OP ZOEK NAAR DE VERSCHILLEN

Felix Eijgenraam 30 september 1993 NRC

Waar komen we vandaan en wie waren onze voorouders? Een antwoord is te vinden in onze genen. De komende jaren gaat een internationaal team van antropogenetici de erfelijke verscheidenheid van de wereldbevolking in kaart brengen.

In 1685 voer van Holland naar Zuid-Afrika een schip met onder de passagiers een zekere Gerrit Jansz. Hij was een van de kolonisten die zich in het nog jonge wingewest vestigde. Drie jaar later volgde een ander schip, met aan boord Jansz' latere echtgenote Adriaantje Jacobs. De Rotterdamse was een van de vele weesmeisjes die hun geluk in de Kaapkolonie gingen beproeven.

Een van de partners, hetzij Gerrit hetzij Adriaantje, droeg in de chromosomen een afwijkend gen. Dat gen codeerde voor een enzym (proto-porfyrinogeen oxidase), verantwoordelijk voor de aanmaak voor het rode pigment in het bloed. De verstoorde functie van het enzym leidde tot de aandoening porfyria variegata.

De ernst van deze erfelijke ziekte kan, al naar gelang de aard van de verstoring in het DNA, sterk uiteenlopen. Bij Jansz of Jacobs ging het om een verhoudingsgewijs milde vorm. Niettemin werd het defect aan hun nakomelingen doorgegeven. In het huidige Zuid-Afrika leven niet minder dan 30.000 porfyrie-lijders wier exemplaren van het afwijkende gen direct op Gerrit en Adriaantje zijn terug te voeren.

Het drama van Jansz en Jacobs is een klassiek voorbeeld van het zogeheten stichterseffect, dat optreedt wanneer een klein aantal kolonisten de basis vormt van een explosief groeiende populatie. De genen van de Kaapkolonisten vordmen slechts een kleine willekeurige steekproef uit het totale DNA van de bevolking in het moederland. Het toevallige assortiment genen dat naar Afrika verhuisde, werd in de latere miljoenenkolonie de norm.

Hoe sterk het stichterseffect is in het geval van Zuid-Afrika, blijkt wanneer men kijkt naar de 20 kolonisten aangekomen in het eerste schip in 1652. Van de 2,5 miljoen Afrikaners van tegenwoordig is maar liefst 40% (een miljoen mensen) directe afstammeling van een van deze twintig emigranten (een van de 20 achternamen was bijvoorbeeld Botha). Kijkt men naar de hele lijst van meest voorkomende achternamen in het huidige Zuid-Afrika, dan blijkt de helft terug te voeren tot vůůr 1691 en de andere helft tot voor 1717. Zuid-Afrika, kortom, is een soort reservaat van genen uit de zeventiende-eeuwse Republiek.

Sleutel tot het verleden

Volksverhuizingen met zo'n frappant stichterseffect zijn in de geschiedenis eerder uitzondering dan regel. Maar wat in het geval van Zuid-Afrika extreem goed te zien is, geldt in mindere mate ook voor andere migratiegolven. Wanneer mensen hun spullen pakken en zich elders vestigen, nemen ze altijd hun genen mee. Die genen verraden uit welke groep en uit welk gebied ze afkomstig zijn. En omdat ze aan volgende generaties worden doorgegeven, betekenen ze voor antropogenetici een sleutel tot het verleden. Die zijn dan ook bijzonder geÔnteresseerd om de genetische verscheidenheid van de mensheid nauwkeuriger in kaart te brengen. Deze maand zijn de plannen afgerond voor een wereldwijd programma met dit precies dat doel, het "Human Genome Diversity Project'.

Antropogenetici ontdekten al lang geleden de waarde van het DNA-molecule voor de reconstructie van de menselijke geschiedenis. Net als alle andere biologische soorten vertoont de mens een grote mate van erfelijke variatie. Geen twee mensen zijn genetisch aan elkaar gelijk (uitgezonderd eeneiÔge tweelingen), en hoe geringer de verwantschap hoe talrijker de genetische verschillen. Door de verschillen tussen populaties in kaart te brengen is het mogelijk om te bepalen hoe lang geleden ze uit elkaar zijn gegaan, kortom om een stamboom op te stellen.

Het hoeven niet altijd verschillen te zijn in belangrijke genen, zoals het porfyrie-gen van het echtpaar Jansz. Het kan evengoed gaan om variaties in betrekkelijk triviale stukken DNA. Genetici kunnen die variaties met hun DNA-volgordebepalingstechniek nu routinematig opsporen. En met de stambomen die ze op grond daarvan opstellen kunnen ze belangrijke puzzels uit de antropologie, de archeologie, de geschiedwetenschap en de linguÔstiek aanpakken.

