Tweet

Synthetische biologie: leven maken in stilte /2 reacties

Heel stilletjes is de moleculaire biologie in een nieuwe fase terechtgekomen, niet alleen van knippen en plakken van bestaand genetisch materiaal, maar nu ook de fase van leven als tekentafelproject: de synthetische biologie.

J. Craig Venter, mede-ontrafelaar van het menselijke genoom, heeft zich op de synthese van nieuw leven gestort. In 2007 kondigde hij met veel aplomb aan dat zijn instituut een chromosoom van de bacterie Mycoplasma genitalium had gesynthetiseerd. In augustus 2009 meldde het instituut dat het een met behulp van een gist ‘gebouwd’ chromosoom van Mycoplasma mycoides, een familielid van M. genitalium, had overgeplant in M. capricolum. Ondertussen, medio 2010, heeft Venter het voor elkaar: de ‘nieuwe’ bacterie JCV0.2 is geboren.

De synthetische biologie begint met het nabouwen van bestaande, relatief eenvoudige systemen, zoals het chromosoom van een bacterie of van het roemruchte virus dat begin van de twintigste eeuw de dodelijke Spaanse griep veroorzaakte.

Dodo of walgvogel

We zijn er nog een heel eind vandaan, maar we kunnen op enig moment ook de veel ingewikkelder eukaryoten nabouwen – organismen die in tegenstelling tot de bacteriën een celkern bevatten, net zoals de cellen in ons lichaam. Het is een frivole gedachte en een flinke sprong verder, maar zullen er ooit weer, gereconstrueerde, mammoets rondlopen op de Siberische steppen?

Zover zijn we nog lang niet – als het al ooit zover komt – maar nog niet alle hoop op de ‘reconstructie’ van een nieuwe generatie mammoets is verloren, want ook het erfelijk materiaal van een mammoet ligt opgeslagen in DNA en als onderzoekers erin zouden slagen dat DNA te reconstrueren, dan zou dat DNA in principe nagemaakt kunnen worden.

We hoeven ons bij de reconstructie van uitgestorven dieren niet te beperken tot de mammoets. Ook de in de zeventiende eeuw uitgestorven dodo of walgvogel zou weer tot leven gewekt kunnen worden of de sabeltijger. En we hoeven niet te stoppen bij de uitgestorven dieren. We kunnen, in theorie tenminste, natuurlijk ook dieren tot leven wekken die tot nu toe alleen nog maar hebben bestaan in onze sprookjes en fantasieën zoals eenhoorns, draken en andere toverdieren.

Molecuul van 2,5 meter

Voor de fantasie met ons aan de loop gaat, moeten we even aan de rem trekken. Het maken van nieuw leven is beslist geen sinecure. In theorie is het mogelijk. Of het wenselijk is, is een tweede. Uiteindelijk ligt er scheikunde aan de basis van alle leven; ingewikkelde scheikunde, maar toch scheikunde. Die scheikunde bepaalt het leven. Zo bestaat dat beroemde ‘levensmolecuul’ DNA uit lange reeksen van slechts vier typen basen met ‘aanhang’, de zogeheten nucleotiden. Die worden afgekort aangeduid naar hun basebestanddeel met de letters A, voor adenine, C, voor cytosine, G, voor guanine, en T voor thymine. In de lange reeksen DNA-nucleotiden ligt de blauwdruk, de code, voor het leven opgesloten.

Zo’n DNA-molecuul is vele malen groter dan de langste moleculen die mensen maken (zoals in kunststoffen). Een DNA-molecuul meet, uitgerekt, wel 2,5 meter en bevat vele miljoenen van die vier verschillende nucleotiden aan elkaar. In theorie kan je zo’n reuzenmolecuul wel maken, maar voor we al te geestdriftig worden, moet je daarbij meteen bedenken dat het risico groot is dat je bij het tienduizendste molecuul een foutje inbouwt en dan moet je nog duizenden malen zo’n streng van 10.000 nucleotiden maken. Dan hebben we het nog niet eens over de tijd die het kost om zo’n enorm molecuul te synthetiseren. Dat is echter slechts de weerbarstige praktijk: leven is maakbaar.

Vervangbaar

De hedendaagse mens is ervan overtuigd geraakt dat vele onderdelen in ons lichaam vervangen kunnen worden door prothesen, zonder dat wij daardoor minder mens worden. Dat ons doen en laten wordt bepaald door chemische en fysische processen zal niet iedereen onmiddellijk accepteren. We hebben niet alleen een lichaam, maar toch ook nog een geest?

Helaas voor hen blijkt ook de geest manipuleerbaar met chemische en fysische ingrepen. Ook in ons brein heersen de natuur- en scheikunde. We hoeven maar aan de chemische middelen te denken die de psychiater voorschrijft als we depressief zijn of aan de uitwerking die zelfs de simpelste chemische stofjes, zoals alcohol, op onze hersenen hebben.

