrer struktur, når ilten afgives ude i vævene. Dette fører til deformering af de normalt ringformede røde blodlegemer, så de antager form som en halvmåne eller en segl (figur 1-3). De abnorme røde blodlegemer går hurtigt til grunde, hvorved blodmanglen opstår.

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 anvendt metode til kloning af gener baserer sig på opdagelsen i 1970 af enzymet revers transkriptase. Revers transkriptase udnyttes af såkaldte RNA-virus (HIV, der forårsager AIDS, er ét eksempel) til af danne DNA ud fra RNA. Revers transkriptase er f.eks. blevet udnyttet til kloning af genet for human insulin (se nedenfor). Princippet er, at mRNA repræsenterende det ønskede protein (f.eks. insulin) isoleres fra bugspytkirtlens insulinproducerende celler. Ved hjælp af revers transkriptase dannes et komplementært DNA-molekyle (cDNA) ud fra mRNA. Det erindres, at alle introner er fjernet fra mRNA, hvorfor cDNA udelukkende består af kodende sekvenser (se videre i kapitel 2). Herefter indsættes cDNA i en vektor og opformeres som vist i figur 1-5.

Det første humane protein, der blev fremstillet ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi i kommercielt (og terapeutisk) øjemed, var insulin, der blev produceret af verdens første bioteknologiske firma, Genentech (dannet 1976), med henblik på behandling af sukkersyge. Produktet kom i handelen i 1982. Et kvart århundrede senere er genteknologien blev en rutinedel af ethvert større farmaceutisk firma. Genteknologien giver mulighed for at producere humane proteiner i store mængder, som det ellers ville være overordentlig vanskeligt at bringe til veje. I mange tilfælde er de genteknologisk fremstillede proteiner sikrere at anvende i såvel terapeutisk som diagnostisk øjemed.

Kloning af DNA-sekvenser (gener) var dog stadig en besværlig og langvarig proces indtil udviklingen af polymerasekædereaktionen (PCR, Polymerase Chain Reaction). PCR-teknikken, der blev opfundet af amerikaneren Kary Mullis i 1983, er en simpel teknik til at mangfoldiggøre (amplificere) et bestemt segment af et DNA-molekyle (figur 1-6). Hertil anvendes to små enkeltkædede DNA-molekyler (f.eks. på tyve nukleotider hver), såkaldte primere. Primernes basesekvens svarer til områder, der flankerer det segment af DNA-molekylet, som vi er interesseret i at få mangfoldiggjort. Primerne tilsættes opløsningen med vores DNA, hvorefter opløsningen opvarmes til 95 °C. Herved adskilles DNA-molekylets to kæder, og de to primere vil herefter finde og binde sig til de sekvenser på de adskilte DNA-kæder, der er komplementære til primernes sekvens. Der er nu dannet to små “øer” på tyve nukleotider af dobbeltkædet DNA. DNA-polymerase, det enzym, der kopierer DNA ved at inkorporere nye nukleotider i de komplementære positioner langs DNA-kæden, vil kun starte sin aktivitet, hvor DNA allerede er dobbeltkædet. DNA-polymerase vil derfor starte ved de ovennævnte små dobbeltkædede “øer”. Polymerasen laver med andre ord en kopi af den del af DNA-molekylet, der ligger mellem de to primere, altså af det ønskede DNA-segment. Når processen er afsluttet, har vi således to kopier af det ønskede DNA-segment. Hele processen kan nu gentages, og hver cyklus fører til en fordobling af den allerede eksisterende mængde af det pågældende segment. Efter f.eks. 35 runder har vi 2³⁵ = ca. 34 millioner kopier. Hvad der startede som en opløsning af enkeltstrenget DNA, primere, polymerase og frie nukleotider ender med at blive en koncentreret opløsning af det ønskede DNA-segment.

Genkortlægning ved hjælp af markør-analyse. En forælder bærer et dominant virkende sygdomsgen på sit ene kromosom (det paternelle kromosom, som forælderen har arvet fra sin far). Sygdomsgenets lokalisation på det pågældende kromosom er ukendt, men dets position kan fastlægges ved hjælp af et antal genetiske markører, der ligger spredt på kromosomet. Hvis sygdomsgenet og en given markør ligger langt fra hinanden på kromosomet vil dette afspejles ved stor rekombinationshyppighed. Modsat hvis markør og sygdomsgen ligger meget tæt på hinanden: Her vil rekombination kun sjældent (evt. aldrig) finde sted. Rekombinationshyppigheden kan bruges som et mål for afstand mellem sygdomsgen og pågældende markør. Måleenheden er centimorgan.

Stamtræ fra familie med autosomal dominant arvelig muskelsvind. Firkanter er mænd, cirkler er kvinder. Den røde farve angiver, at vedkommende person er syg. De farvede bjælker angiver markører.

Cohen-Boyer-metoden til molekylær kloning ved hjælp af bakterier (jf. ovenfor) er sammenlignet med PCR-teknikken kompliceret og tidrøvende. Den simple, automatiserede PCR-teknik kan derimod i løbet af få timer generere millioner af kopier af den ønskede DNA-sekvens.

