In het kader van de Studium Generale-reeks ‘De toekomst voorbij’ hield dr.ir. J.A. Jongejan onlangs in het Techniek Museum een lezing, onder de titel ‘De natuur als gereedschapskist’.
Hij doceert algemene biochemie, biowetenschappen en enzymtechnologie aan de Interuniversitaire Onderzoekschool Biotechnical Sciences Delft Leiden (BSDL), waarin wordt geparticipeerd door TU Delft, RU Leiden en LU Wageningen. Van zijn voordracht hieronder een ingekorte weergave.
,,Toen ik werd gevraagd iets te vertelen over toekomstige ontwikkelingen binnen de biotechnologie, was ik ontzettend enthousiast. Ten eerste omdat ik vind dat in een cyclus zoals deze het vak absoluut thuishoort. De biotechnologie is weliswaar al oud, maar zeker niet der dagen zat. De tweede reden heeft te maken met mijn achtergrond als enzymoloog. Enzymen spelen binnen de biotechnologie een hoofdrol. Dat wil niet zeggen dat ze op de voorgrond staan – dat zijn de genen. Een derde punt is dat het vak niet altijd positief tegemoet wordt getreden. In de media treffen we de biotechnologie vaak in een zwart omrand hoekje aan. Hetzij dat het van stal wordt gehaald wanneer het gaat over intensieve veeteelt of anders met betrekking tot genetische atmosfeer omheen. Ik wil laten zien dat de biotechnologie meer behelst dan het werken met genen en in het kort met u doornemen hoe we de natuur voor ons kunnen laten werken.
De biotechnologie is begonnen in Egypte waar waarschijnlijk het eerste bier werd gebrouwen. Daarna ging de ontwikkeling gelijk op met die van landbouw en veeteelt. Tegenwoordig behelst de biotechnologie vooral het gebruik van tools die de cel ons kan bieden om bepaalde producten te bereiden. Uiteindelijk is het oogmerk van de biotechnologie producten te maken die kunnen concurreren met die welke worden gemaakt met organisch-chemische productiemethoden. Dat kan zeer profijtelijk zijn en onderzoek hierin wordt met name in Europa gestimuleerd. Men wil bijvoorbeeld een cel, die erg veel lijkt op onze darmbacterie E. colie, ombouwen tot een fabriekje waarmee bepaalde geneesmiddelen worden bereid. Dit soort toekomstverwachtingen zijn gedeeltelijk al gerealiseerd en ik denk dat dit de komende decennia nog veel verder zal gaan.
Goud
Betekent dit dat we met het ombouwen van organismen de pot met goud aan het eind van de regenboog hebben gevonden? Waarschijnlijk niet, want er moet nog veel meer gebeuren. Wat er vooral moet gebeuren is dat we de barrière moeten overwinnen tussen het aanmaken van natuurlijke producten en producten die opgenomen zijn in de reeks van reacties die zich normaal binnen zo’n organisme afspelen. We hebben vaak producten nodig die gemodificeerd moeten worden, of diesoms zelfs compleet vreemd zijn aan de betreffende bacterieën of micro-organismen. En dan moeten we uiteraard proberen in de machinerie in te grijpen en deze zodanig om te bouwen dat zo’n micro-organisme gaat doen wat we graag zouden willen.
Ik heb geprobeerd de gang van genetische informatie naar het uiteindelijke proces dat zich afspeelt binnen het organisme te verduidelijken aan de hand van een muzikale allegorie. Stelt u zich een draaiboek van een orgel voor. Daarin zitten ponsgaatjes die op zichzelf niets met muziek hebben te maken. Niettemin zit er wel een codering in van het deuntje dat uiteindelijk afgedraaid wordt. Leggen we een analogie met de cel dan zijn de ponsgaatjes de tekens die zijn vastgelegd in het DNA, de drager van genetische informatie. De tekens staan voor chemische structuren die met elkaar zijn verbonden. We noemen ze A, T, C en G.
