Definitie

Genetische manipulatie of genetische modificatie is een gebied van de genetica dat het DNA van een organisme wijzigt door het veranderen of vervangen van specifieke genen. Gebruikt in de landbouw, de industrie, de chemie, de farmacie en de geneeskunde, kan genetische manipulatie worden toegepast bij de productie van brouwgist, kankertherapieën en genetisch gemodificeerde gewassen en vee, naast talloze andere mogelijkheden. Het enige criterium is dat het gemodificeerde product een levend organisme is – of ooit was – dat DNA bevat.

Genetische manipulatie Voorbeelden

Voorbeelden van genetische manipulatie worden in dit artikel per sector opgesomd, waarbij elke sector DNA-modificatie met een ander doel toepast. Aangezien het menselijk genoom tussen de 20.000 en 25.000 genen bevat en deze genen zich kunnen uitstrekken van slechts enkele honderden basenparen tot meer dan 2 miljoen, is de reikwijdte van genetische manipulatie enorm. Er zijn echter veel ethische vragen over hoe ver dit soort onderzoek mag gaan en welke toepassingen aanvaardbaar zijn.

Chemische industrie

De chemische industrie maakt gebruik van genetische manipulatie wanneer zij gemodificeerde levende micro-organismen produceert voor de chemische produktie. Het is niet mogelijk een chemische stof of een materiaal als een zuur of een stalen staaf genetisch te manipuleren – zij bevatten geen DNA; bacteriën die bijvoorbeeld zuur produceren, kunnen echter wel genetisch worden gemodificeerd.

Natuurlijke chemische verbindingen zijn essentieel voor het bestaan van leven. Deze zijn in de loop der jaren nagebootst door door de mens gemaakte (synthetische) kopieën. Een voorbeeld van genetische manipulatie in de huidige chemische industrie is een enzym genaamd protease. Protease-engineering is de basis van genetische modificatie bij de productie van wasmiddelen.

Proteasen zijn enzymen die in elk levend organisme worden aangetroffen; hun functie is het katalyseren (versnellen) van de afbraak van ester- en peptidebindingen die in veel soorten wasvlekken worden aangetroffen. Protease-genen geven cellen de productie-instructies voor de productie van protease in de cel (eiwitsynthese). Door deze genen te manipuleren, kunnen we de uiteindelijke vorm van het protease en sommige van zijn eigenschappen veranderen.

Eerdere wasmiddelen hadden geen toegang tot genetische-engineeringtechnologie, maar zelfs toen waren onderzoekers in staat proteasen te wijzigen door de beste stammen te selecteren en te produceren. Met genetische manipulatie kunnen deze enzymen verder worden verbeterd voor nog witter wit. Zodra het gen voor de productie van protease was gedecodeerd, kon het worden geëxtraheerd en gemodificeerd. Er zijn veel modificaties aangebracht die de resultaten bij het verwijderen van vlekken verbeteren, bijvoorbeeld bij variërende pH-waarden en watertemperaturen.

Andere voorbeelden van genetische manipulatie in de chemische industrie betreffen het minder milieubelastend maken van afvalwater. Hierbij worden de genen gemodificeerd van de vele soorten bacteriën die afval verteren zonder dat ze even schadelijke bijproducten achterlaten. Een ander voorbeeld is de fabricage van biologisch afbreekbaar plastic met behulp van genetisch gemodificeerde stammen van cyanobacteriën.

Gewasproduktie

Genetic engineering-voorbeelden met betrekking tot de gewasproduktie worden vaak gebruikt om ons te vertellen waarom we ze niet moeten kopen of eten; een groeiende bevolking zonder de tijd, de ruimte of vaak de kennis om thuis gewassen te produceren betekent echter dat we onze landbouwgrond efficiënter moeten gebruiken. Tegelijkertijd is het belangrijk dat de natuurlijke habitats over de hele wereld niet worden aangetast. Genetisch gemodificeerde (GM) gewassen zijn een antwoord in de vorm van een grotere gewasopbrengst op een kleiner perceel. Genetisch modificeren van een gewas is gericht op een verhoogde weerstand tegen ziekten, een verhoogd gehalte aan vezels en voedingsstoffen, of een verhoogde opbrengst – bij voorkeur een combinatie van alle drie. Als we alle mineralen en vitaminen die we nodig hebben, kunnen halen uit een supertomaat die zeer snel groeit zonder dat we bestrijdingsmiddelen of kunstmest nodig hebben, en die zelfs bij droogte kan groeien, dan ziet het onderwerp van genetisch gemodificeerde gewassen er opeens heel aantrekkelijk uit.