DNA-undersøgelse for arvelige sygdomme

Genetisk betingede (“arvelige”) sygdomme inddeles traditionelt i tre hovedkategorier: 1. Sygdomme der skyldes en defekt (mutation) i et enkelt gen (de såkaldt monogene eller mendelske sygdomme, se figur 1-2); 2. Sygdomme der opstår som følge af et samspil mellem et større eller mindre antal disponerende gener og et antal (mere eller mindre kendte) miljøfaktorer (de såkaldt multifaktorielle sygdomme); 3. Kromosomsygdomme, der skyldes afvigelser ved antallet eller strukturen af et eller flere kromosomer (f.eks. Downs syndrom). Nogle inkluderer en fjerde kategori af sygdomme, der opstår som følge af mutationer i legemsceller (såkaldte somatiske mutationer), der dog ikke nedarves (f.eks. cancersygdomme).

I det følgende skal kort omtales anvendelsen af DNA-teknologiske metoder til diagnostik af monogene sygdomme, hvor mutationer i enkelte gener betinger eller disponerer til sygdommen. For mange geners vedkommende kender man blot deres lokalisation på kromosomerne (eller i mitokondrie-genomet). I sådanne tilfælde vil indirekte genetisk diagnostik (koblingsdiagnostik) ofte være muligt. Men for et hastigt stigende antal geners vedkommende gælder det, at ud over kendskab til deres præcise lokalisation på kromosomerne, er det lykkedes at klone det pågældende gen og karakterisere dets struktur fuldstændigt, dvs. genets basesekvens er kendt. I disse tilfælde er direkte mutationsundersøgelse mulig.

Koblingsanalyse

Koblingsanalyse blev oprindeligt anvendt til at lokalisere gener på kromosomer (figur 1-7), men samme teknik har senere vist sig særdeles anvendelig til diagnostik af arvelige sygdomme i familier (figur 1-8). I tilfælde hvor sygdomsgenets lokalisation på kromosomerne er kendt, men den sygdomsfremkaldende mutation er ukendt, kan indirekte DNA-undersøgelse anvendes i diagnostisk øjemed. Denne form for indirekte diagnostik kaldes koblings- eller markøranalyse. Princippet i koblingsanalyse er simpelt: I stedet for at undersøge selve sygdomsgenet følger man nedarvningen af et antal DNA-sekvenser (markører, se kapitel 2), der vides at være lokaliseret meget nær ved genet (er tæt koblet til genet). Det er vigtigt, at koblingen er meget tæt for at minimere risikoen for rekombination mellem markørerne og sygdomsgenet under meiosen (se figur 2-8).

I figur 1-8 er vist et stamtræ med forekomst af en autosomal dominant arvelig muskelsvindssygdom, hvor sygdomsgenet vides at være lokaliseret på kromosom nr. 1. Drenge og piger er ramt i lige grad. Ved hjælp af genetiske markører er det muligt at skelne de to kromosomer nr. 1 hos I-2 og dermed følge nedarvningen af markørerne og det tætkoblede sygdomsgen (henholdsvis den normale udgave, der findes på det ene kromosom 1 og den syge (muterede) udgave på det andet kromosom 1). Det ses, at I-2 har videregivet det “hvide” kromosom til sit raske barn, men det “gule” kromosom til sit syge barn. Endvidere har det syge barn, III-1, modtaget det gule kromosom fra sin farmor. Sygdomsgenet må således følge det gule kromosom, mens det raske gen følger det hvide kromosom. III-2 er et foster, hvor markøranalysen viser, at det må have arvet det raske gen fra faderen.

Direkte mutationsundersøgelse

I tilfælde, hvor sygdomsgenet er fuldt karakteriseret, er direkte mutationsdiagnostik mulig. Som eksempel skal mutationsundersøgelse ved seglcelleanæmi, der blev omtalt ovenfor, beskrives. β-globingenet, der er muteret ved seglcelleanæmi, var, som ovennævnt, det første humane gen, der blev klonet. Seglcelleanæmi er en autosomal recessiv sygdom, hvor syge personer er homozygote for en mutation i β-globingenet (se figur 1-3). Mutationen, der består i en simpel baseudskiftning (A → T) i genet er nem at påvise med moderne DNA-teknologi. Seglcellemutationen ødelægger genkendelsessekvensen for et restriktionsenzym kaldet MstII. Først opformeres den relevante del af genet med PCR-teknik. De herved fremkomne PCR-produkter behandles efterfølgende med restriktionsenzymet, der vil kløve PCR-produkterne fra det normale, ikke-muterede gen, mens PCR-produkterne fra det muterede gen ikke vil kløves. Sidstnævnte produkter er derfor længere end de normale produkter, hvorfor de normale og abnorme produkter vil kunne adskilles i et elektrisk felt (elektroforese).

DNA-profilanalyse inden for retsmedicinen

Indførelsen af DNA-analyser har revolutioneret det retsmedicinske og politimæssige opklaringsarbejde. De områder, hvor DNA-analyser især har betydning, er civile forhold som familiesammenføringer, faderskabssager og dødsulykker samt kriminalsager, der involverer voldtægt og drab.

Nøgleordet i dette arbejde er personidentifikation. Det drejer sig f.eks. om at finde ud af, om en udlagt barnefar kan udelukkes eller ej, om påståede eller formodede slægtsrelationer kan sandsynliggøres eller det modsatte, hvem ofrene for en given dødsulykke er (og det er især ved opklaringen af masseulykker med virkelig mange omkomne, at DNA-analyserne har fået stor betydning), og hvem der har forbrudt sig i en given voldtægts- eller drabssag. Hvis ofrenes identitet i sidstnævnte sager ikke på anden måde er kendt eller kan fastslås, vil DNA-analyser selvsagt også finde anvendelse i dette opklaringsarbejde.