Een van de pioniers van dit groeiende onderzoeksgebied is de van oorsprong Italiaanse geneticus Luigi Luca Cavalli-Sforza van Stanford University. Al bijna 40 jaar lang doet hij onderzoek naar de genetische variatie van menselijke populaties. Van honderden van zulke populaties, van blanken in Europa tot pygmeeŽn in Afrika, verzamelde hij gegevens. Aanvankelijk door te kijken naar zogeheten klassieke genetische merkers, zoals bloedgroepen en andere polymorfismen in menselijke eiwitten. En sinds de opkomst van de moleculaire biologie ook direct op het niveau van het DNA.

Hoewel er met dit werk nog niet veel meer dan een bescheiden begin is gemaakt en een systematische aanpak tot nu toe ontbreekt, zijn er toch al indrukwekkende resultaten bereikt.

Zo staat op grond van DNA-onderzoek nu wel vast dat de moderne Homo sapiens ongeveer 100.000 jaar geleden vanuit ťťn punt in Afrika is uitgezwermd over de hele wereld. De DNA-vergelijkingen suggereren zelfs langs welke routes dat ongeveer moet zijn gebeurd. De voorlopige genetische stamboom van volkeren valt bovendien praktisch samen met een compleet onafhankelijke, door linguÔsten opgestelde genealogie van taalgroepen. En in de grote patronen zitten de sporen verborgen van volksverhuizingen, veroveringen en culturele revoluties.

Vrij homogeen

De belangrijkste conclusie uit de DNA-populatiestudies is wellicht wel dat de mensheid genetisch gezien vrij homogeen is. Er bestaat weliswaar veel erfelijke variatie, maar die zit voor het overgrote deel binnen de talloze volkeren en populaties en niet ertussen. Wanneer door een of ander ongeluk de hele mensheid zou worden weggevaagd op Afrika na, dan zou nog steeds 93% van de genetische diversiteit op de wereld behouden blijven. Zou de ramp nog erger zijn en alleen de Xhosa-stam in Zuidelijk Afrika overleven, zelfs dan blijft nog altijd 80% van de wereldvariatie bewaard. De resultaten van de populatiegenetici ondergraven dus heel duidelijk de racistisch gekleurde theorieŽn van vroeger, die uitgingen van scherp definieerbare etnische groepen.

Niettemin vertoont de wereldgenenkaart een aantal onmiskenbare statistische patronen. De frequenties waarin bepaalde genvarianten of combinaties daarvan in een regio voorkomen, vertonen vaak en geleidelijk verloop. Zo loopt er in Europa een genetische gradiŽnt van het zuidoosten naar het noordwesten, die volgens onderzoekers een overblijfsel is van de invoering van de landbouw vanaf ongeveer 10.000 jaar geleden. Vanuit het Midden-Oosten rukte de landbouw met een gemiddelde snelheid van een kilometer per jaar op richting West-Europa. De boeren introduceerden in het "veroverde' gebied niet alleen hun nieuwe landbouwmethode, maar ook hun genen. Hoe verder ze kwamen, hoe meer deze genen werden "verdund' door vermenging met die van de oorspronkelijke bewoners, de jager-verzamelaars van het Europese pre-neolithicum. Nu, na duizenden jaren, is het geleidelijke geografische verloop nog altijd in het DNA van de inwoners van Europa terug te vinden.

De genenkaart van Europa is weliswaar nog vrij ruw, maar het oplossend vermogen is hoog genoeg om een aantal boeiende enclaves te onderscheiden. Zo springen de Basken, de Lappen en de SardiniŽrs er direct uit, vermoedelijk omdat ze zich destijds niet of veel minder hebben vermengd met de landbouw-immigratiegolf uit het Midden-Oosten.

Diversiteitsproject

De afgelopen tien jaar werkte Cavalli-Sforza, geholpen door de nieuwe DNA-technologie, samen met een collega van Yale University in een project dat tot doel heeft om de genetische variatie in kaart te brengen van zo'n 250 bevolkingsgroepen uit alle hoeken van de wereld. Het werk vorderde langzamer dan gehoopt: in 1991 hadden ze nog maar van 13 populaties materiaal verzameld.

Cavalli-Sforza: ""We realiseerden ons dat er snel iets moest gebeuren. Sommige van de inheemse bevolkingsgroepen die we willen bemonsteren, staan op het punt uit te sterven. Het zou een vreselijke gemiste kans zijn wanneer we die populaties niet in kaart konden brengen, juist nu we daarvoor over het ideale gereedschap beschikken.''