Je kunt je verminderd toerekeningsvatbaar laten verklaren als je te veel alcohol hebt genuttigd, maar hoe toerekeningsvatbaar zijn we zonder? Een 62-jarige Nederlandse man die aan de ziekte van Parkinson leed, een bewegingsstoornis, werd behandeld met elektrische prikkels in zijn hersenen. Die stimuli deden de verschijnselen van zijn ziekte verdwijnen, maar de man was daarna niet meer ‘zichzelf ’.

Hij werd aanminnig, koopziek en vertoonde bovendien riskant gedrag dat hij in ongestimuleerde toestand niet vertoonde. Dat gedrag verdween als de elektrische hersenprikkels werden verminderd, maar dan kwamen ook de verschijnselen van zijn ziekte weer terug. Aardig detail is dat de man in onbehandelde, ‘normale’ toestand koos voor ‘stimulatie’.

Biologie van de tekentafel

De discussie wat bewustzijn is en of we een vrije wil hebben, is reuze interessant, maar daar gaan we het hier niet over hebben. We strippen de mens – en het overige aardse leven – tot zijn chemische en fysische wortels en gaan eens na wat we daar al aan kunnen sleutelen en vertimmeren: de biologie van de tekentafel.

Dat we de mogelijkheden in handen hebben gekregen om leven te maken, heeft er mee te maken dat de natuurkunde, scheikunde en biologie elkaar steeds dichter naderen en hier en daar zelfs bij elkaar komen. In feite is synthetische biologie die ontmoeting tussen de biologie, de leer van het leven, de natuurkunde, de leer van het onveranderlijk dode, en de scheikunde, de leer van het veranderlijke dode.

Mens als God?

Een van de eerste ideeën die hierbij opkomen, is: gaan we voor God spelen? In theorie is dat mogelijk, maar daar zijn we nog ver van verwijderd, zoals het voorbeeld hierboven met het maken van DNA-strengen illustreert. Berichten in de media wekken misschien een andere indruk, maar we weten in feite nog ontzettend weinig van wat er zich in levende organismen afspeelt. Zelfs voor wat leven nu eigenlijk is, kunnen we geen sluitende definitie geven. Virussen, bijvoorbeeld, worden door veel biologen niet tot het leven gerekend, maar computervirussen voldoen vaak wel aan de, manke, definities die voor leven worden gegeven.

Craig Venter is een van de vele onderzoekers die zich momenteel heeft gestort op de synthetische biologie. Hij wil geen mammoet reconstrueren of een feniks uit zijn as doen herrijzen, maar hij heeft zich tot doel gesteld een ‘nieuwe’ bacterie te maken die waterstof produceert, om daarmee ons energieprobleem op te lossen.

Eind 2007 kondigde de Amerikaan triomfantelijk aan dat hij voor het eerst een kunstmatige DNA-streng voor een bacterie had gemaakt en in een van DNA ontdane bacteriecel had getransplanteerd. Een probleempje was dat het organisme met dat ‘nieuwe’ DNA – dat overigens op een ‘watermerk’ na identiek was aan het oorspronkelijke – weliswaar niet meten dood ging, maar dat het zich niet deelde zoals natuurlijke bacteriën plegen te doen. Inmiddels heeft hij die barrière echter ook genomen.

Onopgelost raadsel

Teer punt blijft dat Venter het nagebouwde chromosoom niet geheel chemisch heeft gemaakt, maar dat de DNA-streng in stukjes en beetjes vervaardigd is met hulp van een bacterie, Escherichia coli (bekend uit onze darmflora), en aan elkaar is gelijmd door een gist (Saccharomyces cerevisiae, bekend als bakkersgist en tevens gebruikt voor alcoholische gisting). De volgende stap is het aanbrengen van grootschalige veranderingen in de DNA-code waardoor het ontvangende organisme (de van zijn erfgoed ontdane cel) een aantal nieuwe ‘voorgeprogrammeerde’ functies krijgt.

We snappen nog niet veel van dat hele ingewikkelde proces dat leven heet. Het lijkt er zelfs op dat hoe meer we denken te weten, hoe groter de gaten in de kennis worden. Ooit is gedacht dat DNA de draad des levens was: als we die zouden kunnen lezen, dan zou het raadsel zijn opgelost.

Dat is niet zo. Weliswaar is het ‘levensmolecuul’ de oermal van alle eiwitten die ons lichaam maakt, maar dat betekent allerminst dat het uitlezen van dat molecuul voldoende is om de bouw van een cel te doorgronden. Een mens heeft meer dan 200 verschillende soorten cellen in zijn lichaam en in al die cellen huizen dezelfde DNA-moleculen. Genen kunnen worden aan- en uitgezet. Er zijn zogeheten springende genen en er is een fraai mechanisme dat ervoor zorgt dat cellen zich delen. Ook mutaties, veranderingen in de genetische code, spelen een rol.

Op de volgende pagina: waarom spelen deze ontwikkelingen zich slechts af in het domein van de wetenschap?