Hertil kommer et væsentligt fremskridt inden for retssikkerheden: Det er nu ved hjælp af DNA-analyser blevet muligt at fastslå, at personer, der er blevet uskyldigt mistænkt, sigtet eller dømt for at have været involveret i eller have begået en forbrydelse, typisk drab eller voldtægt, rent faktisk ikke har bidraget til de fundne biologiske spor af gerningspersonen. I USA har et privat initiativ, the Innocent Project sikret, at 143 dømte personer (april 2004) er blevet frikendt på grund af DNA-analyser, heraf mange efter at have tilbragt flere år i fængsel, i 13 tilfælde som dødsdømte.

Ved analyse af dét biologiske materiale, som den pågældende har efterladt, er det muligt at tilvejebringe et “genetisk signalement” af vedkommende, det der i dag kaldes en DNA-profil (tidligere anvendte man også betegnelsen “genetisk fingeraftryk”). Styrken ved DNA-profilanalysen er, at man ved hjælp af den har mulighed for at tilvejebringe data, der for alle praktiske formål kun kan stamme fra ét befrugtet æg (zygote), dvs. fra én bestemt person (bortset fra enæggede tvillinger, der vil have samme DNA-profil, da de er udviklet fra én og samme zygote). I kriminalsager er det muligt definitivt at bevise uskyld: Der skal blot være en enkelt uoverensstemmelse mellem den anklagedes DNA-profil og DNA-profilen af materialet fra gerningsstedet. At bevise skyld er derimod en anden sag: Her kræves, at man statistisk kan vise, at sandsynligheden for, at en anden person end den anklagede har leveret den pågældende DNA-profil, er forsvindende lille (“1:50 millioner”).

Kortlægningen af menneskets arvemasse har afsløret kolossale forskelle i basesekvensen mellem forskellige personers DNA. Variationen er så stor, at det er muligt ved blot at analysere nogle få (ca.10) højvariable regioner af arvemassen at opnå individuelle DNA-profiler. Når man i en befolkning kan beskrive variation i form af forekomsten af forskellige, velkarakteriserede udgaver af et bestemt gen eller en bestemt egenskab, siger man, at der foreligger en polymorfi (“mange former”), og når variationen er arveligt betinget, taler man om en genetisk polymorfi.

De klassiske genetiske polymorfier, som indtil DNA-æraen dominerede retsmedicinsk personidentifikation, er blodtyper, vævstyper og visse andre proteinpolymorfier, der blev indført i slutningen af 1960’erne. Proteinpolymorfierne har dog væsentlige begrænsninger, hvoraf den vigtigste er den begrænsede grad af variation. Derfor var fokus i retsmedicinsk sammenhæng før i tiden primært på eksklusion og ikke på positiv identifikation, når to prøver skulle sammenlignes. Især i faderskabssager, hvor nært beslægtede personer var involverede, kom proteinpolymorfierne ofte til kort. Desuden nedbrydes proteiner forholdsvis let, og proteinanalyser kræver ret store vævsmængder som udgangsmateriale.

Udviklingen af DNA-analyserne har haft en række fordele inden for retsmedicinen: Arbejdsgangene i laboratoriet er blevet stærkt forenklet og mindre arbejdskrævende; det er muligt at opnå analyseresultater ud fra ganske lidt og delvist nedbrudt udgangsmateriale; og sidst men ikke mindst: Variationen på DNA-niveau er langt større end på proteinniveau. Det sidste betyder, at fokus nu kan rettes mod positiv personidentifikation, idet det i princippet er muligt at opnå en unik DNA-profil for hvert individ i lighed med de klassiske fingeraftryk. DNA-profilanalyse blev første gang anvendt i en kriminalsag i Leicester, England i 1987, hvor to skolepiger blev voldtaget og myrdet.

Det var englænderen Alec Jeffreys, der i midten af 1980’erne lagde grunden til DNA-profilanalyserne i forbindelse med opdagelsen af de i kapitel 2 omtalte VNTR-loci (flertal af locus), der er sekvenser af basepar, der er gentaget et antal gange lige efter hinanden (såkaldte repeats); antallet af gentagelser varierer fra det ene kromosom til det andet; de beskriver med andre ord en genetisk polymorfi. VNTR-loci findes spredt rundt i arvemassen i et stort antal. VNTR-loci inddeles i såkaldte minisatellitter, hvor den repeterede sekvens typisk har en længde på 15-70 basepar, og mikrosatellitter (STR’er, engelsk short tandem repeats) hvor den repeterede sekvens er 2-4 basepar lange. De hyppigste STR’er har en længde på kun to basepar og her er de såkaldte CA-repeats de hyppigste. CA-repeats har fundet udbredt anvendelse i forbindelse med genkortlægning og ved udredning af familier med arvelige sygdomme (jf. ovenfor).

DNA profilanalyse ved hjælp af STRs. DNA fra to mistænkte er sammenlignet med DNA fra gerningsstedet. Person B’s profil matcher profilen fra gerningsstedet. STRs bestående af en enhed på fire baser er gentaget op til 17 gange. F.eks. er D7S820 en region på kromosom 7, hvor sekvensen AGAT kan forekomme mellem 7 og 14 gange. Der er en høj grad af variation i antallet af kopier af AGAT mellem forskellige individer. Da alle mennesker har to kopier af kromosom 7 (én fra faderen og én fra moderen) har hver oftest to forskellige kopital, f.eks. 8 på det ene kromosom og 11 på det andet. Det forekommer dog at en person er homozygot for et bestemt kopital (f.eks. 8 og 8). Jo flere regioner på kromosomerne, der inddrages, jo større sandsynlighed er der for kun én match, og jo mindre er sandsynligheden for at DNA-profilen fra gerningsstedet kan stamme fra en anden person. Typisk bestemmes profilen ud fra ca. 12 regioner.