Antropogenetici in de Verenigde Staten en Europa hebben daarom de handen ineengeslagen en besloten tot een soort noodplan om zo snel mogelijk de belangrijkste van de ongeveer 5000 ŗ 7000 uiteenlopende menselijke populaties op de wereld te katalogiseren. Dit plan is het zogeheten "Menselijke Genoom Diversiteits Project'. Het moet een bijwagen worden van het ambitieuze en bekendere Menselijke Genoom Projekt, het samenwerkingsinitiatief voor het bepalen van de complete volgorde van de drie miljard baseparen (genetische "letters') van het genoom (de volledige erfelijke informatie) van de mens.

Cavalli-Sforza: ""Het diversiteitsproject vormt de ideale aanvulling op het genoomprojekt. Het ontrafelen van de complete DNA-volgorde van ťťn mens is natuurlijk van onschatbare waarde voor de menselijke genetica en voor de medische wetenschap. Maar als je dat doet, heb je nog geen idee van de variatie die er tussen verschillende individuen en populaties bestaat. We weten dat mensen in ongeveer 1 op de 1000 DNA-basen van elkaar verschillen. Die grote hoeveelheid variatie kan ons bijzonder veel leren over onze herkomst en geschiedenis.''

Afgezet tegen de "big science' van het Menselijk Genoom Project met zijn geraamde kosten van 2 ŗ 3 miljard dollar zal het diversiteitsproject maar heel bescheiden zijn. Cavalli-Sforza en de zijnen denken aan een budget van ongeveer 20 miljoen dollar voor een periode van vijf jaar. Het doel: zo veel mogelijk relevante populaties in kaart brengen.

Cavalli-Sforza: ""We kunnen natuurlijk niet van alle 5 miljard mensen op aarde monsters nemen, dus we zullen ons moeten beperken tot een selecte steekproef. We denken aan een totaal van zo'n 10.000 individuen, zorgvuldig uitgekozen uit 500 tot 600 populaties. De bloedmonsters willen we opslaan in een paar centrale laboratoria, bijvoorbeeld een in de Verenigde Staten en een in Europa, waar ze ten dienste zullen staan van onderzoekers uit de hele wereld. Voor een deel willen we het DNA opslaan in een permanente vorm, door cellijnen te maken van witte bloedcellen. Met zulke "geÔmmortaliseerde' cellijnen heb je in principe een onbeperkte voorraad DNA tot je beschikking, wat noodzakelijk is voor monsters uit de minder goed bereikbare populaties in verafgelegen streken. Je wilt niet teruggaan naar PatagoniŽ of naar de Andaman eilanden om opnieuw monsters te nemen.''

Discussies

Om het projekt voor te bereiden werden de afgelopen anderhalf jaar vier voorbereidende workshops gehouden waar genetici met elkaar van gedachten wisselden over de te volgen strategie. De eerste drie bijeenkomsten vonden vorig jaar en begin dit jaar plaats in de Verenigde Staten, de vierde twee weken geleden op SardiniŽ.

Er moesten heel wat knopen worden doorgehakt. Misschien wel het belangrijkste strijdpunt was, welke populaties men best kon bemonsteren. Omdat de middelen en mankracht beperkt zijn, moeten er keuzen worden gemaakt. Maar welke populaties zijn antropologisch het meest interessant? Iedere antropogeneticus vindt zijn "eigen' eilandje of indianenstam natuurlijk het belangrijkst, dus een consensus is niet een twee drie te bereiken. Een andere vraag is of men zich Łberhaupt wel moet laten leiden door de kennis die men al heeft. Een van de initiatiefnemers, de inmiddels overleden Berkeley-geneticus Allan Wilson, vond dat men het beste een soort ruitjespatroon op de aarde kon uittekenen en op de knooppunten willekeurige monsters nemen.

Al deze wetenschappelijke en technische discssies zijn inmiddels afgerond en het resultaat is een compromis (behalve op het laatste punt: de populaties zullen wel degelijk op antropologische gronden worden geselecteerd). Op dit moment stellen de initiatiefnemers een eindrapport op dat in november, tijdens de volgende evaluatiebespreking van het Menselijk Genoom Project, zal worden gepresenteerd.

Behalve over wetenschappelijke kwesties is er ook van gedachten gewisseld over de ethische aspecten. Zo is er het probleem dat bepaalde interessante populaties in de derde wereld gevaar lopen om uit te sterven. Is het in die situatie verantwoord om als onderzoeker even langs te komen, wat bloed af te tappen en de donoren vervolgens weer aan hun uitzichtloze lot over te laten? De genetici menen uiteindelijk van wel. Het ligt, vinden ze, niet in hun macht om bedreigde volkeren te redden. Als hun inspanningen al enig effect kunnen sorteren dan zal dat effect vermoedelijk positief zijn, zeggen ze, doordat de resultaten de aandacht van de wereld op deze populaties zullen vestigen.

