Wetenschappers hebben een methode ontdekt waarmee ze veel makkelijker genetisch kunnen ingrijpen in alle cellen, van mensen of van andere organismen. Dat biedt uitzicht op nog snellere verbeteringen in de landbouw en de natuur.Maar de ongerustheid over mogelijk misbruik neemt toe.
In de zomer van 2012 publiceerde het wetenschappelijke vakblad Science een technisch artikel over een nieuwe methode om genetisch materiaal te bewerken: CRISPR, wat staat voor ‘clustered regularly interspaced short palindromic repeats‘. Het betreft korte stukjes van altijd dezelfde DNA-sequentie in het genoom van bacteriën, waartussen flarden van virale genen zitten. De bacteriën gebruiken die om alert te blijven voor een nieuwe aanval van een virus. Ze fungeren dus als deel van hun afweer.
De bacteriën knippen stukjes DNA uit het virusgenoom en bouwen ze in hun eigen genoom in, waar ze een blijvende herinnering aan mogelijk gevaar zijn. Dat maakt een sneller optreden bij een nieuwe infectie mogelijk. Het principe is vergelijkbaar met de antilichamen die onze afweer maakt om zich eerdere aanvallers te herinneren, maar met de extra optie dat de bacteriën hun gevaarsignalen aan de volgende generaties doorgeven.
CRISPR is dus een bacterieel systeem dat stukjes DNA uit een streng kan snijden en in een andere streng inbouwen. Het knipwerk gebeurt concreet door een eiwit dat Cas9 heet. De ontdekking mondde uit in een methode die in het wetenschappelijk jargon CRISPR/Cas9 wordt genoemd, een term die nooit goed in de volksmond zal liggen. Ze maakt het eenvoudig om het DNA van een organisme te wijzigen, op dezelfde manier als een computer bewerkingen uitvoert in een document door het invoegen van nieuwe woorden in een tekst. Ze kan worden gebruikt om het DNA van eender welke soort, de mens inbegrepen, te bewerken.
Wetenschappers sparen de lovende woorden voor de techniek niet. Science omschreef CRISPR als een van de monumentale ontdekkingen uit de biologie. Met CRISPR volstaat het om een stukje gids-RNA (een aan DNA verwante boodschappermolecule) te gebruiken om een bepaalde plaats in een genoom op te zoeken, waar het Cas9 het gastgenoom dan open knipt, zodat er een extra stukje DNA kan worden ingeschoven. Je kunt er de functie van genen mee onderzoeken, ziekmakers mee opsporen en eventueel corrigeren, en wenselijke kenmerken aan, bijvoorbeeld, landbouwgewassen mee toevoegen.
Er wordt voorspeld dat de ontwikkelaars van CRISPR binnen afzienbare tijd een Nobelprijs krijgen. Daarbij is handig meegenomen – om wetenschap aantrekkelijk te maken – dat het niet om oude grijze mannen gaat, maar om twee als ravissant te omschrijven dames: de Franse microbiologe Emmanuelle Charpentier, die na lange omzwervingen in Europa en de VS aan een Duitse universiteit benoemd werd, en de Amerikaanse moleculair biologe Jennifer Doudna, die als de leading lady van het veld wordt beschouwd.
Koeien zonder hoornen
In principe kunnen wetenschappers nu dus naar hartenlust knippen en plakken in een genoom, tegen een prijs die een fractie is van wat een genoomaanpassing tot voor kort kostte. Een recent overzichtsartikel van de techniek in Nature raamde de oorspronkelijke kostprijs van een genoombewerking op 5000 euro, terwijl hetzelfde met CRISPR voor 30 euro kan. Vroeger duurde een bewerking een jaar, nu drie weken. De techniek werd als een ‘scalpel’ omschreven, terwijl er vroeger een ‘vuistbijl’ in het spel was.
