Genetische modificatie in het dagelijkse leven

Geschiedenis De Fransman Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) behoort tot de eersten die durfden te stellen dat een kind niet altijd gelijk is aan zijn ouders. De Lamarck dacht dat ouders deels konden doorgeven wat zij tijdens hun leven leerden. Als voorbeeld gaf hij hierbij dat wanneer een krokodil steeds beter leert zijn neusgaten boven water houden, de kleine krokodilletjes dit niet meer van voren af aan hoefden te beginnen. Ook de wat meer bekende Brit Charles Darwin (1809-1882) raakte er in navolging van De Lamarck van overtuigd dat erfelijke eigenschappen in de loop van de tijd kunnen veranderen. Maar zowel Darwin als De Lamarck beschikte niet over harde bewijzen. Darwin bleef echter geloven in een strakke scheiding tussen erfelijke kenmerken en veranderingen die pas tijdens het leven optreden. Die opvatting weerspiegelt zijn stellige overtuiging dat erfelijke eigenschappen ergens in het lichaam in materie zijn vastgelegd. Dat het uiterlijk van een plant of dier in de loop van vele jaren toch kan veranderen, meent Darwin, komt doordat bij de overdracht van het erfelijke materiaal soms iets verkeerd gaat. In de tijd van Darwin waren er meerdere wetenschappers die veronderstelden dat erfelijke eigenschappen nog terug te vinden moeten zijn geweest in biologische materie. De Oostenrijker Johann Mendel (1822-1884) maakte als een van de eersten gebruik van ‘ingeteelde’ lijnen. Ingeteelde lijnen zijn stammen erwtenplanten die generaties lang onderling zijn gekruist, zodat ze er allemaal gelijk uitzien. De ene stam heeft bijvoorbeeld alleen gele erwten, de ander juist enkel groene. Mendel deed door het systematisch registreren van het overerven van eigenschappen wanneer twee ingeteelde lijnen gekruist werden, een belangrijke ontdekking. Hij ontdekte namelijk dat uit gele en groene erwtenplanten geen planten met geelgroene erwten, maar alleen planten met gele ontstaan. Wanneer deze nakomelingen op hun beurt onderling gekruist werden volgde een tweede verrassing: terwijl beide ouders gele erwten hadden, heeft een kwart van het nageslacht opeen weer groene erwten. Mendel stelde dat de erfelijke eigenschappen, als de kleur van erwten, tot stand komen onder invloed van twee onafhankelijke, ondeelbare factoren. Eén afkomstig van de moeder, één van de vader. De factoren worden niet gemengd, maar blijven generaties lang bewaard, zelfs als ze niet tot uiting komen. In zijn tijd was Mendel echter een miskende bioloog, zijn ontdekkingen werden niet geloofd of gewoon genegeerd. Van 1844 tot 1895 leefde de Zwitserse fysioloog Friedrich Miescher die de scheikundige samenstelling van cellen onderzocht. In 1869 ontdekte hij met toeval nucleine, ook wel kernstof genoemd. Wanneer later blijkt dat kernstof een zuur is, verandert de naam in nucleïnezuur. Miescher zelf had het verband tussen zijn kernstof en het raadsel van de erfelijkheid niet ontdekt, maar wanneer in 1879 de Duitse onderzoeker Walther Flemming (1843-1905) kleurstoffen loslaat op cellen, ziet hij in de celkernen opeens kleine draadjes. Wanneer één cel zich verdubbelt tot twee, lijken die draadjes zich eerst te verkorten en daarna te verdubbelen: in beide dochtercellen zitten er weer evenveel. Vijf jaar later doet de Belg Edouard van Beneden (1846-1910) ook een interessante waarneming: zaadcellen en eicellen bevatten, voordat ze met elkaar versmelten, de helft van het aantal draadjes in gewone cellen. Een aantal jaren later krijgen die draadjes ook een naam, namelijk chromosomen, of ‘gekleurde lichaampjes’. (Grieks: chroma = kleur, soma = lichaam). De geleerden konden maar geen verband vinden tussen chromosomen en erfelijkheid. Tien jaar lang vorderde het onderzoek niet, totdat in 1900 een drietal plantkundigen, onafhankelijk van elkaar, uit kruisingsproeven dezelfde conclusies trekt als Mendel ruim dertig jaar eerder. Zij ontdekten in hun tuin gelijke wiskundige wetmatigheden. De Duitser Carl Correns (1864-1933), de Oostenrijker Erich Tschermak von Seysenegg (1871-1962) en de Nederlander Hugo de Vries (1848-1935) erkenden later toch wel dat Mendel hen voor was geweest bij deze ontdekking. Door deze herontdekking van de wetten van Mendel kwam de zoektocht naar de stoffelijke drager van de erfelijkheid in een stroomversnelling. In 1902 ziet Edmund Wilson (1856-1939) de parallellen tussen de verdubbeling van chromosomen en de rekenkundige regels rond de erfelijkheid. Voor het eerst kan achter die regels een biologische theorie worden geformuleerd: de erfelijke factoren zitten in de chromosomen, waarvan beide ouders twee setjes hebben. Elk dragen zij een van de twee factoren via een chromosoom over op hun kind. De ene factor kan het andere overheersen en deze zo tijdelijk aan het gezicht ontrekken: in een gele erwt kan de factor voor groene erwten verscholen zijn die in latere generaties weer te voorschijn komt. In 1920 worden er via kruisingsproeven met de fruitvlieg onomstotelijke bewijzen geleverd voor de theorie dat de erfelijke kenmerken worden overgebracht door chromosomen. Na 1920 worden er ontdekkingen gedaan over het nucleïnezuur. Men ontdekt dat dit bestaat uit vier niet-zure bestanddelen, namelijk: thymine, cytosine, adenine en guanine. Al snel denken de wetenschappers te ontdekken, dat de vier basen altijd in even grote hoeveelheden aanwezig zijn. In 1944 wordt er door de Amerikaan Oswald Avery (1877-1955) bewezen dat nucleïnezuur de drager is van de erfelijke eigenschappen. Om dit te bewijzen voert hij een eenvoudig proefje uit met twee soorten ziekteverwekkende Pneumokokken (bacteriën die longontsteking veroorzaken). De ene bacteriesoort kan muizen besmetten, de andere soort niet. Maar wanneer een extract van dode bacteriën van het eerste type wordt toegevoegd aan bacteriën van het tweede type, kennen die laatste het kunstje opeens ook. Iets in het extract stelt bacteriën dus in staat muizen te infecteren. Avery doet dan de historische uitspraak: ‘het actieve gedeelte van het extract bestaat vooral, zo niet uitsluitend, uit desoxyribonucleïnezuur (dna).’ Voor het eerst wordt met deze uitspraak de scheikundige verbinding dna als overbrenger van erfelijke informatie aangewezen. Pas in 1952 is iedereen echter overtuigd van deze theorie. In 1950 komt men erachter dat de hoeveelheden van de vier basen in het nucleïnezuur wel degelijk variëren. Opmerkelijk hierbij is wel, dat de hoeveelheid adenine altijd precies gelijk is aan de hoeveelheid thymine. Hetzelfde geldt voor het duo guanine en cytosine. Rond 1950 bestookt Maurice Wilkins het nucleïnezuur met röntgenstraling. Hieruit wordt duidelijk dat het dna-molecule de vorm heeft van een lange, zeer dunne, maar toch wat stijve draad. In 1953 komen James Watson en Francis Crick erachter hoe het dna-molecule nu precies in elkaar zit. Zij hebben de dubbele helix ontworpen. Crick, Watson en Wilkins hebben in 1962 een Nobelprijs gekregen voor hun werk aan de speurtocht naar het mechanisme achter de erfelijkheid. Deze speurtocht is alleen nog lang niet ten einde gelopen. Nog steeds is dna een raadsel en het is nog maar de vraag of we ooit achter de werkelijke en volledige samenstelling en werking komen. Genetische modificatie De naam genetische manipulatie is niet geheel juist. Officieel heet dit knutselen aan genen namelijk genetische modificatie. Door tegenstanders van genetische modificatie is dit echter veranderd in genetische manipulatie omdat dit een negatievere klank heeft. Voorstanders gebruiken daarentegen vaak genetische modificatie. Genetische modificatie is het veranderen van de kern van onze cellen, waar de informatie over eigenschappen (erfelijk materiaal) zit. Voor de meeste mensen houdt het op bij deze definitie. Er zit echter nog een heel verhaal achter genetische modoficatie. Het is echter geen eenvoudig verhaal.