De codering in het DNA wordt omgezet naar een volgende codering die we terugvinden in de aminozuren die eiwitten uitmaken. Eiwitten zijn lange ketens van soms meer dan duizend aminozuren. Met een twintigtal aminozuren is een gigantische hoeveelheid combinaties mogelijk. De codering van de aminozuren ligt in het DNA. Het eiwit moet katalytische eigenschappen krijgen opdat bepaalde processen in een cel zich voltrekken of soms juist niet. Dat betekent dat het notenschrift met behulp van de katalysator wordt omgezet in een actie of een proces – het liedje.
Weg terug
Het gaat erom dat wanneer we een cel iets willen laten doen dat hij van nature niet gewend is dan moeten we bovenstaande weg terug bewandelen – en die is anders dan de heenweg. Als we bijvoorbeeld stof A in stof B willen omzetten dan moeten we zelf een eiwit bedenken. Dat betekent dat we moeten formuleren hoe stof A herkend moet worden. Wanneer je dat kunt formuleren kun je dat vertalen in een aminozuurvolgorde, zeg maar het notenschrift, dat je vervolgens kun coderen in de vorm van een draaiorgelboek. Dit laatste heet Recombinant DNA.
Na vijftig jaar intensieve research is juist dat laatste erg gemakkelijk geworden. Het probleem zit aan de andere kant van de weg terug. Hoe vertaal je, wetend wat je wilt hebben, die kennis in een katalysator, te weten een eiwit dat doet wat wij gewenst vinden. Door de snelle ontwikkeling van computers en de programmatuur verwacht ik dat de mogelijkheden op dit gebied vergroot worden. De groei aan research, dat wil zeggen het in kaart brengen van eiwitmoleculen en de bijhorende interacties, is op het ogenblik fenomenaal en dat zal ongetwijfeld doorzetten.
Van het totale onderzoeksveld van biotechnologie beslaat genomics een klein deel, maar de inspanningen zijn de laatste jaren sterk verhoogd. De hoeveelheid geld dat geinvesteerd is in firma’s die zich hiermee bezighouden is in tien jaar bijna vertienvoudigd. Op het ogenblik is het zelfs een hype om in deze bedrijven te investeren. Dat heeft te maken met het feit dat genetische informatie lange tijd zeer moeilijk te verkrijgen was, vanwege de grote lengte van de boodschap die op zo’n DNA-molecuul staat.
Boodschap
Zo beschikt het DNA van een eenvoudig poliovirus over vijfduizend basen. U kunt zich voorstellen dat het niet eenvoudig is de structuur van zo’n boodschap te ontcijferen. Je moet namelijk de volgorde van de basen vastleggen en dat is beslist geen sinecure. Dat is nog moeilijker wanneer je kijkt naar een eenvoudig organisme als de darmbacterie E. colie die beschikt over genetische informatie van ongeveer vier miljoen basen. De mens heeft een nog veel groter aantal basen in het DNA, namelijk drie miljard.
De sterk toegenomen investeringen hebben direct te maken met het feit dat er in 1990 een project is gestart waarin de volgorde van de basen in het menselijk DNA wordt bepaald. Daartoe hebben een groot aantal laboratoria zich verenigd in HUGO (Human Genome Project). Het is geraamd dat het project eindigt in 2003. In dat jaar kennen we alle basen op een rij. Wat we dan nog niet hebben is de boodschap. Deze is vaak gevat in pakketjes basen die zijn samengesteld in de vorm van een gen.
Op het ogenblik wordt er door veel firma’s flink gespeculeerd hoeveel genen er zijn. De reden daartoe is dat men probeert alle genen die men vindt te patenteren, want op die genen kan staan wat een bepaald individu bijzonder maakt of wat bepaalde ziekten en afwijkingen veroorzaakt. Ik voorzie dat een groot aantal universitaire groepen die ook bezig zijn om dit soort informatie te verkrijgen deze op het Internet zetten. Dat betekent dat het met de patentering van dit soort kennis volgens mij niet zo’n vaart zal lopen.