Af analysetekniske årsager har man inden for retsmedicinen valgt at basere analyserne på STR’er med tetranukleotid-repeats (fire basepar lange). De STR’er, der indgår i en standard DNA-profil, er alle autosomale, men karakteriseringen af en række STR’er på Y-kromosomet har gjort det muligt at supplere standardanalysen med Y-DNA-profilanalyse i tilfælde, hvor drenge/mænd er involverede (figur 1-9).

Faderskabs- og familiesammenføringssager

I faderskabs- og familiesammenføringssager drejer det sig om at sandsynliggøre et nært biologisk slægtskabsforhold, eller mangel på samme, mellem levende personer. Analyse for nært biologisk slægtskabsforhold er en analyse for fælles gener, her i form af variation i et antal STR’er. I en faderskabssag er det et spørgsmål om at kunne dokumentere, om en mand, der er udlagt som mulig far, rent faktisk vil kunne have leveret det bidrag til barnets DNA-profil, som moderen ikke kan have bidraget med (figur 1-10). Grundlæggende er det meget enkelt, når man har DNA-profilerne fra en kvinde og hendes barn, at fastslå, hvilke af barnets alleler¹ moderen har leveret, og så efterfølgende konstatere, at barnefaderen må have leveret de resterende. Hvis en udlagt far har en DNA-profil som er uforenelig med barnets fædrene alleler, er han udelukket fra at være biologisk far. Omvendt kan man principielt aldrig med sikkerhed slutte, at fordi en udlagt mands DNA-profil er forenelig med barnets fædrene alleler, så er det dermed afgjort, at han er far til barnet. Her tænkes især på enæggede tvillinger, men nære mandlige slægtninge (brødre, fætre, far-søn) vil med en vis sandsynlighed have identisk DNA-profil. Supplerende analyse med inddragelse af flere polymorfier vil dog ofte afklare sagen.

FIGUR 1.10

DNA-profilanalyse i forbindelse med en voldtægtssag. Blodsporet er sammenlignet med syv (1-7) mistænkte. Mistænkt nr. 3 og blodsporet har identisk DNA-profil.

En af de allerførste personidentifikationer af denne art blev udført i England i sommeren 1985: Christina Sarbah vidste ikke sine levende råd. To år forinden var hendes søn, Andrew, vendt tilbage til England efter at have besøgt sin far i Ghana. Men i Londons Heathrow lufthavn nægtede de britiske immigrationsmyndigheder drengen indrejsetilladelse, på trods af at han var født i England. Myndighederne nægtede at acceptere, at han var søn af Christina Sarbah; de mente i stedet, at han var søn af hendes søster, og at han forsøgte at komme illegalt ind i landet på et falsk pas. En sagfører, der kendte lidt til sagen, kontaktede Alec Jeffreys og forhørte om den nye DNA-test kunne være til nogen nytte i denne sag. Kunne DNA-testen med andre ord afklare, hvorvidt Andrew var mrs. Sarbahs søn og ikke hendes nevø? DNA-analysen var kompliceret af, at der ikke var DNA til rådighed fra Andrews far eller fra mrs. Sarbahs søstre. Men der kunne laves analyser på DNA fra Andrew selv, hans mor og tre af hans formodede søstre. DNA-analyserne viste, at Andrew havde den samme far som hans tre formodede søstre, og at Christina Sarbah var hans mor. Eller sagt mere præcist: Sandsynligheden for, at en af mrs. Sarbahs søstre i stedet var mor til Andrew, var mindre end 1:6 millioner.

Et andet eksempel på personidentifikation er den meget omtalte sag vedrørende den sidste russiske tsarfamilie (Romanov-slægten, se figur 1-11).

Som et tredje eksempel på personidentifikation af denne karakter kan nævnes faderskabssagen omkring Amerikas tredje præsident og forfatter til uafhængighedserklæringen, Thomas Jefferson. Der havde længe været mistanke om, at han var far til et eller flere børn født af hans slave Sally Hemings. Mistanken blev første gang rejst i 1802, tolv år efter fødslen af drengen Tom. Mange havde desuden bemærket en påfaldende lighed mellem Jefferson og Hemings’ sidste søn, Eston. Jefferson selv havde ingen legitime mandlige efterkommere, så det var ikke muligt at foretage nogen profilanalyse på hans Y-kromosom. I stedet tog genetikerne DNA-prøver fra mandlige efterkommere af Jeffersons onkel på faderens side (hvis Y-kromosom må være identisk med Jeffersons Y) og sammenlignede disse med prøver fra mandlige efterkommere af Tom og Eston. Analyserne viste, at Jefferson ikke kunne være far til Tom, men i tilfældet med Eston var der ingen tvivl: Eston og Jefferson havde haft samme Y-kromosom. DNA-analysen kan dog ikke sige noget definitivt om, hvor dette Y-kromosom kommer fra: Det kan ikke udelukkes, at en anden mand i Jeffersons slægt kan have været far til Eston. Faktisk har der været rejst mistanke til præsidentens nevø, Isham Jefferson.

