​Er is (nog) geen reden om bang te zijn voor synthetische biologie

Het is misschien aan je voorbijgegaan, maar we bevinden ons middenin een revolutie. Dit is de revolutie van de synthetische biologie: het toevoegen van nieuwe functies in organismen door middel van genetische modificatie, of zelfs het bouwen van geheel nieuwe organismen met behulp van synthetische DNA-sequenties.

Motherboard publiceert regelmatig artikelen over synthetische biologie, en dan vooral over onderzoek dat gebruik maakt van CRISPR, de (relatief) nieuwe genmanipulatietechniek waarmee er als het ware in DNA geknipt en geplakt kan worden. Zo hebben we gerapporteerd over onderzoek naar GM-muggen die resistent zijn voor op mensen overdraagbare ziektes als Malaria; genetisch gemanipuleerde mini-varkens; en een (gefaald) experiment met niet-levensvatbare menselijke embryo's. Daarnaast is er de opkomst van do it yourself (DIY)-bio of biohacking, waarbij mensen thuis experimenteren met synthetische biologie met behulp van standaardkits met organische basisonderdelen. (Hoewel de laatstgenoemde term ook gebruikt wordt door mensen die dingen doen als chips in hun lichaam implanteren, maar dat terzijde).

Redenen genoeg om een klein beetje zenuwachtig te worden dus. Zijn we op weg naar een toekomst waarin mensen die rijk genoeg zijn embryo's naar believen kunnen laten aanpassen, om de perfecte designerbaby te krijgen? En als iedereen thuis kan experimenteren met synthetische biologie, is de kans dan niet groot dat iemand een gevaarlijke superbacterie maakt, expres of per ongeluk?

Volgens Renske van Raaphorst van de Universiteit van Groningen is dat nogal voorbarig. Van Raaphorst is bezig met een PhD op het gebied van moleculaire biologie en begeleider van iGEM Groningen: een onderzoeksteam van studenten dat meedoet aan International Genetically Engineered Machine, een jaarlijkse competitie voor synthetische biologie. Bij deze wedstrijd moeten teams van basisonderdelen een eigen biologisch systeem bouwen, zoals een bacterie die van kleur verandert als vlees bederft – het project waarmee Van Raaphorst en haar team in 2012 de hoofdprijs wonnen.

"De angst dat synthetische biologie echt iets gevaarlijks gaat worden is begrijpelijk, maar op het moment valt het heel erg mee met de risico's," vertelde ze me. "Genetische manipulatie bij relatief simpele organismen als bacteriën en planten wordt uitgebreid getest, en het manipuleren van menselijke cellen is heel erg lastig. Van die doe-het-zelf-kits gaan dan ook niet veel verder dan een bacterie licht laten geven en dat soort simpele dingen. Om meer te doen dan dat heb je dure, geavanceerde apparatuur nodig en veel kennis."

Bacteriën zijn relatief eenvoudig te manipuleren, omdat ze vaak gemakkelijk nieuw DNA opnemen. Je hoeft bij wijze van spreken alleen maar het DNA met de gewenste eigenschap in hetzelfde petrischaaltje als de bacterie te doen, en de bacterie zal het DNA absorberen.

Menselijke cellen zijn daarentegen veel complexer en erg onvoorspelbaar. Dit komt omdat ze relatief veel DNA hebben, waarin ook nog eens heel veel post-processing plaatsvindt: gedurende het leven van de cel veranderen er dingen rondom het DNA, en verschillende onderdelen hebben heel veel verschillende functies. Elke aanpassing die je doet, kan een hele kettingreactie aan gevolgen hebben, die niet altijd onmiddellijk zichtbaar zijn maar pas jaren of zelfs generaties later de kop kunnen opsteken.

Dit is de reden dat wetenschappers vooralsnog terughoudend zijn met genetische modificatie bij mensen, vooral als het gaat om menselijke embryo's. Pas vorig jaar werd dit soort onderzoek voor het eerst gedaan, door een team van biologen uit China, zonder succes. Het bericht van het onderzoek zorgde zowel binnen als buiten de wetenschap voor gemengde reacties, maar de meeste biologen zijn het erover eens dat onderzoek moet kunnen zolang het geen effect heeft op levende mensen.

Tijdens de International Summit on Human Gene Editing, een bijeenkomst voor prominente genwetenschappers die afgelopen december plaatsvond, werd geconcludeerd dat embryocellen voor onderzoek gemodificeerd mogen worden, maar dat ze niet mogen worden gebruikt bij een zwangerschap. Het DNA van andere menselijke cellen mag wel in de praktijk aangepast worden, mits het om niet-erfelijke informatie gaat, zodat er geen onbedoelde bijeffecten op de rest van de menselijke populatie kunnen zijn.

De richtlijnen die bij de bijeenkomst zijn opgesteld zijn echter onofficieel; de uiteindelijke beslissing over wat wel en niet mag ligt bij de politiek. Vooralsnog is er slechts één land dat officieel toestemming heeft gegeven voor onderzoek waarbij het DNA van menselijke embryo's wordt aangepast, namelijk Groot-Brittannië, maar het valt te verwachten dat er meer landen zullen volgen, en dat de regels zo ongeveer overeen zullen komen met wat tijdens de Summit on Gene Editing besloten is.