dna Watson en Crick hebben zoals eerder gezegd de dubbele helix ontworpen. Die helixvorm ontstaat wanneer een draadje losjes om een denkbeeldige cilinder is gewonden. Bij de dubbele dna-helix is sprake van niet eén, maar twéé draden. In de twee draden wisselen suikermoleculen (deoxyribose) en fosforzuurmoleculen elkaar eindeloos af. Samen vormen ze de strengen die het dna-molecule een stevige ruggengraat geven. De twee draden zijn met elkaar verbonden via ‘dwarsliggers’ ter hoogte van ieder suikermolecuul. De gehele vorm kan worden vergeleken met spoorrails die aan één uiteinde een flink aantal malen zijn rondgedraaid. De dwarsliggers bestaan uit telkens twee van de vier basen. Deze vier basen hebben elk een eigen letter, namelijk: Adenine A
Thymine T
Guanine G
Cytosine C
Zoals Watson en Crick al concludeerden kan dat dwarsliggen alleen in vaste combinaties. Omdat de twee draden steeds even ver van elkaar liggen, is er genoeg ruimte voor één grote base T of C en één kleine A of G. Omdat bovendien T en G door hun vorm niet goed naast elkaar passen, evenmin als A en C, rest maar één mogelijkheid: in het dna-molecule kunnen alleen de combinaties A-T, T-A, G-C en C-G bestaan. Elke dwarsligger in de spoorlijn bestaat dus uit één van deze vier koppels. Het dna-model van Watson en Crick verklaart de werking van de erfelijkheid volledig. De informatie ligt namelijk opgeslagen in de chromosomen, en daarbinnen weer op het dna. Doordat elk chromosoom (en dus ook het dna) zichzelf kan verdubbelen, wordt de informatie telkens van moedercel op dochtercel doorgegeven. Dat het dna-molecule zichzelf kan kopiëren, komt doordat beide helften van de dubbele helix elkaar aanvullen: ieder apart kunnen ze weer dienen als blauwdruk voor een nieuw, compleet molecuul. De erfelijke informatie die erin verscholen ligt, wordt zo trouw gekopieerd. Het is de schijnbaar willekeurige opeenvolging van de vier basenparen die de sleutel vormt tot de inhoud van de erfelijke boodschap. De eiwitten in de chromosomen hebben eigenlijk als enige functie het beschermen en bijstaan van het dna. Afgezien van hun vorm hebben eiwitten en dna veel gemeen. (Het verschil in vorm is dat eiwitten zich tot een grillig bolletje plooien dan tot een lange draad.) Beide bestaan uit een lange ruggengraat, waaraan een beperkt aantal verschillende chemische bouwstenen in wisselende volgorde is opgehangen. Bij dna zijn dat dus de vier basen. Bij eiwitten is de keus echter groter. Twintig verschillende aminozuren kunnen namelijk als evenzoveel bouwstenen elkaar afwisselen. Hun volgorde bepaalt welke ruimtelijke vorm het gehele eiwitmolecuul zal aannemen. Het is de vorm, die uiteindelijk bepaalt welke taak het eiwit in het lichaam kan vervullen. Eiwitten en dna hangen nauw met elkaar samen. Het is zo dat één erfelijke eigenschap, een gen, correspondeert met één eiwit. Men is er via heel wat gepuzzel achtergekomen dat één gen bestaat uit een lange rij drielettercombinaties op het dna. Als je een code van twee letters hanteerde had je niet genoeg combinaties om de twintig aminozuren te benoemen, (je hebt dan immers maar 16 verschillende combinaties) daarom ging men dus over tot de codes voor drie letters, waarmee je 64 verschillende codes samen kunt stellen. Bij deze code van drie letters, bleven er zelfs nog codes over voor woordjes die ‘begin’/’start’ en ‘stop’ betekenen. Codes van aminozuren in eiwitten Via deze codes kun je heel eenvoudig achterhalen uit welke aminozuren een eiwit is opgebouwd. Maar er zijn hier echter nog een aantal valkuilen bij. Zo hebben de wetenschappers nu nog grote moeite met het vinden van het juiste leesraam (waar begint het eiwit) en eiwitten bevatten vele honderden aminozuren en bovendien worden echte genen regelmatig onderbroken door stukjes code die helemaal niets met eiwit te maken hebben. Door het ontcijferen van deze genetische code was men erachter gekomen hoe de volgorde van basen op het dna uiteindelijk de samenstelling van eiwitten bepaald. Dus alleen via aanmaak van duizenden verschillende eiwitten kunnen genen in de chromosomen hun invloed doen gelden op erfelijke eigenschappen. Het is zo dat de eiwitten afhankelijk zijn van het dna en dat het dna op zijn beurt weer afhankelijk is van de eiwitten. Het humane genoom In 2000 is bekend geworden dat de mens bestaat uit slechts 30.000 á 40.000 genen. Dat betekent dat de mens voor zijn groei en functioneren maar tweemaal zoveel genen nodig heeft als het fruitvliegje! De twee wetenschappelijke bladen Nature en Science publiceerden in 2000 de resultaten van een jarenlang onderzoek. 90% van het humane genoom, dat is bestudeerd om tot de telling van de genen te komen, is nu beschreven. Hoewel de databases nog meer dan 1000 gaten vertonen in de beschreven dna-volgorde, kunnen de verschillen niet erg groot meer zijn. Het aantal van 30.000 á 40.000 is natuurlijk nog steeds maar een schatting. Het publieke project heeft er inmiddels 22.000 “echt” gevonden, terwijl Celera er al 26.000 heeft gesignaleerd. Het publieke project en Celera zijn twee concurrerende instellingen die onderzoeken uit hoeveel genen de mens bestaat. Ieder afzonderlijk zoeken zij dit uit. Op de volgende pagina staat een algemene beschrijving van de manier waarop men het aantal genen in het humane genoom bepaalt en een specifieke omschrijving van zowel Celera als het publieke project. Dit humane genoom bestaat uit 22 geslachtsongebonden chromosomen en de geslachtsbepalende chromosomen x en y. Al jarenlang is het verband tussen chromosoomafwijkingen en ziekte bekend uit microscopisch onderzoek. De laatste tien jaar is daarnaast de ligging van steeds meer ziekteverwekkende genen op de chromosomen bekend geworden. Elk chromosoom heeft zo zijn eigen specifieke ziektes die daarbij hoort. Zie het voorbeeld van chromosoom 1 op de volgende pagina. Zo heeft elk chromosoom dus zijn eigen rijtje met bijbehorende ziektes, hoewel niks natuurlijk nog vaststaat. Tot nu toe zijn 131 genen op chromosoom 1 gevonden die de oorzaak van een ziekte kunnen zijn als er een foutje in is geslopen. Enkele aan chromosoom 1 gebonden ziekten zijn: maculadegeneratie bij veroudering, aangeboren staar, een type hartspierziekte, melanoom, een dominant overervende doofheid, ziekte van Hirschsprung (een ernstige aangeboren darmziekte), ziekte van Gaucher (vaak dodelijke ziekte waarbij hersenvetten zich ophopen in organen en botcellen), een spierdystrofie, een van de darmkankergenen, twee vormen van erfelijke prostaatkanker, een van vier tot nu toe bekende Alzheimerveroorzakende genen, milde vorm van het Ushersyndroom (doofheid en kokerzien). Bron: NRC Webpagina's © NRC Handelsblad