De focus zal in eerste instantie liggen op het genezen van ziektes. De eerste experimenten met mensencellen betreffen ernstige bloedziekten als beta-thalassemie en sikkelcelanemie. Er wordt gespeculeerd over het in onrijpe eicellen corrigeren van fouten in genen die tot borstkanker leiden. Er wordt nagedacht over het genetisch bijsturen van een receptor die het aidsvirus gebruikt om cellen binnen te dringen, waardoor het virus ons niet langer zou kunnen besmetten. Wetenschappers rapporteerden in Science Advances dat de nieuwe techniek het mogelijk maakt om een voor verzwakte mensen potentieel dodelijke schimmel efficiënt te manipuleren, wat tot voor kort bijna ondoenbaar was.
Het laatste voorbeeld illustreert dat de techniek niet uitsluitend – en zelfs niet in de eerste plaats – op mensen zal worden toegepast. Nature meldde vorige maand dat Chinese en Zuid-Koreaanse wetenschappers goed op weg zijn om een varkensvariant te maken van het om zijn dikke billen en fijne vlees geroemde Belgisch witblauw runderras. Het kostte tientallen jaren van doorgedreven kunstmatige selectie om de dikbillen te creëren. Maar voor de varkens volstond een eenvoudige bewerking met CRISPR van één gen, dat instaat voor het remmen van de groei van spiercellen. Het lamleggen van het gen neemt de rem op spieraangroei weg.
Het bewerken van een lichaamseigen gen is iets anders dan het maken van transgene dieren door het toevoegen van genen van andere soorten. Daarom rekenen wetenschappers erop dat de regulerende autoriteiten niet afkerig zullen staan tegenover genetisch bewerkte dieren. De Chinezen hopen dat hun dikbilvarken het eerste genetisch bewerkte dier wordt dat voor consumptie wordt goedgekeurd. Er wordt ook gewerkt aan varkens die genetisch zo zijn aangepast dat ze immuun worden voor een Afrikaanse varkenskoorts, en aan koeien zonder hoornen, waardoor ze handelbaarder worden.
Er zijn appelsienen op komst die genetisch verrijkt zijn met vitaminen. Het bewerken van genen maakt het, volgens Nature, zogoed als onmogelijk om genetisch bijgestuurde producten te traceren. Vreemde genen in een product kunnen vrij gemakkelijk worden opgespoord, maar dat geldt niet voor lichte aanpassingen. Dat verontrust tegenstanders van genetische manipulatie. De nieuwe technieken nemen hen stilaan de wind uit de zeilen, want het ‘God spelen’ waar ze zich zo obstinaat tegen verzetten betreft niet langer genen tussen soorten uitwisselen, maar het aanbrengen van bescheiden wijzigingen met een gerichte impact op een genoom.
Sommige wetenschappers dromen ervan om in te grijpen op het niveau van een heel ecosysteem, door bijvoorbeeld schimmels die wereldwijd een ramp zijn voor amfibieën te elimineren, of door de weerstand die insecten en onkruiden tegen pesticiden hebben ontwikkeld weer uit te schakelen. Het schoolvoorbeeld is het uitroeien van muggen die ziektes overdragen, wat in een Braziliaans stadje al wordt uitgetest (weliswaar door middel van muggen die op een nu al ouderwetse manier zijn bewerkt). De muggen, die denguekoorts overdragen, hebben een gen gekregen dat maakt dat hun nakomelingen snel sterven. Begin juli rapporteerden de betrokken onderzoekers in PLoS Neglected Tropical Diseases dat de muggenpopulatie tot vijf procent van de oorspronkelijke populatie is teruggedrongen.
In de lente publiceerde Science een studie die aantoonde dat een gen dat in een kwart van een populatie van experimentele fruitvliegjes een vorm van albinisme veroorzaakt, op korte tijd kon uitbreiden tot liefst 97 procent van de populatie. De studie werd fel bekritiseerd, omdat er niets voorzien was om de mutatie te counteren, maar de auteurs verdedigden zich met de stelling dat de vliegjes absoluut niet uit hun laboratorium konden ontsnappen. Met de CRISPR-methode werd de albinomutatie heel snel verspreid, een proces dat in het jargon ‘gene drive‘ heet (niet zo goed te vertalen als ‘genetisch opjagen’).
