“Het gebruik van techniek in biologie is zeker niet nieuw”, zegt Nadine Bongaerts synthetisch bioloog en Chief Innovation Officer van de Franse start-up Gourmey. Gourmey is het eerste Franse kweekvleesbedrijf dat werkt aan een ethische foie gras, gemaakt met stamcellen.
“We gebruiken al duizenden jaren gist en bacteriën voor het maken van wijn, bier en brood. Maar vandaag de dag zijn we in staat andere celtypes te aan te passen voor de productie van meer producten. Dankzij de vooruitgang in de celbiologie kunnen we bijvoorbeeld dierlijke cellen in grote hoeveelheden kweken. Dit is zeer nuttig voor het maken van kweekvlees.”
Lees ook het artikel dat we vorige week publiceerden over het kweekvlees van Mosa Meat.
“Biologie heeft zich steeds meer versmolten met andere disciplines zoals informatica, robotica, natuurkunde en scheikunde,” zegt Bongaerts. Deze samensmelting wordt ook wel synthetische biologie genoemd. “Het is eigenlijk biotechnologie, maar dan veel geavanceerder. Voor mij gaat het om het vermogen om biologische systemen zo aan te passen dat ze iets kunnen doen waar de mens het voordeel van inziet.”
Kleine fabriekjes
De natuur bestaat volgens Bongaerts uit kleine fabriekjes. “Zoom je in op bijvoorbeeld bloemen dan zie je een fabriekje dat geuren maakt. Je ziet zelfs op eiwitniveau dat sommige structuren eruit zien als wieltjes en radartjes. Het lijkt wel alsof een mens dat ontwerp heeft gemaakt, maar dat is echt door de evolutie ontstaan. Dat is op zichzelf al fascinerend. Synthetische biologie maakt het mogelijk om al die verschillende natuurlijke technische onderdeeltjes te combineren.”
Als voorbeeld noemt Bongaerts het bedrijf Genentech dat in de jaren ’80 een stukje insuline-gen van de mens in een bacterie heeft gestopt. “Die bacterie is vervolgens het menselijk insuline gaan produceren. Dat helpt nog steeds miljoenen diabetici over de hele wereld.” Voorheen kwam de insuline uit de alvleesklier van varkens. “Je hebt dan kilo’s aan varkensorgaan nodig voor maar een paar gram insuline. En dan is het nog steeds varkensinsuline.”
“Door het DNA aan te passen kun je een cel – zoals een bacterie – omtoveren tot een mini-fabriekje, waardoor het zich snel vermeerdert. Zo kun je natuurlijke producten op grote schaal maken. Die producten zou je anders uit de oorspronkelijke bron moeten halen en dat is vaak heel intensief, kostbaar en misschien ook wel dieronvriendelijk.”
Slimmere medicijnen
Ook ontstaan er bij een biologisch proces vaak geen toxische bijproducten, stelt Bongaerts. “Het is een veel schoner proces. De hoeveelheid afvalstoffen vermindert en het proces heeft minder energie nodig. Cellen kunnen vaak bij temperaturen tussen de 30 – 37 graden groeien, of nog lager. Er zijn geen honderden graden Celsius nodig om een bepaalde reactie op gang te brengen. Het lijkt mij heel mooi als we op die manier de chemie met een biologisch systeem kunnen vervangen.”
Met dezelfde technologieën kunnen we ook slimmere medicijnen maken, gaat Bongaerts verder. “We gebruiken nu vooral medicijnen waarbij je een bepaald molecuul in de vorm van een pil of een injectie inneemt of toegediend krijgt. Het probleem is dat, bijvoorbeeld in het geval van kanker, huidige medicijnen niet alleen de kanker aanpakken, maar ook de gezonde cellen.”
Daarbij noemt de synthetisch bioloog als voorbeeld de CAR-T-cellen, een vorm van immuuntherapie tegen kanker. “Deze cellen kunnen kankercellen opsporen. Daardoor ontstaat een heel gerichte kankertherapie. De eigen lichaamscellen van de patiënt krijgen een extra feature. Ze vallen de kankercellen eigenlijk aan.”
DNA-schaar
In 2019 ontvingen Emmanuelle Charpentier en Jennifer Doudna de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun “DNA-schaar”, CRISPR Cas 9 . Met deze techniek kun je op een heel precieze plek in een organisme – genoom – knippen en nieuw DNA toevoegen. “Als je een stukje DNA wilt aanpassen, dan moet je er eerst voor zorgen dat je ook op de juiste plek belandt. Die DNA-schaar kun je als het ware programmeren om precies op de juiste plek een stukje te deleten en er vervolgens een nieuw stukje DNA aan toe te voegen. Omdat de cel zichzelf repareert – het kan niet met gebroken DNA voortleven – wordt dat nieuwe stukje DNA ingebouwd.”
Deze technologie maakt het onder meer mogelijk om gewassen klimaatbestendig te maken. “Ik zie niet zo snel een andere oplossing. We kunnen niet wachten tot de evolutie klimaatbestendige planten voortbrengt. Daar hebben we geen tijd voor. Ook moeten we toch op meer paarden moeten wedden om de klimaatverandering tegen te gaan.”
Een andere interessante ontwikkeling is de mogelijkheid om DNA uit te lezen, ook wel DNA sequencing genoemd. “Wat ik heel bijzonder vind is dat wetenschappers met deze technologie in twee weken tijd het hele covid-genoom uit konden lezen. In 2002, met het SARS-virus kostte dat nog zes maanden. Je ziet dus hoe hard de technologie is gegaan.”
