Tweet

Synthetische biologie: leven maken in stilte /2 reacties

Het leven is nog voor een groot deel een mysterie. Veel van de aandacht is gericht op DNA, maar ook dat machtige DNA is maar een deel van het hele systeem dat leven heet. Waarom gebruiken we bij het bouwen van eiwitten maar twintig aminozuren van de talloze die er mogelijk zijn en waarom juist aminozuren? Moeten we, als we leven gaan maken, ons beperken tot de ‘paar’ moleculen waaruit levende systemen nu bestaan of kunnen we helemaal van nul beginnen en worden de mogelijkheden van synthetische biologie slechts beperkt door de grenzen van ons voorstellingsvermogen?

Ontcijferen

Zoals gezegd, is er nog veel duisternis rond het complexe chemische systeem dat leven heet. Dat je de finesses van een proces nog niet kunt doorgronden, wil echter niet meteen zeggen dat je er ook niets mee kan. Wel vaker is de praktijk de theorie voor. We zijn niet geheel hulpeloos. De technieken waarmee we naar dat hele ingewikkelde systeem in een levende cel – de bouwsteen van het leven – kunnen kijken, worden ook steeds indrukwekkender.

Kostte het nog geen decennium geleden nog jaren en een half miljard dollar om het eerste menselijk genoom te ontcijferen, nu kan dat voor enkele duizenden dollars en enkele dagen en als nieuwe technologieën zich in de praktijk bewijzen, dan kost het uitlezen van ons individuele DNA binnenkort nog maar een paar honderd dollar/euro.

Moleculaire dynamica

Synthetische biologie is, zoals gezegd, de samenkomst van de oude wetenschappen scheikunde, natuurkunde en biologie. Veel van het pad op weg naar die samenkomst is geëffend door de natuurkunde en technische wetenschappen. Niet alleen hebben natuurkundigen systemen bedacht waarmee al dat microscopische gekrioel in een levende cel is waar te nemen, zoals allerlei typen microscopen, maar ze hebben ook de computer als hulpmiddel ingezet. Met behulp van die computer zijn de processen in de cel na te bootsen. Steeds vaker worden ook deeltjes van die gigantisch ingewikkelde machinerie in een cel ontrafeld door toedoen van wat moleculaire dynamica, MD, wordt genoemd.

MD is het met een computer simuleren van ‘gedragingen’ van moleculen in een cel. Voorlopig gaat het daarbij nog om piepkleine stukjes van het grote geheel, maar ook de computer maakt vorderingen. In 2006 schreef de Nederlandse MD-deskundige Wilfred van Gunsteren (werkzaam aan de ETH in Zurich) dat in het jaar 2172 de computer de hele mens zou kunnen simuleren. Zijn analyse is gebaseerd op een extrapolatie en moet niet al te serieus worden genomen, maar dat de computer een handig hulpmiddel is bij het invullen van de grote witte vlekken in het begrip van het complexe systeem dat leven heet, lijkt geen al te boude bewering.

Medische toepassingen

Een paar jaar geleden meldde het Engelse zakenblad The Economist dat een speciaal computerprogramma van het Californische bedrijf GeneDupe mythische dieren tot een virtueel leven zou kunnen wekken. Met een speciale virtuele cel zou GeneDupe van een embryo in een minuut een volwassen dier kunnen maken door met speciale software alle biochemische en biologische details virtueel in de cel te zetten. Het bedrijf wilde die spook- of sprookjesdieren ook echt tot leven wekken, zo meldde het blad.

Daarvoor moest echt DNA gebruikt worden, waarmee het door de computer ontwikkelde genetische materiaal van het mythische dier zou worden gecombineerd. Het artikel stond in de uitgave van 1 april 2006 en zal ongetwijfeld de zinnen hebben geprikkeld van mensen die gevoelig zijn voor sciencefiction, maar helemaal onzinnig is het idee niet.

Big Blue

Het maken van nieuwe gewervelde dieren zal niet de hoofdstroom zijn van de synthetische biologische toepassingen, althans zeker de eerste jaren niet. Het belangrijkste werkterrein van de toepassingsgerichte synthetische biologen zal zeer waarschijnlijk onze gezondheid zijn, medische toepassingen. Er wordt al gewerkt met gentherapieën, waarbij getracht wordt ‘foute’ genen uit te schakelen of om te scholen, maar dat gebeurt op een vrij primitieve manier.

Die technieken behoeven verfijning. Ook daarbij wordt de biologie weer te hulp geroepen: met behulp van virussen kunnen genen worden ingebouwd. IBM, dat in navolging van de TU Delft een nanoporiesysteem heeft ontwikkeld, mikt met zijn recente DNA-lezer op medische toepassingen. Met zo’n systeem van Big Blue kan bijvoorbeeld medicatie veel beter specifiek worden toegespitst op de individuele patiënt, is het verhaal van de Amerikaanse computerfabrikant.