Veel negatief publiek commentaar heeft ervoor gezorgd dat genetisch gemodificeerde gewassen niet populair zijn; veel genetisch gemodificeerde gewassen – zelfs als ze legaal worden geteeld – kunnen geen markt vinden die groot genoeg is. Dit betekent dat boeren zelden het financiële risico willen nemen om ze te verbouwen.

Er is geen wetenschappelijk bewijs dat een genetisch gemodificeerd gewas gevaarlijk is om te eten in vergelijking met een niet-genetisch gemodificeerd gewas, maar genetische manipulatie is vrij nieuw en we kunnen niet met zekerheid zeggen of de langetermijneffecten schadelijk zijn voor mensen of de dieren die ze eten (die wij dan misschien in onze hamburgers eten). Het enige GG-gewas dat in de Europese Unie (EU) legaal wordt geteeld, is MON 810-maïs. De productie van deze maïs in de EU zou in de toekomst ook verboden kunnen worden. De federale wetgeving in de VS is streng wat betreft GG-tests, maar de productie, verkoop en consumptie van GG-gewassen zijn legaal.

Veehouderij

Bij voorbeelden van genetische manipulatie in de veehouderij moet altijd één beperking van de Food and Drug Administration worden vermeld die onlangs is opgeheven. De invoer, verkoop en het kweken van genetisch gemanipuleerde zalmeieren was vroeger verboden in de VS, hoewel dit niet te wijten was aan de vrees dat het eten van deze vis gevaarlijk zou kunnen zijn voor onze gezondheid – het verbod was te wijten aan de etiketteringswetten. Dit verbod is nu opgeheven.

In AquaAdvantage zalm combineerden wetenschappers de genen van Chinook zalm en de nogal lelijke ocean pout (hieronder) om een continu groeiende zalm te produceren (zalm groeit gewoonlijk seizoensgebonden) die minder calorieën gebruikt en nodig heeft dan wilde of gekweekte alternatieven. Het bedrijf is twintig jaar bezig geweest met het testen van deze nieuwe voedselbron; argumenten tegen het gebruik van genetisch gemodificeerde zalm zijn meestal gebaseerd op het feit dat twintig jaar niet erg lang is in de gemiddelde menselijke levensduur.

Terwijl genetisch gemodificeerd rundvlees moeilijk te vinden is, is het nog steeds mogelijk dat uw stoofpotje ooit genetisch gemodificeerd voer heeft gegeten. Het is ook mogelijk dat het – toen het nog leefde – is geïnjecteerd met genetisch gemodificeerd recombinant rundergroeihormoon (rBGH). Dit hormoon wordt ook bij melkkoeien geïnjecteerd. Naar verluidt bevat melk van met rBGH behandelde koeien een hoger gehalte aan IGF-1, een hormoon dat bij de mens het risico op borst-, prostaat-, colon- en longkanker lijkt te verhogen. Dit is slechts één van de redenen waarom GM-producten zo controversieel zijn. Maar studies hebben ook aangetoond dat het gebruik van genetisch gemodificeerde diervoeders de gezondheid van de dieren verhoogt en vaak betekent dat dat de boeren geen antibiotica en hormonen in hun vee hoeven te spuiten – aangezien deze chemicaliën in de bloedbaan terecht kunnen komen van de mensen die het vee eten of hun melk drinken, kan dit een dubbel positief resultaat zijn. De jury is er nog niet uit.

GM-kip is (nog) niet verkrijgbaar in uw plaatselijke supermarkt, maar kippen die met genetisch gemodificeerd voeder zijn gevoederd, worden vaak als zodanig geëtiketteerd. Het zijn dus de verteerde resten van verschillende genetisch gemodificeerde gewassen en niet een genetisch gemodificeerde vogel die in de oven ligt te braden.

Genetisch gemodificeerde kippeneieren worden bestudeerd als een toekomstige bron van natuurlijke chemische verbindingen. Vrouwelijke kippen kunnen genetisch gemanipuleerd worden om eieren te produceren die grotere hoeveelheden van bepaalde proteïnen bevatten. Deze eiwitten worden vaak gebruikt bij de fabricage van farmaceutische geneesmiddelen. De prijzen van geneesmiddelen zouden in de toekomst veel betaalbaarder kunnen worden dankzij de technologie van genetische modificatie.