ROMANOV-FAMILIEN

Den genetiske identifikation af skeletterne af den sidste russiske tsar, Nikolaj II, tsarinaen, Alexandra og tre af deres fem børn er et fascinerende og lærerigt eksempel på anvendelsen af DNA-teknologien indenfor retsmedicinen.

Tsaren og tsarinaen blev sammen med deres fem børn, Olga, Tatjana, Maria, Anastasia og Aleksej myrdet af bolsjevikkerne den 16. juli 1918. Herved sluttede Romanovslægtens næsten 300 års herredømme over det russiske rige. Forud var tsarfamilien sammen med deres læge og tre af staben blevet holdt fangen i Ipatievhuset i Jekaterinburg (Sverdlovsk i Sovjettiden). Først i 1991 blev graven med de formodede rester af tsarfamilien på Boris Jeltsins ordre undersøgt nærmere. Graven var dog allerede i 1979 blevet lokaliseret til et skovområde ca. 30 km uden for Jekaterinburg. Graven viste sig at indeholde i alt ni skeletter, fem fra kvinder og fire fra mænd. En foreløbig retsmedicinsk undersøgelse gjorde det sandsynligt, at fem af skeletterne vitterligt hidrørte fra tsarfamilien, mens de øvrige fire tilhørte familiens læge og tre af det øvrige personale. To af børnene manglede således, og sandsynligvis drejede det sig om Aleksej og Anastasia.

I 1994 blev det besluttet at søge at få sagen endelig afklaret ved hjælp af DNA-undersøgelser. Analyserne blev udført ved hjælp af STR’er og hypervariable sekvenser i mtDNA. Foruden DNA fra skeletresterne var det nødvendigt at få DNA fra levende slægtninge af samme kvindelinje til de afdøde (det erindres, at mtDNA udelukkende nedarves gennem den kvindelige linje). Tsarinaen var barnebarn af den engelske dronning Victoria og var således beslægtet gennem en ubrudt kvindelinje med hertugen af Edinburgh, prins Philip (se stamtræet). For tsarens vedkommende fik man prøver fra to slægtninge, der begge var efterkommere af tsarens mormor (den danske dronning Louise, der var gift med Christian IX) i ubrudte kvindelinjer (jf. stamtræet). Resultatet af mtDNA-analysen er vist i tabellen.

Resultaterne var utvetydige for tsarinaens og de tre døtres vedkommende, men for tsarens vedkommende var der den komplikation, at han havde to forskellige DNA-sekvenser svarende til position 16169- 30 % med T og 70 % med C. Tsaren havde med andre ord to forskellige populationer af mtDNA svarende til position 16169 (heteroplasmi). De øvrige resultater var imidlertid utvetydige.

På grund af den usikkerhed, som den påviste heteroplasmi hos tsaren afstedkom, blev den officielle rapport om undersøgelsen udsat, og det blev besluttet at inddrage skelettet af tsarens bror, Georgij Romanov, som var død af tuberkulose i 1899, i analysen. Hans mtDNA-analyse gav fuldstændig samme resultat som tsarens, inklusive heteroplasmien i position 16169. Konklusionen blev derfor, at man havde identificeret den rigtige tsar, og at der i tsarens mors kvindelinje måtte have optrådt heteroplasmi i nogle generationer.

Der har været et særligt problem med identifikationen af Anastasia, hvis skelet aldrig blev fundet i graven. Adskillige personer har i tidens løb påstået at være Anastasia, men ingen har været så vedholdende som Anna Anderson, som livet igennem vedblev at hævde, at hun var den fortabte prinsesse. Anna Anderson var bosat i USA, og hun fremkom første gang med sin påstand i 1920, og da hun døde i 1984 var der stadig usikkerhed om hendes identitet. Anna Anderson var blevet kremeret, hvorfor det ikke var muligt at udvinde DNA fra ligresterne. Men der fandtes en udvej: I 1970 var hun blevet opereret på et hospital i Charlottesville. Væv, der var blevet fjernet i forbindelse med operationen, fandtes fortsat i sygehusets patologiske laboratorium efter 24 år. Det var derfor muligt at udføre en DNA profilanalyse på Anna Anderson i 1994. Resultatet var krystalklart: Anna Anderson var hverken beslægtet med tsaren eller tsarinaen.

De vigtigste resultater af mtDNA-analyserne af skeletterne fra graven med den formodede tsar og hans familie samt af tre levende slægtninge og tsarens afdøde bror (jf. stamtræet). Der er anført resultater af sekvensbestemmelsen i forskellige positioner (numrene i øverste række) i HSV-I og i HSV-II (00073). Bogstaverne er de gængse symbolerne for baserne; C/T er den i teksten nævnte heteroplasmi. I anden række er anført referencesekvensen (CRS). Alle afvigelser fra referencesekvensen er vist med rødt. ? betyder “ikke bestemt”.

Kriminalsager og massedødsulykker

Ved masseulykker (og i drabs- og voldtægtssager) drejer det sig primært om personidentifikation ud fra analyserne af biologisk restmateriale, kaldet spor. Det biologiske materiale kan være mangeartet og f.eks. bestå af blod, sæd samt hud og hår under offerets negle. Det første spørgsmål er ofte, om de identificerede spor stammer fra et menneske eller et dyr. Her kan undersøgelse af tilstedeværelsen af Alu-elementer (se kapitel 2) i reglen løse problemet, idet Alu-elementer kun findes hos primater (aber og mennesker). Et illustrativt eksempel fra England skal refereres.