Van gezondheidszorg is het een kleine stap naar preventie. Er is al sprake van virusachtige sensoren, die allerlei metingen in de bloedbaan kunnen verrichten om, bijvoorbeeld, vroegtijdig de vorming van kankercellen te detecteren. Bij de grote inentingscampagne tegen de Mexicaanse griep in 2009 ging het gerucht rond dat mét het griepvaccin ook dergelijke nanosensoren mee zouden worden ingespoten. Onjuist in dit geval, maar die techniek is wel degelijk in ontwikkeling. Van preventie, het voorkomen van ziekten, naar het verbeteren van het systeem is dan een volgende stap. Enzovoort. De meesterproef voor synthetisch biologen is natuurlijk het maken van volledig nieuw leven.

Fossiele grondstoffen

Vooralsnog is dat nog een stap te ver, maar eens zal het zo ver komen, zeker als we het over eencellige organismen als bacteriën hebben. Daarnaast – of misschien wel daarvoor – zal een groot deel van het synthetisch biologisch onderzoek gericht zijn op energietoepassingen en duurzame productie van chemische verbindingen. Venter wil zijn aangepaste micro-organismen waterstof laten produceren, waarmee wij mensen in onze groeiende energiebehoefte zouden kunnen voorzien, zonder het klimaat of milieu te schaden (bij de verbranding van waterstof ontstaat slechts water).

Veel van wat we momenteel maken is gebaseerd op fossiele grondstoffen en 150 jaar chemische technologie. De beschikbaarheid van fossiele grondstoffen is echter beperkt en zowel voor onze energievoorziening als voor die van chemische bouwstenen zullen alternatieven gevonden moeten worden. Synthetische biologie zou de sleutel kunnen vormen voor duurzame productie van chemische verbindingen zoals die worden gebruikt voor textiele vezels, vliegtuigen of bouwmaterialen, om maar een paar voorbeelden te noemen.

Stilte

Het is verbazingwekkend dat deze hele ontwikkeling zich vrijwel geheel afspeelt in het domein van de wetenschap. Hoewel instituten die zich bezighouden met het volgen en het inschatten van de gevolgen van nieuwe wetenschappelijke ontwikkelingen, zoals het Nederlandse Rathenauinstituut, al verschillende malen aandacht hebben besteed aan deze ontwikkeling (onder meer in het Rathenaurapport Leven Maken, uit 2007), wil de publieke discussie over de synthetische biologie maar niet losbarsten.

Het lijkt wel alsof het grote publiek en de milieuorganisaties hun kruit verschoten hebben in de jaren tachtig en negentig toen er, lichte, paniek uitbrak rond het thema van wat toen nog genetische manipulatie werd genoemd. Genetisch veranderde micro-organismen en planten zouden onze flora en fauna wel eens in gevaar kunnen brengen en uiteindelijk tot het uitsterven van de mens kunnen leiden, omdat ons afweersysteem niet tegen die vreemde ‘beestjes’ bestand zou zijn. Greenpeace maakt zich nog steeds druk over de ‘antieke’ gengewassen, terwijl de technieken inmiddels de menselijke cel hebben bereikt en oneindig veel verfijnder zijn geworden.

Te ver doorgeslagen

In wetenschappelijke kringen leeft de mening dat zowel wetenschappers als maatschappelijke organisaties geleerd lijken te hebben van lessen uit het verleden rond de ontwikkeling van recombinant-DNA. Het rapport van het Rathenauinstituut wordt daar gezien als een stuk dat, wat de mogelijkheden op korte termijn alsook de risico’s betreft , te ver is doorgeslagen: zowel de mogelijkheden als de risico’s worden overschat.

Op een congres over synthetische biologie in 2008 in Heidelberg, georganiseerd door de Europese organisatie voor moleculaire biologie EMBO, werd de opvatting geventileerd dat het debat al in de jaren 1970 en 1980 heeft plaatsgevonden toen de, destijds baanbrekende, recombinant-DNA-techniek onderwerp van heftige publieke discussies was. Voor een deel is dat waar, maar de mogelijkheden op dit terrein zijn inmiddels zover voortgestoven dat het goed is het grote publiek erbij te betrekken, zonder daar meteen een zenuwoorlog mee te willen ontketenen. Daarmee is niemand gebaat. Dit boek zou een, zij het bescheiden, bijdrage aan die discussie kunnen leveren.

Het boek “Synthetische biologie; de mens als schepper?” verschijnt binnenkort bij Veen Magazines en is geschreven door wetenschapsjournalist Arno Schrauwers en Bert Poolman, hoogleraar synthetische biologie aan de Rijksuniversiteit van Groningen.