Het onderzoeken van het humane genoom heeft grote gevolgen voor de mensheid. Als eenmaal precies bekend is wat voor genen er allemaal bestaan en welke ziektes deze met zich meedragen, kunnen er manieren bedacht worden om deze genen te ontwijken. Door middel van genetische modificatie zouden mensen dan om het zo maar te noemen 'immuun' kunnen worden voor alle ziektes. Dit is nu natuurlijk nog toekomstmuziek, maar wie weet komt het er in de toekomst nog wel van. Op het moment is er een angst van de mensen dat de genen van mensen onderzocht gaan worden en dat er zogenaamde 'genenpaspoorten' gemaakt gaan worden, waarop alle erfelijke informatie van personen vermeld staat. Mensen die dus een erfelijke ziekte met zich meedragen zouden dit van te voren al weten omdat dit op dit paspoort staat. Bovendien zouden werkgevers en verzekeringsbedrijven met behulp van deze paspoorten mensen met een 'slechter' genenpaspoort van werk en verzekering kunnen ontzeggen. RNA Rond 1960 werd er naast DNA nog een tweede nucleïnezuur ontdekt, namelijk RNA, Ribonucleïnezuur. Waar het normale DNA veilig zit ingepakt en opgesloten in chromosomen en een stevige celkern, bleek het kleinere RNA als een boodschappenjongen de erfelijke code tot buiten de kern te kunnen brengen. RNA is samengesteld uit nucleotiden die elk bestaan uit een fosfaatgroep en het suiker ribose, gekoppeld aan een stikstofhoudende base: Guanine (g), cytosine (c), uracil (u) of adenine (a). (Het verschil tussen DNA en RNA is dus eigenlijk dat de base thymine vervangen is door uracil.) Uracil aan één RNA-streng kan een paar vormen met een andere streng, en cytosine kan een paar vormen met guanine waardoor er een dubbele helix ontstaat. Men denkt dat dergelijke complementaire paarvorming van basen heeft bijgedragen aan het reproductievermogen van vroeg RNA. RNA is een nucleïnezuur precies als DNA, maar met één groot verschil. Bij RNA is er namelijk in plaats van twee tot een helix gedraaide strengen, maar één. Net zoals DNA kan RNA zich kopiëren door de twee helften als een ritssluiting uiteen te doen gaan en beide aan te vullen tot twee nieuwe dubbele strengen, zo kan het zijn boodschap ook overschrijven op RNA. De twee DNA-helften laten even van elkaar los, zodat aan één kant de code gekopieerd kan worden tot een stukje RNA. Een voorbeeld van RNA Wanneer het complete gen is overgeschreven sluit de dubbele DNA-helix zich weer en gaat het RNA op pad. Het verlaat de celkern en komt terecht in het inwendige van de cel. Daar wordt, in speciale eiwitproducerende structuren, de boodschap op het RNA afgelezen. Bij elke code van drie basen wordt het bijbehorende aminozuur gezocht en aan het voorafgaande geplakt. Zo groeit langzaam maar zeker een volledig eiwit, dat aan zijn taak, binnen of buiten de cel, kan beginnen. Er zijn twee verschillende soorten RNA, namelijk TRNA, wat staat voor transport-RNA en MRNA, wat messenger- of boodschapper-RNA betekent. Het TRNA voert de juiste aminozuren aan het MRNA voor de vorming van eiwitten. Het MRNA brengt de genetische informatie van het DNA als een kopie over naar het ribosoom buiten de cellen. Blokkades Dat was een eenvoudige weergave van het DNA. Echter is het niet altijd zo dat genen altijd uit een keurig afgeperkt rijtje codes van drie basenparen bestaat. In de praktijk moeten er namelijk nog codes aan vooraf gaan die het gen ‘aan’ of ‘uit’ kunnen zetten. Niet alle genen hoeven immers voortdurend eiwitten te produceren: de meeste staan het grootste gedeelte van de tijd uit. Ze worden geblokkeerd door speciale eiwitten, die weer in opdracht van andere genen worden gemaakt. Zo ontstaan bijzonder ingewikkelde en onoverzichtelijke kettingreacties van genen die elkaar stimuleren of juist blokkeren. Genen verminkend Zulke kettingreacties spelen een grote rol bij verschillende soorten kanker. Wanneer het gen voor een blokkeereiwit kapot gaat, zal de blokkade op een ander gen per abuis worden opgeheven, zodat de laatste, tegen de bedoeling in, eiwitten begint te produceren. Wanneer in de ketting genoeg remmende genen kapot gaan, zal de cel ongecontroleerd beginnen te groeien en te vermeerderen. Vanaf dat moment is een normale cel veranderd in een kankercel. Zoals bekend, wordt kanker bestreden met radioactieve straling. Door deze straling worden genen verminkt. Radioactieve straling, ultraviolet licht en agressieve chemische verbindingen zijn ook verminkend voor de genen. Dit zijn zogenaamde kankerverwekkende chemische verbindingen. Met kankerverwekkend bedoelen we hier verminkend voor genen. Zelfs zonder gevaarlijke straling of kankerverwekkende stoffen kan er echter regelmatig wat misgaan in de genen. Dat gebeurt vooral wanneer het DNA-molecuul tijdelijk is uitgerold. Straling, maar ook bijproducten van normale processen in de cel hebben dan vrij spel. Ook door gewoon toeval kan bij het kopiëren een kleine overschrijffout ontstaan. Eén base wordt bijvoorbeeld per ongeluk overgeslagen, of juist dubbel gekopieerd. In de zogenaamde hot spots treden vaker fouten op dan in de andere gebieden. We weten nu hoe DNA in elkaar zit, maar hoe wordt dit nou toegepast? Welke bewerkingen moeten er met het DNA uitgevoerd worden om bijvoorbeeld te klonen of om genetisch te modificeren? Transgenese Transgeen is een levend wezen met kunstmatig ingebrachte erfelijke eigenschappen. Zulke levende wezens heten transgene organismen. Deze lijken vaak precies op hun wilde voorvaderen, maar bevatten desondanks eigenschappen waar zelfs wetenschappers met ontzag naar kijken. Transgenese is de kunstmatige introductie van nieuw genetisch materiaal in planten en dieren. Onder transgenese valt echter ook de mogelijkheid om lichaamseigen genen uit of juist aan te zetten. Als je dus wilt gaan experimenteren met bijvoorbeeld klonen of het overbrengen van bepaalde erfelijke eigenschappen, zul je plant of dier dus transgeen moeten maken. Er zijn drie manieren om dit te doen. Micro-injectie is de meest gebruikelijke methode, toch zijn er nou ook twee andere methoden in opmars. Deze twee andere methoden zijn retrovirussen en embryocellen. Micro-injectie is het injecteren van vreemd DNA met behulp van een ultrafijn hol glazen naaldje in de kern van een bevruchte eicel. De eicel wordt daartoe gefixeerd door middel van een glazen zuigpipet. Op deze manier kunnen complete genen worden ingebracht, maar je weet nooit precies waar deze in het DNA van de ontvanger terechtkomen. Het infecteren met retrovirussen is een andere mogelijkheid om planten en dieren transgeen te maken. Dit zijn RNA-virussen waarvan het RNA in de gastheercel wordt omgezet in DNA. Aan deze omgekeerde weg hebben ze hun naam te danken (retro). Het virale DNA wordt in het erfelijke materiaal van de gastheer ingebouwd. Het wordt als het ware verstopt, en komt soms pas maanden of jaren later tot expressie. Dat maakt retrovirussen zo geniepig. Op welke manier kunnen deze retrovirussen gebruikt worden om dieren en planten transgeen te maken? Dit gebeurt op de volgende manier. Er wordt een vreemd stukje erfelijk materiaal in het RNA van een retrovirus gezet. Daar worden vervolgens embryocellen mee besmet en die krijgen het gewenste stukje DNA in hun genen. Een nadeel van deze methode is dat je een niet al te lang stuk DNA kwijt kunt, anders past het niet in het viruskapsel. De derde methode is de methode van embryonale stamcellen. Er worden hierbij cellen gebruikt die omnipotent zijn. Dat betekent dat ze nog niet gedifferentieerd zijn tot bijvoorbeeld een hart-. huid -of een hersencel. Ze kunnen in een petrischaaltje worden gekweekt. Ingebrachte genen wisselen zich uit met al aanwezige genen die vrijwel gelijk zijn, maar toch een klein beetje verschillen. Dit heet homologe recombinatie. Met deze techniek kun je genen uitschakelen of heel subtiele veranderingen aanbrengen. De gemodificeerde stamcellen worden in een embryo ingebracht, dat nog helemaal aan het begin van de ontwikkeling staat, om precies te zijn in het blastocyst stadium. Die blastocys wordt dan vervolgens in een draagmoeder geïmplanteerd. Deze embryonale stamcellen kunnen zich erg goed onder de cellen van de blastocyst mengen. Ze worden onderdeel van de foetale weefsels en er ontstaan zogenaamde chimeren. Dit zijn dieren die uit cellen van verschillende herkomsten zijn ontstaan. Deze chimeren hebben vier ouders, namelijk de vader en moeder van het oorspronkelijke embryo, en de vader en moeder van de donor van de embryonale stamcellen. De stamcellen kunnen zelfs aan de volgende generaties doorgegeven worden als ze onderdeel uit gaan maken van de organen die de geslachtscellen vormen. De genetisch gemodificeerde chromosomen die sequenties van twee of meer soorten bevatten, heten chimeer-DNA.