Maar het aanpassen van DNA, bij bacteriën of bij mensen, is natuurlijk slechts één kant van de synthetische biologie; het bouwen van geheel nieuwe organismen is de andere kant. Hierbij moet gezegd worden dat de grens tussen een bestaand organisme aanpassen en 'nieuw' organisme in elkaar zetten nogal vaag is (wat is het verschil tussen een bacterie met een nieuwe, organische DNA-sequentie erin geplakt en een bacterie met een volledig synthetisch genoom met exact dezelfde eigenschappen als een normale bacterie?), maar voor het gemak denken we even in zwart-wit. Hoe vergevorderd is deze kant van de synthetische biologie?

Het bouwen van nieuwe organismen draait om het ontwerpen van een genoom (de complete genetische samenstelling van een organisme). Onderzoekers die hiermee bezig zijn, proberen de meest basale genetische code te vinden, van waaruit ze in de toekomst nieuwe dingen zullen kunnen toevoegen, vertelde Van Raaphorst. Ze doen dit door gericht stukjes DNA weg te knippen uit het genoom tot je alleen de delen overhoudt die essentieel zijn voor het overleven van een organisme.

De wetenschapper die hier vooralsnog het dichtst bij is gekomen is de Amerikaanse moleculair bioloog Craig Venter, die naast wetenschapper ook oprichter is van Human Longevity, een bedrijf dat werkt aan technieken om ouderdomsziekten te verhelpen. Samen met zijn collega's heeft Venter recentelijk het meest basale organisme ooit gecreëerd: een bacterie met slechts 437 genen, minder dan welke in de natuur gevonden cel dan ook. Al deze genen zijn volgens Venter essentieel om een levensvatbaar organisme te hebben, hoewel van ongeveer een derde van de genen niet bekend is waar ze precies voor dienen.

Venter is ook bekend als een van de makers van wat sommigen de eerste synthetische levensvorm ooit noemen, omdat het hem in 2010 lukte om een volledig synthetisch genoom in een levende cel te plaatsen. Maar hoewel het genoom in een lab was gemaakt, was de code ervan niet nieuw; het is een kopie van bestaande sequenties. "In dit opzicht is het nog steeds het nabouwen van de natuur," zei Van Raaphorst. "We weten nog niet genoeg om écht vanaf nul iets nieuws te bouwen."

Dit alles betekent dat de dystopische toekomst met designerbaby's en uit garages afkomstige biorampen eigenlijk nog heel veel ver weg is. Het is ontzettend moeilijk om menselijk DNA succesvol aan te passen, en hoewel de genetische basiscode van het leven bekend is, weet de wetenschap nog niet hoe al deze sequenties precies functioneren, noch hoe je een geheel nieuw complex organisme kunnen creëren. Laat staan dat iemand met een DIY-biokit dit kan.

Dit neemt niet weg dat de snelheid van de ontwikkelingen binnen de synthetische biologie indrukwekkend is. Volgens Van Raaphorst is het dan ook zeker terecht om te spreken van een revolutie. "Het tempo waarop we nieuwe dingen kunnen is vergelijkbaar met de begindagen van het internet. We kunnen echt elk jaar meer."

Twintig jaar geleden bestonden er net fluorescerende eiwitten waarmee biologen kunnen zien wat er in bacteriën gebeurt en waar ze heen gaan; nu kunnen onderzoekers synthetisch DNA bestellen op het internet en in stukjes knippen met CRISPR-eiwitten. En er zijn geen tekenen dat de stijgende lijn van de ontwikkelingen gaat afvlakken, wat allerlei gevolgen zal hebben voor de wetenschap en de maatschappij. "Synthetische biologie gaat veranderen hoe we nadenken over biologie," zei Van Raaphorst. "Biologie is geen gegeven meer: het is fluïde en maakbaar. Ik geloof ook zeker dat het ooit mogelijk gaat worden om menselijke embryo's succesvol aan te passen. Maar dat is technisch gezien; of dit soort ingrepen echt uitgevoerd gaan worden, hangt van de wet af. De maatschappij moet het accepteren, en het moet op ethisch verantwoorde wijze gebeuren."

Synthetische biologie is een breed onderzoeksveld dat ons meer leert over hoe organismen werken en waarom, en ons instrumenten biedt om organismen te creëren die allerlei nuttige dingen voor ons kunnen doen, zoals chemicaliën produceren voor medicijnen of brandstof. In de toekomst hopen wetenschappers met behulp van synthetische biologie ziekten als leukemie te genezen, door immuuncellen zo genetisch te manipuleren dat ze kankercellen aanvallen. Zo kan het ons leven op veel vlakken beter maken.

Maar net als met alle technieken die betrekking hebben op de gezondheid van mensen en de balans tussen organismen, is het belangrijk om goed na te denken over de gevolgen van het gebruik ervan. Het mag dan wel voorbarig zijn om bang te zijn voor de gevolgen van synthetische biologie, maar het is wel degelijk belangrijk om nu al na te denken over ethische kwesties die zich in de toekomst kunnen voordoen. Je kunt moeilijk iets tegen GM-bacteriën die milieuvriendelijke brandstof produceren hebben, maar als het om erfelijk menselijk DNA gaat, is het een ander verhaal.