Data opslaan
Behalve het uitlezen van DNA, is DNA ook te printen, het zogenoemde DNA-synthese. Dat printen van DNA gaat zelfs zo efficiënt dat er nagedacht wordt over het opslaan van allerlei data in DNA, laat Bongaerts weten. “Zo werken onder meer Microsoft en Twist Bioscience – een DNA-synthesebedrijf – samen om te kijken naar de opslag van informatie in het DNA. Er zijn al allerlei filmpjes in opgeslagen, stukken boek vertaald naar DNA code en dan hebben ze die DNA-code helemaal geprint. Je hebt dan geen grote harde schijf meer nodig, maar een paar milligram DNA.”
Het is nog wel verre toekomst om dit mainstream te gebruiken, aldus Bongaerts. “Het is nog duur om iets in DNA op te slaan en je wilt het snel kunnen uitlezen. Zover is het nog niet.”
Natuurlijk ziet Bongaerts ook de nadelen van synthetische biologie. “Naarmate de technologie beter en makkelijker wordt, wordt het ook steeds toegankelijker. Dat is wel iets waar ik me zorgen over maak. Door de snelle digitalisering hebben we ook te maken met cybercrime. We moeten ook echt gaan nadenken om ons te beveiligen tegen biocrime (het misbruik van virussen, bacteriën, schimmels of parasieten, om mensen met opzet ziek te maken, red.) .”
Niet zonder risico
Carina Nieuwenweg werkt aan die beveiliging tegen biocrime. Zij is synthetisch bioloog, ze doet promotie-onderzoek naar CRISPR Cas aan de Wageningen University & Research, maar heeft ook een achtergrond in military strategie studies. Naast haar promotie-onderzoek houdt zij zich bezig met het “stukje security”.
Of er zoiets bestaat als biocrime? “Ja en nee”, zegt Nieuwenweg. “We zijn ons wel bewust van de mogelijke gevaren van misbruik, maar er is nog geen situatie geweest waarin het kantje boord was.” Het is lastig voorbeelden van mogelijke gevaren te noemen omdat het meeste vertrouwelijk is, aldus de synthetisch bioloog. Een voorbeeld kan ze wel noemen. “Wetenschapper Fouchier deed, nog voor Covid, onderzoek naar “gain of function” van bepaalde virussen en met welke mutaties het virus over zou kunnen springen op zoogdieren. Het is nuttige informatie om een eventuele pandemie te begrijpen en te voorkomen. Toentertijd was de kritiek op de publicatie dat mensen er ook kwaad mee zouden kunnen doen.”
Om biocrime te voorkomen zijn er zowel internationaal als landelijk afspraken gemaakt. Internationaal is bijvoorbeeld in de conventie van Genève afgesproken dat landen geen chemische of biowapens produceren. Er zijn regels en methoden om die afspraken te controleren. Partijen als de NAVO laten experts een zogenoemde horizonscans doen. “Zij scannen wat we te vrezen kunnen hebben van een technologie als synthetische biologie. Als er een risico is op misbruik, hoe groot is dan het gevaar?”
Controverse
In Nederland bracht the Hague Center of Strategic Studies recent een rapport uit over de gevaren. Ook een onderzoeksorganisatie als TNO heeft experts die horizonscans uitvoeren naar de gevaren en wat er tegen te doen is. Elk jaar organiseert het RIVM een landelijke conferentie over de laatste inzichten en waar beleidsmakers op bedacht moeten zijn, duidt Nieuwenweg. “De technologie gaat steeds sneller. Het is best lastig om daar steeds je beleid op aan te passen.”
Naast de horizonscans, is er ook zoiets als ‘safe by design’, waarbij je vanaf het begin nadenkt over veiligheid van een mogelijk product of toepassing dat je aan het ontwikkelen bent, gaat Nieuwenweg verder. “We bedenken niet zomaar een product. Vanaf stap één denken we na over veiligheid. Binnen de synthetische biologie is dat wel echt een heel belangrijk onderwerp. Zodra je organismen gaat modificeren gelden er strenge veiligheidsregels.”
Het is wel een beetje een controverse, aldus Nieuwenweg. “Vroeger wisten we eigenlijk niet precies wat we deden als het op DNA aankwam. We passen al eeuwenlang het DNA van planten en dieren aan door ze te selecteren op bepaalde eigenschappen. Bij planten zijn we daar op een gegeven moment chemische stoffen bij gaan gooien. Dat ging eigenlijk best willekeurig. Nu is er een technologie, CRISPR Cas, die veel gerichter en nauwkeuriger is, maar de regels zijn veel strenger.”
In de supermarkt
Natuurlijk erkent Nieuwenweg de gevaren. Dat is ook een van de redenen waarom ze koos voor Military Strategic Studies als master. “Maar het ligt ook aan een stukje beeldvorming door media. Kijk naar een film als Rampage waarin de ‘bad guy’ met CRISPR Cas gigantisch grote en kwaadaardige ratten maakt. Maar de meeste mensen die kiezen voor de biotech doen dat om de wereld een stukje beter te maken.”
Volgens Bongaerts is de supermarkt de plek die eraan kan bijdragen de perceptie van mensen te veranderen. “Als je melk kunt kopen die niet van een koe komt, maar van bacteriën die melkeiwit produceren, of vlees en vis gemaakt met stamcellen, dan gaan mensen beter snappen wat het betekent voor hun dagelijkse leven. Synthetische biologie is vaak nog abstract. Je ziet het bij medische innovaties. Een patiënt is sneller geneigd die te gaan gebruiken. Zo’n innovatie kan zijn probleem direct verminderen.”
Lees ook: Biotechnologen TU Delft bouwen gist om tot mini-fabriekjes van medicijnen
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