Restrictie-enzymen Aan de technieken van klonen en genetisch modificeren ligt een belangrijke ontdekking uit 1970 aan de grondslag. Men ontdekte toen het bestaan van de restrictie-enzymen. Veel bacteriën bleken te beschikken over eiwitten die gespecialiseerd zijn in maar één ding, namelijk het in kleine stukjes knippen van DNA. Wie een mengsel van deze restrictie-enzymen toevoegt aan een reageerbuis met lange DNA-moleculen houdt binnen de kortste keren alleen nog maar kleine fragmentjes over. Deze enzymen werken echter wel op een heel bijzondere manier. Het is namelijk zo dat alleen wanneer hij in een DNA-streng een bepaalde basenvolgorde tegenkomt, hij de DNA-streng doorknipt. Als voorbeeld kunnen we daarbij de bacterie Escherichia coli, die bij elke mens in groten getale in het darmengestel voorkomt. Deze bacterie bevat een eiwit dat telkens wanneer het de code –G-A-A-T-T-C- ziet, het DNA-molecuul doorknipt tussen de letters –G- en –A-A-T-T-C-. Zo zijn er nog veel meer van die bacteriën die elk een ander eiwit bevat wat dus ook op een andere plek het DNA doorknipt. Restrictie-enzymen hebben in de natuur een belangrijke functie. Ze beschermen de bacterie tegen virussen die de aanval openen door virus-DNA naar binnen te spuiten. De knippende eiwitten kunnen het vijandige DNA in kleine mootjes hakken voordat het schade aanricht. Restrictie-enzymen komen aan hun naam doordat ze hun activiteit beperken tot vreemd DNA. Die stukjes kun je dan makkelijker verder onderzoeken op hun samenstelling. Ook kun je die kleinere stukjes vastplakker aan andere stukjes DNA, bijvoorbeeld aan DNA uit een andere plant of uit een mens. De werking van deze restrictie-enzymen in het kort toelgelicht: - De eerste stap die gezet wordt door de restrictie-enzymen is het lezen van het DNA om vervolgens onder de miljarden letters bepaalde korte woordjes te herkennen. Deze woordjes zijn echter geen willekeurige lettervolgordes. De andere tegenoverliggende DNA-keten vormt namelijk hetzelfde woord maar dan in tegengestelde richting. Dit wordt ook wel een palindroom genoemd (bijvoorbeeld het woord lepel of parterretrap). - Na het herkennen van een bepaald palindroom knippen ze de twee DNA-ketens verspringend door. Het resultaat is twee stukjes DNA met kleverige uiteinden (Sticky ends). De uiteinden zijn kleverig omdat ze graag vastklikken op andere losse stukjes DNA met de complementaire lettertjes. - Als het gebeurt dat een virus in een bacterie binnendringt, dan knippen de restrictie-enzymen van de bacterie dit vreemde DNA in stukjes, als het tenminste het juiste palindroom bezit. Het eigen palindroom van de cel wordt dan veranderd. Het DNA van een bacterie bevat natuurlijk ook palindromen, die door knipenzymen herkend zouden worden, maar dat mag dus niet gebeuren. Om dat te voorkomen zijn de eigen palindromen beschermd door methylering van een of meer stikstofbasen in het betrokken palindroom. Methylering is het hangen van een methyl groep aan een dergelijke palindroom. Het restrictie-enzym herkent na methylering dat palindroom niet meer. - Het sticky ends (ofwel blunt ends) kan worden samengevoegd met een vectormolecuul. Dit proces heet ligation en het enzym dat deze reactie katalyseert heet het DNA-ligase. Vectormoleculen Er bestaan drie verschillende vectormoleculen die vaak worden gebruikt, te weten plasmiden, bacteriofagen en cosmiden. Ik zal proberen deze drie vectormoleculen even kort toe te lichten. Plasmiden komen natuurlijk voor, maar soms zijn ze ook gegenereerd voor het maken van een bacterie of cel met stukje DNA. Ze zijn overerfbaar en extrachromosaal aanwezig met als belangrijke eigenschap dat ze resistent zijn gemaakt tegen antibiotica. Structureel bestaan ze uit een cirkelvormige dubbelstrengs DNA en ze bezitten een beperkt aantal specifieke restrictieplaatsen. Door het plasmide te openen bij een restrictieplaats en daar DNA te introduceren, wordt het ampicillin gen onderbroken en geïnactiveerd zodat de gastheer gevoelig wordt voor het antibioticum. Bacteriofagen zijn virussen, die bacteriën infecteren. Iedere faag bestaat uit een kop en een staart en heeft een proteïne huis die een centrale hoeveelheid DNA omgeeft.Via zijn staart kan het DNA injecteren in de bacterie. Hier vormt het DNA een cirkel middels de zogenaamde cohesive end sites (cos sites). Vervolgens kan het zich op twee manieren gaan vermenigvuldigen: 1) Door deel uit te gaan maken van het cirkelvormige bacteriële chromosoom en gelijktijdig hiermee te repliceren (Iysogenic) of
2) zelfstandig onafhankelijk van de gastheer waarbij de gastheercel openbarst (Iytic phase). Ten slotte heb je nog de cosmiden. Dit zijn kunstmatige constructies van plasmide DNA in een faag deeltje. Ze bestaan voornamelijk uit cirkelvormig dubbel DNA die verscheidene antibiotica resistente genen, restrictieplaatsen en cos plaatsen van faagbevatten. De cosmiden kunnen doordat ze zelf klein zijn de grootste stukken DNA opnemen. Transformatie Als dan een segment vreemd DNA in de vector is gebracht is de volgende stap de vector in een gastheer organisme aan te brengen. Om een bacterie of cel met stukje DNA te maken worden deze eerst geïsoleerd uit bacteriën door disruptie en centrifugatie. Het plasmide DNA en vreemd DNA worden dan blootgesteld aan een restrictie-enzym, gemengd en behandeld met ligase om recombinant plasmiden te vormen. Het recombinant plasmide DNA wordt in de bacterie gebracht door behandeling met calciumchloride die binding van het plasmide aan het celmembraan veroorzaakt. Een temperatuurverhoging tot 42 graden zorgt vervolgens voor het transport in de cel. Dit proces wordt transformatie genoemd. Klonen Als het vreemde DNA dan in de gastheer (en dus in een bacterie of in een andere snelgroeiende cel) is geïntroduceerd worden deze in een voedingsmedium gebracht, zodat vermenigvuldiging via celdeling plaats kan vinden. De plasmiden kunnen tijdens de celdeling van de bacterie zelfstandig blijven bestaan of ze kunnen deel gaan uitmaken van het DNA van de gastheer en geïntegreerd vermenigvuldigd worden. De bacteriën gaan dan kolonies vormen. Elke kolonie is dan voorgekomen uit een enkele bacterie en heeft daarom dezelfde genetische basis, een kloon. Een kloon is door ongeslachtelijke voortplanting uit één voorouder ontstaan. Bacteriën, schimmels en gisten kunnen zich heel gemakkelijk klonen. Ook planten hebben deze mogelijkheid. Maar mensen en dieren kunnen dit alleen met behulp van de techniek. Als voorbeeld: Dolly, het eerste gekloonde schaap. Hoe is de klonering tot stand gekomen? Het eerste gekloonde schaap: Dolly Een kloon is per definitie een genetisch identieke nakomeling van één ouder. De eeneiige tweeling is strikt genomen geen kloon, want ze zijn niet identiek aan een ouder, maar alleen aan elkaar. In het geval van een tweeling kan men zeggen dat door het splitsen van een embryo een zogenaamde embryokloon is ontstaan. En het maken van een embryokloon is tot dusver de gemakkelijkste manier gebleken om een stel identieke koeien of schapen te verkrijgen. Het maken van klonen op deze wijze biedt wel perspectieven, maar de technische onvolkomenheden zijn nog erg groot. En het is wel mogelijk identieke klonen te produceren, maar deze klonen, zijn niet gelijk aan de ouders. En dat is nu juist bij Dolly wel het geval. Op 24 februari 1997 verscheen het bericht over een zeven jaar oud lam, Dolly, dat een kloon was van een zes jaar oud schaap. Dit schaap heeft geen seks gehad, is zelfs niet drachtig geweest, maar heeft, geholpen door de onderzoekers van het Roslin Institute, een "zusje" op de wereld gezet dat lijkt op haar "moeder" zoals eeneiige tweelingen op elkaar lijken, maar dan wel zes jaar jonger! Maar wat is dan precies het verschil met geslachtelijke voortplanting? Voor een normale manier van voortplanting zijn eicellen en zaadcellen nodig, de zogenaamde geslachtscellen. Geslachtscellen zijn per definitie