James Hanratty blev i 1962 dømt i en af de meste omtalte mordsager i England i det 20. århundrede. Han myrdede et ungt par: Manden blev skudt først, hvorefter Hanratty voldtog kvinden, før han myrdede hende med fem skud. På trods af at han insisterede på at have været milevidt fra åstedet i gerningsøjeblikket, blev Hanratty fundet skyldig og hængt. Hanratty erklærede sin uskyld indtil sin død, og hans familie fortsatte i årene derefter forsøg på at rense hans navn. Familien pressede myndighederne til at foretage analyse på DNA udvundet fra sædpletter på det kvindelige offers trusser og fra det lommetørklæde, der havde dækket morderens ansigt. Begge prøver blev sammenlignet med DNA-profiler fra Hanrattys bror og mor. Analyserne viste med meget stor sikkerhed, at den kriminelle handling var blevet begået af en fra Hanrattys familie. Familien var dog ikke tilfreds, hvorfor James Hanrattys lig i år 2000 blev gravet op, så der kunne tages vævsprøver til udvinding af DNA herfra. Denne mere direkte analyse viste med sikkerhed, at det var Hanrattys DNA, der var blevet fundet på trusserne og lommetørklædet.

DNA-profilanalyse har i mange tilfælde været benyttet som supplerende redskab ved identifikation af ofre for massedødsulykker som fly- og skibshaverier. I tilfælde af større katastrofer med udtalt fysisk destruktion af de omkomne, bl.a. som følge af brand, kan DNA-analyse være eneste mulighed for at indhente biologiske data, der kan føre til identifikation. DNA-profilanalyse blev i denne sammenhæng første gang anvendt ved identifikationsarbejdet efter ødelæggelsen i 1993 af hovedkvarteret for en sekt i Waco, Texas, hvor 74 personer, mænd, kvinder og børn, omkom. Den første store civile ulykke, hvor DNA-profilanalyse blev anvendt som praktisk taget eneste metode til identifikation af de omkomne, var i august 1996, da et russisk fly med 128 passagerer og 13 besætningsmedlemmer fløj ind i et bjerg på Spitzbergen.

Nyere eksempler på masseulykker, hvor DNA-profilanalyse har haft afgørende betydning for personidentifikation, er ødelæggelsen af World Trade Centers tårne ved terrorangrebet i New York den 11. september 2001 og tsunamien i det Indiske Ocean 2. juledag 2004.

Molekylær antropologi og fossilt DNA

I 1959 holdt den engelske fysiker og forfatter C.P. Snow en forelæsning, hvor han beskrev to kulturer, den humanistiske og den naturvidenskabelige, og begræd den manglende evne hos hver af dem til at kommunikere med medlemmer af den anden kultur. Hans væsentligste bekymring var den næsten totale ignorering af litteratur og historie hos naturvidenskabeligt uddannede personer, og tilsvarende ignorering af naturvidenskab og teknologi blandt folk inden for de humanistiske og sociale videnskaber; dette var efter hans mening den væsentligste hindring for løsningen af de mest påtrængende problemer i verden. Måske skylder vi C.P. Snow størst tak for, at folk i begge lejre snart 50 år efter er forblevet bevidste om hans indsigt og til stadighed søger at råde bod herpå. Hvad Snow næppe har kunnet forudskikke, er dog i hvilket omfang naturvidenskaben i dag er i stand til at besvare spørgsmål stillet af de humanistiske fag. Dette skyldes først og fremmest den biologiske revolution, som vi har været vidner til i anden halvdel af det 20. århundrede. Det kan derfor forudses, at de to kulturer i fremtiden vil mødes og samarbejde om videnskabelige spørgsmål, hvor der er en fælles interesse opstået ud fra en fælles nysgerrighed om samme problemstilling. Som genetiker vil man især være draget mod muligheden af at anvende genomisk analyse til besvarelse af historiske problemstillinger. Når folk flytter, tager de deres gener med og videregiver dem til deres efterkommere i det nye hjem. Derfor rummer hver eneste nulevende befolkningsgruppe spor efter de gamle rødder. Fælles herkomst kan bekræftes, og folkevandringer i fortiden kan efterspores ved at sammenligne DNA-sekvenser fra nulevende populationer. Genetikeres analyse af den historie, der ligger gemt i vores DNA, kan på denne måde supplere de historiske kilder, som er nedskrevet af mennesker, der de facto har været observatører til de pågældende begivenheder.

Et eksempel fra den polynesiske ø Rapa kan illustrere, hvordan historiske og genetiske data kan arbejde sammen om løsningen af et antropologisk problem.

Hvor stammer Rapas befolkning fra?

Siden Thor Heyerdahl i 1952 foreslog, at Polynesien oprindeligt var blevet koloniseret fra Amerika, har genetikere søgt, men ikke fundet evidens for denne teori. Genetiske undersøgelser på den polynesiske ø Rapa, der ligger i Fransk Polynesien, har dog for nylig afsløret Y-kromosomalt DNA, der nedstammer fra oprindelige amerikanere. Bl.a. er den Y-kromosomale linje Q3 fundet på Rapa. Q3 anses for at være specifik for oprindelige amerikanere og findes hos 70-100 % af sydamerikanske befolkninger. Men en nærmere efterforskning har imidlertid afsløret, at disse “amerikanske” Y-kromosomer stammer fra det 19. århundrede og har forbindelse til den på daværende tidspunkt udbredte peruviansk ledede slavehandel.