Kankertherapie

Voorbeelden van genetische manipulatie bij kankertherapie beginnen al zeer positieve resultaten te vertonen. Het kippenei doet ook hier zijn intrede. Op dit gebied van genetische manipulatie worden bacteriële genen die bepaalde proteïnen produceren, gewijzigd. Deze eiwitten – u hebt wellicht gehoord van het zeer intensief bestudeerde Cas9-eiwit – vormen antilichamen die helpen virussen te vernietigen. Dit type eiwit ondersteunt ook een mechanisme dat de immuunrespons bij de mens alarmeert. Aangezien deze reactie vaak door kankercellen wordt onderdrukt, zou Cas9 het lichaam kunnen helpen om kanker te herkennen en vervolgens te bestrijden. Cas9 wordt al bestudeerd en uitgeprobeerd voor genetische aandoeningen zoals sikkelcelziekte en taaislijmziekte.

Hereditaire ziekte

Hereditaire ziekten en aandoeningen zouden dankzij genetische manipulatie wel eens tot het verleden kunnen gaan behoren – er is alleen één probleem, het ethische gebruik van menselijke embryo’s voor onderzoeksdoeleinden.

Embryologische genetische manipulatie is in sommige landen legaal en deze landen krijgen veel kritiek. Maar toen He Jiankui de genen van tweelingembryo’s bewerkte en ze vervolgens liet implanteren bij een vrouw die beviel van deze genetisch gemodificeerde kinderen, ging de wereld door het lint en Jiankui werd vervolgens gevangengezet. Niet alleen zijn de langetermijneffecten van genetische manipulatie onbekend, maar alle veranderingen kunnen ook worden doorgegeven aan volgende generaties of blijven veranderen zonder de natuurlijke controle die de evolutie is. Voor mensen die geloven dat het leven begint bij de conceptie of die een embryo beschouwen als een levende, bewuste persoon, zijn er nog meer ethische argumenten.

Veel ouders die het proces van in vitro fertilisatie (IVF) ondergaan, wordt de optie van pre-implantatie genetische diagnose (PGD) geboden. Hierbij wordt het DNA van het bevruchte eitje gecontroleerd voordat het in de baarmoeder wordt ingebracht. Het doel is mogelijke genetische mutaties op te sporen. De ouders mogen “defecte” eicellen weggooien. Velen zijn van mening dat dit zeer verkeerd is, omdat men het er niet over eens is wat als een ongewenste mutatie wordt beschouwd. Een genetische fout die een miskraam veroorzaakt, zou misschien aanvaardbaar zijn. Maar hoe zit het met geslacht, erfelijke psychische aandoeningen, oogkleur? In de afgelopen jaren zijn verschillende vruchtbaarheidsklinieken in India op de vingers getikt omdat zij bijvoorbeeld aan paren mannelijke nakomelingen beloofden. Dit is geen voorbeeld van genetische manipulatie, maar veel groeperingen vrezen dat bepaalde fysiologische keuzes ongecontroleerd in de genetische manipulatie terecht kunnen komen. Vandaag de dag gelden voor genetische modificatie bij de mens praktisch dezelfde ethische argumenten als voor abortus.

Voor- en nadelen van genetische manipulatie

De voor- en nadelen van genetische manipulatie zijn allerminst eenduidig. Op het gebied van menselijke genetische modificatie zijn onze persoonlijke overtuigingen van invloed op de wijze waarop deze technologie zich zal ontwikkelen en vooruitgang zal boeken. In landen waar de wet bepaalt dat het menselijk leven begint bij week 24, zal de genetische manipulatie van embryo’s die niet worden voldragen, eerder worden aanvaard. Deze ethische kwestie maakt deel uit van wat bekend staat als het argument van de persoonlijkheid van de foetus en is de voornaamste reden waarom genetische manipulatie bij de mens op zoveel weerstand stuit.

In een landbouwomgeving heeft de vrees van het publiek betrekking op de langetermijneffecten van het eten van genetisch gemodificeerd voedsel. Deze vrees weerhoudt landbouwers ervan gemodificeerde gewassen te produceren, omdat zij deze misschien niet kunnen verkopen en het in veel landen onwettig is ze te telen. Persoonlijke kwesties zijn vaak meningen; de eigenlijke voor- en nadelen betreffen de resultaten van wetenschappelijk onderzoek op lange termijn. Helaas is genome editing een nieuwe technologie en beschikken we niet over gegevens die meer dan een paar jaar bestrijken – zeker niets dat de levensduur van een of meer generaties bestrijkt.