cellen die eerst met een andere geslachtscel moeten versmelten voor ze verder kunnen groeien en delen. Maar daarbij gebeurt iets bijzonders. Menselijke lichaamscellen en andere dierlijke cellen bevatten in hun kern allemaal een dubbele portie erfelijke factoren of genen, in de vorm van lange draden, de chromosomen. Bij de mens zijn dat er 46, steeds twee aan twee gelijkvormig. Ook de kiemcellen, waaruit de geslachtscellen gevormd worden, bevatten 46 chromosomen, maar de geslachtscellen bevatten er 23, zodat twee versmeltende cellen weer een cel met 46 chromosomen opleveren. De helft daarvan komt uit de eicel, de moederlijke chromosomen, en de andere helft uit de zaadcel, de vaderlijke chromosomen. Om een geslachtscel te kunnen worden moet een kiemcel dus het aantal chromosomen halveren, en dat vereist een speciaal type celdeling, de meiose. Uit één kiemcel ontstaan via deze meiotische delingen vier cellen die niet identiek zijn. Want behalve dat het aantal chromosomen gehalveerd wordt, worden de vaderlijke en moederlijke chromosomen door elkaar gehusseld en in volstrekt nieuwe combinaties verenigd. Daarbij worden bovendien stukjes chromosoom uitgewisseld tussen vaderlijke en moederlijke chromosomen, zodat elke geslachtscel, zowel zaadcel als eicel, uniek is wat betreft zijn verzameling erfelijke factoren. Het grootste voordeel van deze manier van voortplanten is de uitwisseling van genetische informatie. Niet alle organismen gebruiken deze manier van voortplanten, maar voor de mens en het grootste deel van het dierenrijk is het van levensbelang. Volgens Darwin zullen namelijk de genetisch sterkste exemplaren het beste overleven. De eicel is er zo op gebouwd dat alleen zaadcellen van de eigen soort in de eicel kunnen binnendringen. Door dit binnendringen van de zaadcel versmelten de ei- en zaadcel tot een bevruchte eicel, de zygote. Op deze manier krijg je dus weer een cel met een dubbel paar chromosomen, in het geval van de mens dus 46. Deze zygote zet een complex aantal delingen in gang. Deze ene cel zal vervolgens uitgroeien tot een embryo en uiteindelijk tot een nieuw individu. Een individu dat genetische eigenschappen van de vader via de zaadcel en van de moeder via de eicel mee heeft meegekregen.
Met kerntransplantatie een kloon maken Dolly is ontstaan uit een kerntransplantatie-experiment. Om goed de werking van een kerntransplantatie te kunnen begrijpen is het belangrijk te weten hoe een embryo zich ontwikkelt. Uit een zaad- en eicel ontstaat na versmelten een zygote. Deze zygote beschikt over de chromosomen van de eicel en de zaadcel, waardoor hij een dubbele portie genen bevat. Deze bevruchte eicel gaat delen en er zullen cellen uit ontstaan die allemaal diploïd zijn, dat wil zeggen beschikken over een dubbele portie genen. Er wordt een steeds grotere klomp cellen gevormd. Deze klomp groeit echter niet zomaar, maar volgens een nauwkeurig gestuurd proces. Dat proces wordt gestuurd door de informatie die in de genen ligt opgeslagen. Cellen krijgen dus niet zomaar een functie, maar een functie die afhankelijk is van de cel waaruit ze ontstaan zijn en van de plaats waar ze zich bevinden. Zo groeit uit de zygote, één cel, een complex meercellig organisme. Elke cel in dat meercellige organisme is gedifferentieerd, dat wil zeggen dat het een specifieke functie heeft. Een hersencel bijvoorbeeld heeft een andere functie dan een spiercel. En dus zal hij ook een andere vorm hebben. Deze verschillen in functie en vorm berusten op het feit dat de cellen verschillende delen van het DNA aflezen. Terwijl ze wel allebei over precies hetzelfde DNA beschikken, want ze zijn afkomstig uit die zelfde ene zygote. Een zygote is totipotent, dat wil zeggen dat uit deze ene cel alle andere cellen gevormd kunnen worden. Een gespecialiseerde cel is echter niet totipotent, terwijl hij toch over hetzelfde DNA beschikt. Gaandeweg de ontwikkeling worden er keuzes gemaakt welke stukken DNA wel en welke er niet afgelezen worden. Er zou dus verondersteld mogen worden dat uit een gedifferentieerde cel geen nieuw organisme kan groeien. Dat is ook voor een groot gedeelte de waarheid. Een afgerukte hand groeit niet weer aan en ook een cel die geïmplementeerd wordt in een baarmoeder zal zich niet tot een nieuw individu ontwikkelen. Daardoor is de mens en een groot gedeelte van het dierenrijk afhankelijk van geslachtelijke voortplanting om zichzelf en de soort voor te planten. Maar de uitvinders van Dolly blijken deze cyclus doorbroken te hebben. Zij zijn er in geslaagd een gedifferentieerde cel uit te laten groeien tot een nieuw individu. Weliswaar met behulp van een aantal trucjes. Maar het principe van voortplanten via geslachtscellen is omzeild. En wel op de volgende manier. Zoals hiervoor te zien is geweest bestaan geslachtscellen uit een enkel paar chromosomen en pas na het versmelten van een eicel en een zaadcel ontstaat een diploïde zygote. Elke lichaamscel bevat ook een dubbel paar chromosomen. Het is de onderzoekers gelukt om uit een eicel de kern te verwijderen en er een kern van een gedifferentieerde cel in te brengen. (De kern is het onderdeel van de cel waarin de chromosomen zich bevinden.) Dit heet een kerntransplantatie. Deze eicel met ingebrachte kern bevat dus een dubbele portie chromosomen en hij groeide vervolgens uit tot een volledig individu, Dolly. De chromosomen, of al het erfelijke materiaal, waren afkomstig van één ouder. Dolly heeft dus volledig de identieke genetische informatie van haar "moeder" Voortplanten op deze manier is een technisch snufje waarvan de mogelijkheid lange tijd onzeker is geweest. Het is in de natuur niet ongebruikelijk om uitsluitend via het maken van klonen de soort voor te planten. Micro-organismen, planten, anemonen en andere organismen beschikken wel over deze zogenaamde ongeslachtelijke voortplanting. Daar wordt dus een nieuw individu uit één ouder individu gevormd. Hierbij vindt dus geen uitwisseling van genetische eigenschappen plaats. Denk bijvoorbeeld aan stekken van planten of het delen van een bacteriecel. Dat is dus kloneren in de zuiverste vorm. Voor zoogdieren is het onmogelijk om zonder ingrijpen van de mens een kloon te vormen. En daarmee ontstaan de problemen. Want het dilemma dat nu opgeroepen wordt is of het verantwoord is om de mens zo diep in de natuur in te laten grijpen. De vraag is echter of het maken van klonen wel zo wezenlijk verschilt van wat er nu allemaal al gebeurt met het knutselen aan dieren. Zo wordt er ingegrepen in de voortplanting of er worden veranderingen aangebracht in het genoom, zoals bij stier Herman, die “os werd”. De discussie blijft beperkt tot dieren, bijvoorbeeld vee en huisdieren, en mensen. Toch is het al een lange tijd de gewoonte dat bij de voortplanting een hoop zaken door mensenhanden geregeld kunnen worden. Zo is het in de veeteelt mogelijk vele eicellen in een ovulatiecyclus vrij te laten komen. Deze eicellen worden uit het moederdier verwijderd, in een reageerbuisje bevrucht en vervolgens in vele dragerdieren terug gezet. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk van een kwalitatief sterk dier meerdere nakomelingen te verwekken, die allemaal de gunstige eigenschappen van de moeder meekrijgen. Verder is het zelfs al gebeurd dat de genetische eigenschappen van een dier zijn veranderd, zoals in het geval van stier Herman. Daar zijn menselijke genen ingebracht, zodat er een medicinaal eiwit in de melk wordt geproduceerd. Het is dus in de veeteelt algemeen gebruik om via een sterke sturing tot een zo goed mogelijke veestapel te komen. En de vraag is gerechtvaardigd waarom er dan geen gebruik zou mogen worden gemaakt van een techniek zoals klonen. Het is bijvoorbeeld ook mogelijk via kunstmatige klievingen meerlingen te vormen. Ook bij ouderparen die problemen hebben bij het krijgen van kinderen worden allerhande technische handelingen toegepast, de zogenaamde in vitro fertilisatie. Verschil hierbij is wel dat er uitsluitend gebruik wordt gemaakt van geslachtscellen, die vaak onvoldoende functioneren. De natuur wordt als het ware een handje geholpen. De handelingen vinden wel plaats in een laboratorium, maar verlopen via de "normale" biologische principes. Technische beperkingen Om te beginnen is de techniek nog lang niet geoptimaliseerd. Er zijn in het geval van Dolly vele pogingen ondernomen en bijna net zoveel mislukt. Van de plusminus 250 pogingen is er maar eentje gelukt. Er is nogal veel onzekerheid omtrent de duurzaamheid van een gekloond organisme. Voor kerntransplantatie wordt DNA gebruikt, dat in het lichaam van de donor al veroudering heeft ondergaan, Dolly's "moeder" was bijvoorbeeld al zes jaar oud toen het DNA uit haar uiercel werd gehaald. Genetisch gezien is Dolly dus zes jaar ouder dan in werkelijkheid. Het DNA uit die uiercel heeft in de loop der tijd allerlei mutaties ondergaan, en niemand durft te zeggen wat op de lange termijn daar de effecten van zullen zijn. Afgezien van die mutaties kan het verouderingsproces van het DNA ook op een andere manier een struikelblok vormen. Cellen hebben geen onbeperkte leeftijd: bij elke celdeling wordt het DNA een stukje korter, doordat er aan het uiteinde van de chromosomen, de zogenaamde telomeren, steeds een stukje DNA verloren gaat. Dit is al in verschillende studies als verklaring gegeven voor het beperkte delingvermogen van cellen. Of in het DNA van de donorcellen de telomeren zich weer herstellen is nog niet duidelijk. Mocht dit niet het geval zijn, dan hebben de cellen van Dolly waarschijnlijk slechts een beperkte delingscapaciteit. Als de oorspronkelijke cel minder vaak kan delen, zou je logischerwijs verwachten dat het organisme een kortere levensverwachting heeft. Dolly zal dat moeten uitwijzen. Een andere onzekerheid is al wel uit de wereld geholpen: gekloonde dieren kunnen zich wel voortplanten, want Dolly heeft inmiddels haar eerste nageslacht op de wereld gezet. Gezondheid Grootste vraag is op dit moment wat de genetische leeftijd van Dolly is. Heeft het zes jaar oude moederlijke DNA alle beschadigingen zoals mutaties in het DNA en verkorte chromosomen overgedragen of zijn deze hersteld? Als er geen herstel heeft plaatsgevonden mag er worden aangenomen dat Dolly geen lang leven voor de boeg heeft, omdat ze op haar geboortedag biologisch gezien al zes jaar oud was. Algemeen wordt aangenomen dat de beperkingen van het aantal celdelingen voornamelijk wordt bepaald doordat de kwaliteit van het DNA door de jaren heen achteruit gaat. Mocht een kloon inderdaad een kortere levensverwachting hebben, dan is het de vraag of je je eigen kloon dat aan kan doen. Maar ook de kans op het ontwikkelen van kanker neemt dan erg toe. Xenotransplantatie Xenotransplantatie is een behandeling waarbij organen, weefsels of cellen van de ene diersoort in een andere, of in een mens worden geïmplanteerd. Ook wanneer de behandeling van patiënten met cellen of organen buiten het lichaam gebeurt, is er sprake van xenotransplantatie. ‘Xenos’ betekent vreemd en xenotransplantatie is dus letterlijk de transplantatie van vreemde organen. In het onderzoek wordt ervan uitgegaan dat varkens de belangrijkste bron van organen en weefsels voor mensen kunnen worden. Xenotransplantatie wordt ontwikkeld, omdat er een tekort is aan menselijke organen en weefsels. Dierlijke organen, weefsels en cellen zijn in principe onbeperkt voorhanden. Daarmee zou een oplossing kunnen komen voor het groeiende tekort aan donororganen en -weefsels. Ook zou xenotransplantatie, meer dan transplantatie van mens naar mens, zo gepland kunnen worden dat de patiënt nog beter op de operatie kan worden voorbereid. Organen die in aanmerking kunnen komen zijn onder meer het hart, de nieren en volgens sommigen misschien de longen. Een varkenslever is niet geschikt om in mensen te implanteren. Xenotransplantatie zou ook heel nieuwe behandelmethoden kunnen opleveren, in plaats van bijvoorbeeld medicijnen. Men denkt aan het inbrengen van bepaalde hersencellen van varkens in patiënten, of cellen van de alvleesklier van varkens in suikerpatiënten. Xenotransplantatie is nog experimenteel. Afgelopen decennia zijn weliswaar op kleine schaal proeven bij mensen gedaan, maar onderzoek met mensen wordt in de meeste landen (waaronder Nederland) nu niet zonder meer toegestaan. De risico’s zijn nog te groot. Vooral het risico van infectieoverdracht baart zorgen. Xenotransplantatie buiten het lichaam mag wel bij de mens worden onderzocht, mits aan bepaalde veiligheidsvoorschriften wordt voldaan. Er zijn plannen om in onderzoek bij patiënten met een acute en zeer ernstige leverziekte, het bloed door een soort kunstlever te leiden. In die kunstlever zitten onder andere varkenscellen die helpen het bloed te zuiveren. Dat zou een tijdelijke oplossing kunnen zijn in afwachting van een donorlever. Zoals het er nu naar uitziet, is dit de enige vorm van xenotransplantatie waarbij levend materiaal wordt gebruikt, die binnenkort in Nederland zou mogen. Hartkleppen afkomstig van varkens worden al jarenlang met succes in patiënten geïmplanteerd. Aan varkenshartkleppen zijn niet de risico’s verbonden, die bij andere weefsels en organen wel spelen. De hartkleppen bevatten namelijk geen levend weefsel. Deze vorm van xenotransplantatie staat dan ook min of meer buiten de discussie. Bij andere bestanddelen van het varken (bijvoorbeeld hersencellen, of het hele hart) wordt juist wel levend materiaal getransplanteerd. Dit geeft problemen zoals afstoting en mogelijk overdracht van infecties. Tekort aan organen We hebben allemaal wel eens gehoord van een hart- of niertransplantatie. Dat is een ingrijpende operatie waarbij een patiënt een nieuw orgaan ontvangt van een donor. Patiënten met een orgaan dat niet functioneert, worden steeds vaker behandeld met een transplantatie. De resultaten van transplantaties zijn de afgelopen jaren sterk verbeterd. Vijf jaar na transplantatie leeft 50% tot 85% van de patiënten nog. Het gevolg van deze successen is dat de vraag naar donororganen en -weefsels de laatste jaren enorm is toegenomen: steeds meer oudere, of juist jongere mensen komen in aanmerking voor transplantatie. Een toename in de vraag komt ook doordat chronische ziekten vaker met transplantatie kunnen worden behandeld. Verder kunnen organen en weefsels beschadigen door medicijngebruik of ongezonde leefgewoonten. Het aanbod kan niet aan deze toenemende vraag voldoen. Weliswaar stijgt het aanbod van donorweefsel (hoornvliezen, bot, hartkleppen, etc.) de laatste jaren iets, het totale aanbod van organen daarentegen schommelt al jaren rond een bepaald niveau zonder echt toe te nemen. Een oorzaak hiervoor is dat het aantal overledenen dat geschikt is voor orgaandonatie (mensen die overlijden aan hersendood) de laatste jaren daalt. Ook speelt een rol dat niet alle mensen hun wil hebben laten registreren om eventueel na hun dood een orgaan of weefsel af te staan. Daarnaast moet nog verder worden bevorderd dat na iemands overlijden door de arts de procedure voor orgaan- of weefseldonatie in gang wordt gezet. Door het verschil tussen vraag en aanbod zijn er lange wachtlijsten van mensen die getransplanteerd moeten worden. In Nederland stonden bijvoorbeeld eind 1999 ruim 1300 mensen op de wachtlijst voor een niertransplantatie. In dat jaar zijn er zo’n 350 getransplanteerd. Er overlijden mensen die met een passend donororgaan, of -weefsel geholpen hadden kunnen worden. Er wordt gewerkt aan verbeteringen van orgaandonatie, transplantatie en aan mogelijkheden om te voorkomen dat weefsels of organen het opgeven. Toch verwachten artsen, wetenschappers en overheid niet dat hiermee het tekort volledig kan worden opgelost. Vooral voor organen is het tekort nijpend. Daarom wordt ook onderzoek gedaan naar heel nieuwe benaderingen, waaronder xenotransplantatie.