Rekonstruktionen af polynesiernes afstamning ud fra arkæologiske og lingvistiske data har vist meget klare slægtsbånd mod vest til de sydøstasiatiske øer. Den første kolonisering af de fjerne stillehavsøer fandt sted for ca. 3.000 år siden og blev iværksat af folk, der praktiserede den såkaldte Lapiti-kultur, som er opstået på de vestlige stillehavsøer for mere end 30.000 år siden. Sprogene, der tales på de østlige stillehavsøer tilhører alle den austronesiske sprogfamilie, der tales overalt på de sydøstasiatiske øer. På trods af disse meget klare indikationer på, at de polynesiske øer blev koloniseret fra Sydøstasien, er der flere før-europæiske aspekter ved den polynesiske kultur, der tilsyneladende har sin oprindelse i Amerika. Eksempler herpå er dyrkning af sødkartofler og squash, der oprindeligt stammer fra Syd- og Mellemamerika.

Rapas befolkning vides at have undergået en voldsom reduktion fra en oprindelig størrelse på omkring 2.000 til bare 120 individer midt i 1860’erne. Årsagen var en epidemi af enten kopper eller dysenteri, som bragtes til øen af hjemsendte syge polynesiske slaver fra Peru. Denne hjemsendelse, der pågik efter internationalt pres, markerede afslutningen på den peruvianske slavehandel, der var udbredt i Polynesien midt i 1800-tallet; nogle øer mistede ved den lejlighed op til 80 % af befolkningen. Kun ét af i alt 33 slaveskibe blev opbragt, og dette skete på Rapa, da indbyggerne her var blevet forvarslet og derfor kunne overmande besætningen på slaveskibet Cora i 1863. En del af besætningen blev efterfølgende sejlet til Tahiti for der at blive stillet for retten, men fem besætningsmedlemmer blev på Rapa. Der findes optegnelser over fire af disse, tre var fra Chile og én fra Mexico. Det er disse mennesker, der har ført Y-linje Q3 til Rapa.

I modsætning til opblandingen med Y-kromosomer, der vedrører den mandlige linje, er der ingen genetiske data, der viser tilstedeværelsen af amerikansk kvindeligt DNA på Rapa (mitokondrie-DNA, se kapitel 2). Dette er fint i tråd med de historiske data og viser, at den tilstedeværende mandlige opblanding ikke er udtryk for en kolonisering fra Amerika i forhistorisk tid.

Det er påfaldende, at den eneste stillehavsø, hvor man finder disse opblandede Y-kromosomer, også er den eneste ø, hvor et peruviansk slaveskib blev opbragt og besætningen assimileret af den oprindelige befolkning. Det er således helt overvejende sandsynligt, at de amerikanske gener kan tilskrives denne begivenhed. Den nuværende høje frekvens af de fremmede gener hænger sammen med, at de blev introduceret til øen umiddelbart før befolkningssammenbruddet, hvor det antages, at kun 20 mænd overlevede. Måske var de pågældende besætningsmedlemmer mere modstandsdygtige mod den nævnte sygdomsepidemi end polynesierne.

Fossilt DNA

Molekylærgenetikken beskæftiger sig med analyse af generne hos levende organismer og kan derfor ikke give nogen direkte information om arvemassen hos uddøde arter. Denne situation ville imidlertid ændres drastisk, hvis DNA kunne isoleres fra fossiler og herefter gøres til genstand for analyse. I 1984 lykkedes det for første gang at udvinde små mængder DNA fra for længst uddøde dyr (fra et zebra-lignende dyr, der uddøde for over 100 år siden og fra en 40.000 år gammel mammut). I 1989 blev DNA udvundet fra et 17 millioner år gammelt magnolieblad, i 1992 fra 30 millioner år gamle termitter bevaret i rav og i 1993 fra 135 millioner år gamle biller, også bevaret i rav. DNA er endvidere blevet udvundet fra forskellige museumspræparater af organisk materiale (bl.a. mumier) og fra fossile knogler.

Det er kun muligt at udvinde meget små mængder DNA fra fossile materialer, og DNA-molekylerne er som regel stærkt nedbrudte og kun 100-200 basepar lange. Derfor er analyse af det udvundne DNA forbundet med store vanskeligheder. Med fremkomsten af PCR-teknikken i 1983 ændredes situationen imidlertid afgørende. Ved hjælp af PCR-teknikken er det muligt på kort tid at opformere selv meget små mængder nedbrudt DNA; det opformerede DNA kan herefter analyseres med de sædvanlige metoder. I princippet er det med PCR-teknikken muligt at danne op mod 100.000.000 kopier af den oprindelige DNA-sekvens på mindre end tre timer.

På trods af alle disse meget lovende resultater med udvinding af fossilt DNA (aDNA, hvor “a” står for antikt, eng. ancient) er der dog grund til at dæmpe optimismen betydeligt. Det har nemlig vist sig, at DNA-molekyler er langt mere ustabile end tidligere antaget; kun hvis DNA-molekylerne har været opbevaret under helt særlige omstændigheder – vigtigst er et ilt- og vandfrit miljø samt lav temperatur – skal man gøre sig håb om at kunne udvinde DNA fra materiale, der er mere end nogle få tusinde år gammelt. Tidligere antagelser om, at rav opfyldte disse betingelser, har vist sig fejlagtige; rav synes generelt at yde dårlig beskyttelse mod nedbrydning af DNA. Mange af de tidligere resultater (herunder det nævnte 17 millioner år gamle magnolieblad) har man siden måttet trække tilbage, da det formodede fossile DNA i stedet viste sig at være “forurening” med nutidigt DNA. Når det drejer sig om udvinding af DNA fra fossile menneskeknogler, er en øvre aldersgrænse på ca. 100.000 år realistisk.