Pros

Gentechnologie-voors moeten beginnen met het feit dat dit onderwerp ons in staat heeft gesteld zoveel meer te weten te komen over onze genen en de genen van andere organismen. Het is dankzij genetische manipulatie dat we leren hoe het hele scala van DNA-bevattende organismen – van bacteriën tot mensen – werkt.

Genetische manipulatie heeft ons nieuwe en onverwachte kennis gegeven die ons vertelt hoe bepaalde ziekten zich ontwikkelen. Het veld heeft ook gerichte therapieën opgeleverd die deze ziekten kunnen genezen of op zijn minst verlichten. Niet alleen de werking van geneesmiddelen, maar ook de goedkopere produktie ervan – zoals in het geval van genetisch gemanipuleerde kippeneieren – kan door deze technologie efficiënter worden gemaakt.

De combinatie van een groeiende wereldbevolking en de noodzaak om een zeer onstabiele verhouding tussen landbouwgrond en natuurlijke habitats in stand te houden, heeft geleid tot de ontwikkeling van genetisch gemanipuleerde gewassen. Deze gewassen zijn ontworpen om een grotere opbrengst te hebben, minder voedingsstoffen te gebruiken om te groeien, en minder areaal of minder chemicaliën (onkruidverdelgers en bestrijdingsmiddelen) nodig te hebben. Wetenschappers kunnen zelfs de smaak, voedingswaarden, kleuren en vormen verbeteren.

Genetisch gemodificeerde bacteriën helpen bij de productie van biobrandstoffen uit genetisch gemodificeerde gewassen. Biobrandstoffen verminderen de gevolgen van de vervuiling door fossiele brandstoffen. Cyanobacteriën helpen ons biologisch afbreekbaar plastic te produceren en andere genetisch gemodificeerde micro-organismen breken ons afval af. Genetische modificatie is sterk verbonden met onze ecologie en toekomst.

En we gebruiken minder van de hulpbronnen van de aarde wanneer onze veestapel sneller groeit. Als vleesvee in één jaar volgroeit in plaats van in twee of drie jaar, scheelt dat twee jaar in de koolstofvoetafdruk van elk dier. Wanneer de genen van runderen worden gemodificeerd om ziekten te bestrijden, bevatten onze melk en ons vlees minder residuen van antibiotica en hormonen. Genetische manipulatie betekent minder druk om belangrijke, verdwijnende natuurlijke ecosystemen om te vormen tot voedselproductiefabrieken.

Cons

De nadelen zijn vooral gebaseerd op het gebrek aan langetermijnstudies naar de effecten van genetische manipulatie, zowel op een organisme als op de organismen die het eten. Misschien zelfs op de organismen die ernaast leven. Zoals met alle nieuwe maar potentieel schadelijke technologie, hebben we gewoon niet genoeg gegevens.

Een andere factor is dat we weliswaar het menselijk genoom hebben gedecodeerd, maar niet alles weten over elke functie in het menselijk lichaam. Het microbioom in de darm is bijvoorbeeld een recent onderwerp van discussie. Wetenschappers aanvaarden nu dat bacteriën in de darm rechtstreeks van invloed zijn op de hersenen – wat tien jaar geleden zelden het geval was. Maar hoe de neurotransmitters van de hersenen precies interageren met chemicaliën in het spijsverteringskanaal is nog steeds een mysterie. Dit soort voorbeelden maakt dat veel mensen vinden dat we niet moeten proberen iets te repareren als we niet precies weten hoe het werkt, wat de effecten op lange termijn zullen zijn, of als we niet weten of het eigenlijk wel kapot is.

Er zijn natuurlijk nog andere hindernissen. Voordat we weten of genetische manipulatie een fatale aandoening veilig voor altijd kan elimineren, moeten we uitzoeken of het juist is om het DNA van embryo’s te veranderen, ze te laten groeien en geboren te laten worden, en vervolgens hun leven van geboorte tot ouderdom te onderzoeken (en misschien ook dat van hun kinderen en kleinkinderen), zodat we kunnen garanderen dat de nieuwe remedie veilig is.

Bibliografie