Bewerkte aapjes
De mogelijke gevaren die met een gene drive gepaard gaan, werden vorig jaar in het vakblad eLife opgelijst door enkelen van de wetenschappers die intens met de ontwikkeling van CRISPR bezig zijn. Eenmaal losgelaten in de natuur zal het niet gemakkelijk zijn om eventuele onverwachte gevolgen, zoals het verstoren van de voedselketen (muggen zijn een belangrijke bron van voedsel voor vissen en vogels), te counteren. Wat sommige wetenschappers de ‘snelle democratisering’ van de CRISPR-techniek noemen, kan onverwachte obstakels opleveren. Maar dat zal de techniek niet meer tegenhouden.
Veel wetenschappers buigen zich ondertussen over de ethische gevolgen van de ontdekking. Het feit dat de techniek goedkoop en gemakkelijk toe te passen is, maakt dat iedereen erop springt. Begin 2014 publiceerden Chinese onderzoekers in Cell de eerste resultaten van het bewerken van het genoom van apen. Op 18 april was het hek van de dam: andere Chinese wetenschappers publiceerden in een vrij obscuur online vakblad (Protein & Cell) resultaten van de eerste experimenten met menselijke embryo’s.
De onderzoekers beweerden dat ze het artikel aan Nature en Science hadden aangeboden, maar dat beide bladen het weigerden, naar verluidt vooral om ethische redenen. De publicatie veroorzaakte een storm over heel de wereld, ondanks het feit dat de onderzoekers embryo’s gebruikten die niet levensvatbaar waren, omdat ze stamden uit mislukte bevruchtingsbehandelingen. Ze ontdekten dat de techniek te prematuur is voor grootschalige toepassing, onder meer omdat het toegevoegde DNA niet altijd terechtkwam op de plek in het genoom die de onderzoekers in gedachten hadden. In feite illustreerden ze vooral dat het nog een tijd zal duren voor genoombewerking mainstream wordt.
‘Mensen zijn geen laboratoriumratten’, morde een Amerikaanse wetenschapper over hun werk in Nature. Volgens het blad zijn ondertussen minstens vier Chinese laboratoria volop met de techniek aan het experimenteren, en het is duidelijk dat de Amerikanen (en in mindere mate Europeanen) niet achter zullen blijven. De wetenschap snelt vooruit, de maatschappij staat erbij en kijkt ernaar, zoals dikwijls het geval is. In die zin is het betekenisvol dat voortrekkers als leading lady Jennifer Doudna nu zelf het voortouw nemen in de ethische evaluatie van de nieuwe ontwikkelingen. Vroeger durfden wetenschappers zich weleens weinig aan te trekken van de maatschappelijke impact van wat er uit hun kokers, proefbuizen en computers kwam.
Een breekpunt is dat veranderingen die in genen van prille embryo’s worden gemaakt, erfelijk zijn, zodat ze aan de volgende generaties worden doorgegeven. Er wordt al wel gewerkt aan technieken om aanpassingen omkeerbaar te maken, maar dat zijn doekjes voor het bloeden. Wat in het jargon kiembaantherapie heet, is aanvaardbaar als het gaat om het elimineren van zware genetische aandoeningen, maar in principe kan het ook gebruikt worden voor het selecteren van wenselijke kenmerken, kosmetische en andere, zoals oogkleur of extra spiercapaciteit. Alles wat door genen wordt beïnvloed, zal binnenkort efficiënt bijgestuurd kunnen worden. De spoken van eugenetica en designerbaby’s loeren meer dan ooit om de hoek.
DOOR DIRK DRAULANS
De spoken van eugenetica en designerbaby’s loeren meer dan ooit om de hoek.