Niet iedere exotische, met uitsterving bedreigde stam is voor het project overigens van even vitaal belang. Cavalli-Sforza: ""Ik kan er eigenlijk maar een paar noemen die voor het mondiale beeld echt interessant zijn: de Ona en de Alacalus in PatagoniŽ - waarvan er nog maar 2, respectievelijk 17 individuen over zijn - en de inwoners van de Anadaman eilanden in de Indische Oceaan, waarvan de huidige populaties ook kleiner zijn dan 100 mensen.''


Europa

Behalve etnische groepen in Zuid-Amerika, AziŽ, Afrika en de Stille Oceaan zijn ook de bevolkingen van de ontwikkelde wereld doelwit van het initiatief. De bedoeling is dat onderzoekers in elk werelddeel hun steentje bijdragen. Een van de voortrekkers van het project in Europa is de Britse geneticus Sir Walter Bodmer, directeur-generaal van het Imperial Cancer Research Fund in Londen.

Volgens Bodmer biedt een werelddeel als Europa zowel voor- als nadelen voor populatiestudies. Sir Walter: ""Een voordeel is natuurlijk dat er een goede medische infrastructuur is en dat het daardoor relatief makkelijk is om aan monsters te komen. Denk aan bloedbanken en aan weefseltyperingscentra voor transplantaties, daar liggen de monsters eigenlijk voor het oprapen. Aan de andere kant zijn die monsters natuurlijk niet verzameld vanuit een antropologische invalshoek. Voor ons project heb je alleen iets aan inheemse inwoners, dus mensen wier voorouders ook al vele generaties op dezelfde plek woonden. Dat betekent dat je je mensen heel zorgvuldig moet uitkiezen, door achtergrondgegevens te verzamelen waar een medisch centrum normaal gesproken niet zo snel naar vraagt.''

Een ander nadeel aan Europa is dat dit werelddeel in genetisch opzicht uitzonderlijk homogeen is. In het verleden waren hier veel meer volksverhuizingen en versmeltingen van populaties dan op andere continenten, met als gevolg dat Europeanen onderling veel meer op elkaar lijken dan bijvoorbeeld Afrikanen of inheemse Amerikanen. Maar daar staat volgens Bodmer tegenover dat er altijd merkers te vinden zijn die de geringe genetische verschillen toch aan het licht brengen.

Die merkers kunnen zelfs licht werpen op plaatselijke historische vraagstukken, zoals de kolonisatiegeschiedenis van het huidige Groot-BrittanniŽ. Sir Walter: ""Daar is zelfs met klassieke genetische merkers als bloedgroepen al het nodige over bekend. Groot-BrittanniŽ is interessant omdat het aan de rand van Europa ligt. Je ziet er nog de genen terug van de Kelten, die naar de periferie werden verdreven door de invasies van de Vikingen en de Angelen en de Saksen. Je vindt er bovendien nog kleine enclaves, ontstaan uit invasies van de Noormannen. Alleen de Romeinen lijken weinig genen te hebben achtergelaten. Hoe gedetailleerder je kijkt, hoe meer er valt te ontdekken.''

In tal van kwesties kunnen DNA-gegevens informatie verschaffen waar historici en archeologen het antwoord schuldig moeten blijven. Zo kan de speculatieve theorie van Thor Heyerdahl over de kolonisatie van PolynesiŽ vanuit Peru op grond van de genetica nu gevoeglijk naar de prullenmand worden verwezen: de succesvolle tocht van het balsa-vlot Kon-Tiki ten spijt, hebben de genen van de PolynesiŽrs weinig met die van de Zuid-Amerikanen gemeen.

Sir Walter: ""Het leuke van het diversiteitsproject is dat het een brug slaat tussen de natuur- en de menswetenschappen. Ieder mens is geÔnteresseerd in de vraag waar hij vandaan komt en wie z'n voorouders waren. DNA-studies kunnen je een groot deel van het antwoord geven.''

Datum: 30-09-1993
Sectie:

Pagina: 1,2
Onderschrift: Kaartje: Genetische stamboom en afgeleide migratieroutes
Trefwoord: Evolutie; Mens; Biotechnologie en genetica; Wetenschap en Techniek; Exacte Wetenschappen; Biologie; Bevolking; Maatschappij
Persoon: Luca Cavalli-Sforza

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.