Risico’s Veel van de discussie over xenotransplantatie gaat over de risico’s. Wetenschappers en overheid realiseren zich dat bepaalde risico’s nog niet goed te controleren zijn. Om die reden mogen de meeste vormen van xenotransplantatie nog niet bij mensen worden uitgevoerd. Er wordt veel onderzoek naar gedaan. Om welke risico’s gaat het? Welke maatregelen zijn ertegen te nemen? In hoeverre is een zeker risico te aanvaarden? Afstoting In het geval dat xenotransplantatie mogelijk wordt, bestaat het gevaar dat het lichaam van de patiënt het orgaan, weefsel of de cellen van het varken afstoot. Afstoting treedt op, omdat het afweersysteem van de patiënt het nieuwe bestanddeel als vreemd herkent. Het gevolg is een afweerreactie die een ontsteking en beschadiging van het nieuwe bestanddeel veroorzaakt. Zonder toediening van afstotingsremmers(medicijnen die het afweersysteem van de patiënt onderdrukken), treedt afstoting ook op na transplantatie van mens naar mens. De afstoting van een varkensbestanddeel verloopt echter anders. Wetenschappers doen hier onderzoek naar om de afstoting na xenotransplantatie vervolgens gericht tegen te kunnen gaan. Voor de xenotransplantatie van organen moet het varken genetisch gemodificeerd worden, zodat het afweersysteem van de mens de varkensorganen minder als vreemd zal ervaren. Voor xenotransplantatie van cellen of weefsels is dit misschien niet nodig. Toch zullen in alle gevallen medicijnen nodig zijn om afstoting te voorkomen. De huidige afstotingsremmers bij transplantatie van mens naar mens zijn daarvoor echter niet toereikend. De afstoting van cellen of weefsels van varkens verloopt anders dan van organen. De verwachting is daarom dat deze eerder getransplanteerd kunnen worden. De termijn waarop blijft alleen nog onzeker. Werking
In hoeverre organen, weefsels of cellen van varkens de werking van die van mensen kunnen overnemen is nog niet zeker. Sommige verschillen zijn bekend en zouden met medicijnen op te heffen zijn. Maar langdurige werking van de varkensbestanddelen kan pas echt goed onderzocht worden wanneer de afstoting onder controle is. Infecties Het meest ongrijpbare risico is de mogelijke infectie van mensen met ziekteverwekkers van het varken. Net als bij de gangbare transplantatie van mens naar mens, bestaat het gevaar dat virussen, schimmels of bacteriën meeliften met het getransplanteerde varkensbestanddeel. Daarbij komt dat de patiënt medicijnen krijgt toegediend om afstoting te voorkomen, waardoor zijn afweer tegen infecties wordt onderdrukt. Nu kan men varkens die zijn bestemd voor xenotransplantatie, onder speciale omstandigheden fokken en huisvesten, zodat zij vrij zijn van de bekende ziektekiemen. ‘Specified pathogen free’, ofwel SPF wordt dit genoemd. Het risico dat onbekende ziektekiemen een infectie in de patiënt veroorzaken, is hierdoor echter niet uit te sluiten. Ook zijn er virussen, de zogenaamde endogene retrovirussen, die op deze manier niet te verwijderen zijn. Zij houden zich namelijk schuil in het erfelijk materiaal van alle varkens. Endogene retrovirussen zijn voor het varken onschadelijk, maar zouden de patiënt kunnen infecteren. Ook vreest men dat zo een nieuwe besmettelijke ziekte kan ontstaan. In het ergste geval ontstaat er een gemakkelijk overdraagbare ziekte, die pas jaren na infectie ziekteverschijnselen geeft en zich daardoor ongemerkt heeft kunnen verspreiden. Discussies over de veiligheid van xenotransplantatie spitsen zich veelal toe op deze endogene retrovirussen. Wetenschappers proberen inzicht te krijgen in de omstandigheden waaronder ze misschien de getransplanteerde patiënt kunnen infecteren. Vooralsnog is daarover nog geen duidelijkheid. Maatregelen
Vanwege het risico dat onbekende ziekten zich verspreiden, zal de patiënt na de operatie enige tijd in afzondering moeten verkeren en zich daarna blijvend moeten laten controleren op infectieziekten. Ook wordt er wel aan gedacht om de patiënt bepaalde leefregels in acht te laten nemen, zoals ‘veilig vrijen’ en af te zien van kinderen krijgen. Directe relaties van de getransplanteerde patiënt zouden zich misschien moeten laten controleren op ziekteverschijnselen. Voordat xenotransplantatie bij mensen kan worden toegepast, gebeurt er onderzoek met proefdieren (onder meer muizen, ratten, hamsters, varkens, apen). In alle gevallen is de Wet op de Dierproeven van toepassing. Deze gaat ervan uit dat het belang van de proef moet opwegen tegen het ongerief dat het dier erdoor heeft. Ook mogen er geen alternatieve manieren zijn om het onderzoek te doen en moet het aantal proefdieren zoveel mogelijk beperkt worden. Plannen om een dier genetisch te modificeren moeten ook worden voorgelegd aan de Commissie Biotechnologie bij Dieren en in een openbare hoorzitting aan het publiek. De Commissie beoordeelt in het kader van het Besluit biotechnologie bij dieren van de Gezondheids- en welzijnswet voor dieren onder andere of de genetische modificatie geen onaanvaardbaar gevolgen heeft voor de gezondheid en het welzijn van het dier. Ook kijkt de Commissie naar de mogelijke gevolgen voor de intrinsieke waarde (o.a. integriteit, eigenheid) van het dier. De Commissie bekijkt verder of het doel van het onderzoek van substantieel belang is en of er alternatieven zijn waarvoor geen genetische modificatie nodig is. Alle factoren worden samen afgewogen en alleen als het ethisch aanvaardbaar is, geeft de minister van LNV een vergunning voor het onderzoek. Tot slot zouden met deze wet ook gezondheid en welzijn van de betrokken varkens in de gaten gehouden worden, wanneer xenotransplantatie bij mensen routine zou worden. Mensen De volgende stap in de ontwikkeling van een nieuwe medische behandeling is onderzoek bij mensen. Dit onderzoek staat onder controle van de Wet medisch-wetenschappelijk onderzoek met mensen. De wet beschermt de rechten van proefpersonen. Zo kan de proefpersoon pas instemmen met de behandeling nadat hij goed geïnformeerd is over wat de proef inhoudt en welke risico’s er eventueel aan zitten. Ook moet hij kunnen stoppen met de proef, wanneer hij dat wil. Voor onderzoek naar bepaalde nieuwe technieken, waarover nog beperkte deskundigheid bestaat, is een beoordeling van de Centrale Commissie voor Mensgebonden Onderzoek (CCMO) nodig. Xenotransplantatie valt daar ook onder, evenals gentherapie. De CCMO beoordeelt onder andere of de risico’s voor proefpersonen en de samenleving in het algemeen aanvaardbaar zijn en welke maatregelen eventueel nodig zijn om risico’s te verkleinen.