I 2003 lykkedes det to unge danske forskere at finde små DNA-mængder i permafrossen jord fra det nordøstlige Sibirien nær Beringstrædet. Nogle jordprøver blev hentet op fra 30 m’s dybde og viste sig at indeholde DNA fra planter, der levede for ikke mindre end 400.000 år siden. Det er suverænt det ældste, pålidelige DNA-fund, der nogensinde er gjort. Samme forskere fandt i langt yngre lag (20.000-30.000 år) DNA-rester fra flere af sidste istids store dyr, bl.a. mammut, rensdyr, bison, moskusokse m.fl. Det er formentlig den permanent lave temperatur, der er årsagen til, at det pågældende DNA har kunnet undgå total nedbrydning.

Fossilt DNA udvundet fra humant materiale

I det mindste når det gælder undersøgelse af humant fossilt DNA har det vist sig, at knogler og tænder er det bedste udgangsmateriale. Især fire typer af problemer har man forsøgt at belyse ved analyse af fossilt DNA:

1 Forekomsten af arvelige sygdomme i forhistorien. Et eksempel herpå er undersøgelse af DNA udvundet af knoglevæv fra et barn, der blev begravet for 3.800 år siden i det daværende Fønikien (nu Libanon). Knoglerne viste tegn på blodmangel, og DNA-undersøgelsen afslørede en mutation i β-globin-genet, der giver anledning til blodsygdommen thalassæmi, der dengang som nu er hyppig i Middelhavsegnene.

2 Forekomsten af infektionssygdomme i fortiden. Det er lykkedes at udvinde DNA fra forskellige sygdomsfremkaldende mikroorganismer (bakterier og parasitter, der forårsager tuberkulose, pest, spedalskhed, syfilis, malaria m.fl.) fra humant materiale. Især har tuberkulose været studeret. Bl.a. er det lykkedes at finde spor af DNA fra Mycobacterium tuberculosis (der fremkalder tuberkulose hos mennesket) fra ni engelske skeletter fra Middelalderen og fra ægyptiske mumier, der kan være op til 3.500 år gamle. Tuberkulose anses for oprindeligt at være overført fra kvæg til mennesker i forbindelse med udviklingen af husdyrhold i Mellemøsten for ca. 10.000 år siden; langt senere, i Renæssancen, blev sygdommen indført i Amerika af de europæiske opdagelsesrejsende. Men i 1994 lykkedes det at påvise DNA fra Mycobacterium tuberculosis i lungevæv fra en 1000-årig gammel mumie fra Peru. Dette resultat tyder således på, at tuberkulose fandtes i Amerika før Columbus. Det er blevet foreslået, at tuberkulosen i stedet kan være bragt til Amerika med vikingerne, der som bekendt landede i Vinland omkring år 1000.DNA fra Yersinea pestis, der fremkalder den frygtede pestsygdom, er blevet påvist hos en moder og et barn, der blev begravet i Bayern, Tyskland i det 6. århundrede e.v.t. De var ofre for den første verdensomspændende pestepidemi, hvorom der findes historiske optegnelser (se videre i kapitel 6).

3 Identifikation af afdøde i historisk tid. Se figur 1-11 om den sidste russiske tsar (Romanov-slægten).

4 Studiet af vore forfædre. Som eksempel kan undersøgelsen af en gammel europæer fra Yngre Stenalder, den meget omtalte tyrolske ismand (“Ötzi”) nævnes. Ötzi blev fundet højt oppe i Alperne ved Hauslabjoch i 1991. Her havde han ligget i en nu bortsmeltet gletsjer i flere tusinde år: En kulstof 14-datering viste en alder på mumien på ca. 5.200 år. Oprindeligt troede man, at han var blevet overrasket af dårligt vejr og frosset ihjel. Men en mere grundig undersøgelse afslørede en pilespids af flint i ryggen. Da fundet af Ötzi blev gjort, rejstes der mistanke om, at det kunne dreje sig om en forfalskning. Bl.a. mistænkte man ham for at være en mumie fra enten Ægypten eller Sydamerika. Men undersøgelse af mtDNA fra Ötzi og tre andre stenaldermennesker (6.000-14.000 år gamle) viste nukleotidsekvenser, der var typiske for central- og nordeuropæere, nulevende som fortidige. Det lykkedes også at udvinde DNA fra tarmindholdet, hvilket dokumenterede, at Ötzis sidste måltid bl.a. omfattede kød fra ibex og rådyr og sandsynligvis også kornprodukter.

I 1997 lykkedes det at udvinde små mængder, stærkt fragmenteret mtDNA fra en neandertalknogle (faktisk tilhørende det oprindelige fund fra Neanderdalen i 1856); efterfølgende PCR-opformering gjorde det muligt at sammenligne det udvundne neandertal-DNA med de tilsvarende sekvenser fra nutidige mennesker. Analyserne antydede bl.a., at de to udviklingslinjer, der førte frem til henholdsvis neandertalerne og det moderne menneske, adskiltes for mere end 500.000 år siden, og de taler derfor imod en tidligere udbredt opfattelse af neandertaleren som den umiddelbare forfader til det moderne menneske (se videre i kapitel 4).

1 alleler er forskellige udgaver af samme gen – i aktuelle tilfælde alleler med forskellige antal STR’er, se videre i kapitel 2