Verbod op xenotransplantatie Ondanks de wettelijke controle op de toepassing van xenotransplantatie, wil de Tweede Kamer toch ook zelf controle uitoefenen. Vooral vanwege het risico op de verspreiding van nieuwe infectieziekten. In voorjaar 2000 nam de Tweede Kamer twee moties aan om xenotransplantatie bij mensen voor bepaalde tijd te verbieden. De moties maken wel een uitzondering voor bestaande plannen voor onderzoek met de kunstlever en onderzoek bij dieren. Hoe beïnvloedt DNA-technologie de vraag naar voedsel? DNA-technologie kan de vraag naar voedsel op meerdere manieren beïnvloeden. Het westen wordt steeds minder afhankelijk van gewassen die traditioneel vooral in ontwikkelingslanden worden verbouwd, zoals sojabonen, maïs, koolzaad of suikerriet. Die planten zouden zo gemanipuleerd kunnen worden, dat ze hier ook kunnen groeien. Verder kunnen grondstoffen worden vervangen door andere producten die goedkoper in een fabriek worden gemaakt. In Latijns-Amerikaanse landen stortte bijvoorbeeld de suikerproductie in, toen westerlingen massaal overschakelden op ‘light-produkten’, waarin geen suiker maar kunstmatige zoetstoffen zijn verwerkt. Sommige van die zoetstoffen kunnen ook door genetisch gemanipuleerde bacteriën worden geproduceerd. Een andere consequentie van genetische modificatie is dat gewassen kunnen worden ontworpen waarvan de samenstelling –vet, eiwit, koolhydraten- vrijwel naar believen kan worden aangepast. Industrieën worden daardoor minder afhankelijk van een bepaald gewas. Kortom, de vraag naar derde wereldlanden producten zal verminderen, omdat deze dan ook in westerse landen zal worden kunnen verbouwd. Of dat bacteriën vervangende producten produceren. Ook kan de vraag naar voedsel beïnvloed worden als je kijkt naar wat mensen eten. Door genetische modificatie kan je andere eisen aan het voedsel stellen. Je kunt bijvoorbeeld minder vet vlees willen, grotere aardappels of vlees wat minder koolhydraten bevat. De vraag naar producten met andere eisen kan toenemen. Maar andere mensen zullen niks met genetisch gemanipuleerd voedsel te maken willen hebben, omdat ze bang zijn voor negatieve gevolgen voor de gezondheid. Voor hen zal de vraag naar het soort voedsel waarschijnlijk niet veranderen. Welke sociale gevolgen heeft DNA-technologie? In het verleden en in het heden heeft DNA-technologie al invloed op het sociale leven. In de toekomst zal deze invloed alleen maar groter worden. Genetische modificatie roept bij mensen vragen, angsten e.d. op. Natuurbeschermers zijn bijvoorbeeld zeer bevreesd voor ongelukken met onomkeerbare effecten. Stel, zo zeggen zij, dat kunstmatig veranderde organismen in de vrije natuur terechtkomen en daar een tot nu toe onbekende werking hebben. Het is volgens hen niet ondenkbaar dat er dan onvoorspelbare en onbeheersbare rampen ontstaan. Er zijn zelfs mensen die beweren dat het aids-virus best eens zo’n uit een laboratorium ontsnapt, gemanipuleerd organisme zou kunnen zijn. Genetische modificatie bij planten De groene revolutie heeft grote sociale gevolgen gehad. Om uit dezelfde grond met verbeterde rassen grotere oogsten te halen, bleek het nodig meer kunstmest en bestrijdingsmiddelen te gebruiken. Maar door de hoge prijs kunnen in ontwikkelingslanden alleen de rijkere boeren zich de jaarlijkse investering permitteren. Kleine boeren raken achterop. Uiteindelijk verkopen zij hun land aan de grote boeren en komen noodgedwongen bij hen in loondienst. Of ze trekken weg naar grote steden, wat vooral in Afrikaanse landen gebeurt. Door die hoge extra kosten krijgen kleine boeren in landen als India een afkeer van kunstmest. Ze voelen zich gemanipuleerd. De nieuwe rijstrassen kunnen niet zonder kunstmest. Wordt de prijs verhoogd, dan zijn zij gedwongen te kopen, anders mislukt hun oogst. Aan de landbouwuniversiteit in Wageningen zijn geleerden al geruime tijd bezig de Rhizobiumbacterie geschikt te maken voor de wortels van andere planten, bijvoorbeeld rijst. En lukt dat met deze bacteriesoort niet, dan is er misschien wel een andere soort te vinden die hetzelfde doet als Rhizobium: stikstof aan de plant afstaan. Als dat lukt, zal de groene revolutie verder versnellen. Want dan zullen rijst en tarwe, net als vlinderbloemigen, kunnen groeien op grond die van zichzelf geen stikstof bevat. De Indiase boer zou hierdoor geen dure kunstmest meer hoeven te kopen. Bacteriën dienen dan als gratis mestverspreiders. Rijst die in de wortels zelf nitraat maakt uit stikstof in de lucht… In grote lijnen zou dit als volgt kunnen gaan: in de wortels van een vlinderbloemige zit een stof waarmee de plant de Rhizobacterie herkent een goede vriend. De plant maakt dus geen afweerstoffen tegen die bacterie. De wetenschap is nu op zoek naar de genetische codes van die herkenningsstof. In een volgende stap kan die erfelijke code misschien wel worden overgebracht in de rijstplant. Wageningse onderzoekers hopen dat de plant die bacteriën kan aantrekken en gastvrijheid verlenen, om zo stikstof te binden in zijn wortels. Genetische modificatie kan dus een zegen zijn voor ontwikkelingslanden. Dankzij genetische modificatie zullen er immers planten komen, die zelfs onder extreme omstandigheden - hitte, droogte, een zouten bodem- nog een flinke oogst opleveren. Ook in landen waar kunstmest onbetaalbaar is zou de opbrengst dan fors kunnen groeien. Genetische modificatie lijkt de toverformule waarmee de explosief groeiende bevolking in de derde wereld van voldoende voedsel kan worden voorzien. Maar niet iedereen ziet de toekomst voor het arme zuiden zo zonnig in. Boeren in de derde wereld zullen al die mooie methodes ongetwijfeld niet cadeau krijgen. Integendeel, de kans is groot dat zij alleen maar meer afhankelijk worden van het westen: niet alleen de kunstmest en de bestrijdingsmiddelen, maar ook de gemanipuleerde zaden zullen straks bij ons moeten worden aangeschaft. Die afhankelijkheid klemt des te meer, doordat zaadveredelingsbedrijven nauw samenwerken met producenten van bestrijdingsmiddelen. Een landbouwgif is alleen bruikbaar wanneer het onkruid of ongedierte er wel, maar het gewas er geen last van heeft. Genetische modificatie blijkt uitstekend geschikt om een totaalpakket van gewas en bijpassend bestrijdingsmiddel te ontwerpen: het gewas wordt voorzien van een gen dat de plant bestand maakt tegen het gif. Wie gewasvariant A verbouwt en zijn land bespuit met het bijbehorende bestrijdingsmiddel B, is voordeliger uit –maar moet wel beide producten van een bedrijf betrekken. Dat zijn monopolieposities die gemakkelijk kunnen worden misbruikt. Ook op andere manieren wordt de positie van de landbouw in derdewereldlanden ondergraven. Zo wordt het westen steeds minder afhankelijk van gewassen die traditioneel vooral in derde wereldlanden worden verbouwd, zoals sojabonen, maïs, koolzaad of suikerriet. Door genetisch te sleutelen aan enzymen, de eiwitten die de ene stof in de andere omzetten, kun je grondstoffen vervangen voor andere die goedkoper in een fabriek kunnen worden gemaakt. Voor Unilever, bijvoorbeeld, maakt het steeds minder uit wat voor plantaardige olie ze voor hun margarine krijgen, want de enzymen maken de oliën uitwisselbaar. Dat heeft grote gevolgen op de wereldmarkt. Unilever heeft een veredelingsproject met proefplantages in Maleisië en dringt daarmee bijvoorbeeld de kokosolie van de Filippijnen weg. Uit palmolie kunnen ze nu ook iets maken dat op cacao lijkt. Cacao is heel duur. Met een goedkoop substituut kan zo’n bedrijf natuurlijk aardig zijn voordeel doen. Maar de landen die van cacao-export afhankelijk zijn, zoals Senegal, Kameroen en Ghana, zien hun markt daarmee wegvallen. Al die landen komen in de problemen. Een andere consequentie van genetische modificatie is dat gewassen kunnen worden ontworpen waarvan de samenstelling – vet, eiwit, koolhydraten- vrijwel naar behoeven kan worden aangepast. Industrieën worden daardoor minder afhankelijk van een bepaald gewas. Op de wereldmarkt zal de concurrentie tussen ontwikkelingslanden met verschillende producten verhevigen. De toch al lage grondstofprijzen zullen daardoor nog verder zakken. De sociale gevolgen voor derde wereldlanden kunnen dus positief of negatief zijn. Hoe dat precies gaat verlopen? Dat moet de toekomst uitwijzen.