Angst
De eerste toepassing van deze nieuwe technische ontwikkeling is een test die aangeeft of iemand genetische aanleg heeft voor borstkanker. Deze test is ontwikkeld, op kleine schaal toegepast en kost ongeveer vierduizend gulden per stuk. Maar hij is inmiddels teruggehaald, omdat men betwijfelt of het grote publiek er al rijp voor is. Niettemin, in deze richting moet de ontwikkeling op korte termijn worden gezocht. Over een jaar of vijf kunnen we bij de drogist testen aanschaffen waarmee we kunnen vaststellen of bepaalde genetische mogelijkheden in ons lichaam gerealiseerd gaan worden of niet.
Als we het hebben over biotechnologie kan ik uiteraard niet om Herman en Dolly heen. Er zijn overigens meer voorbeelden, want in Wageningen blijkt men al lange tijd te beschikken over vissen die op dezelfde manier als Dolly zijn gekloond. In de media is veel gefilosofeerd over wat je met deze kant van de biotechnologie zou kunnen doen. In de Volkskrant werden een aantal gemanipuleerde foto’s geplaatst van Margrit Coppé, een tweedejaars studente aan de Rietveldacademie. Ze maakte afbeeldingen van niet bestaande fabeldieren, zoals een molkip, een giraffezwaan en een koe met mensoren. Stel je eens voor dat deze allemaal te realiseren zijn! Maar wat dan nog? Is een giraffe eigenlijk niet net zo’n gek dier? Ik denk dat de angst voor genetische recombinant technieken vreselijk overdreven is. Wel hoop ik dat we met de ontwikkelingen die ons te wachten staan, onszelf niet in de staart bijten.”
Bewerking: Mannus van der Laan
In het kader van de Studium Generale-reeks ‘De toekomst voorbij’ hield dr.ir. J.A. Jongejan onlangs in het Techniek Museum een lezing, onder de titel ‘De natuur als gereedschapskist’. Hij doceert algemene biochemie, biowetenschappen en enzymtechnologie aan de Interuniversitaire Onderzoekschool Biotechnical Sciences Delft Leiden (BSDL), waarin wordt geparticipeerd door TU Delft, RU Leiden en LU Wageningen. Van zijn voordracht hieronder een ingekorte weergave.
,,Toen ik werd gevraagd iets te vertelen over toekomstige ontwikkelingen binnen de biotechnologie, was ik ontzettend enthousiast. Ten eerste omdat ik vind dat in een cyclus zoals deze het vak absoluut thuishoort. De biotechnologie is weliswaar al oud, maar zeker niet der dagen zat. De tweede reden heeft te maken met mijn achtergrond als enzymoloog. Enzymen spelen binnen de biotechnologie een hoofdrol. Dat wil niet zeggen dat ze op de voorgrond staan – dat zijn de genen. Een derde punt is dat het vak niet altijd positief tegemoet wordt getreden. In de media treffen we de biotechnologie vaak in een zwart omrand hoekje aan. Hetzij dat het van stal wordt gehaald wanneer het gaat over intensieve veeteelt of anders met betrekking tot genetische atmosfeer omheen. Ik wil laten zien dat de biotechnologie meer behelst dan het werken met genen en in het kort met u doornemen hoe we de natuur voor ons kunnen laten werken.
De biotechnologie is begonnen in Egypte waar waarschijnlijk het eerste bier werd gebrouwen. Daarna ging de ontwikkeling gelijk op met die van landbouw en veeteelt. Tegenwoordig behelst de biotechnologie vooral het gebruik van tools die de cel ons kan bieden om bepaalde producten te bereiden. Uiteindelijk is het oogmerk van de biotechnologie producten te maken die kunnen concurreren met die welke worden gemaakt met organisch-chemische productiemethoden. Dat kan zeer profijtelijk zijn en onderzoek hierin wordt met name in Europa gestimuleerd. Men wil bijvoorbeeld een cel, die erg veel lijkt op onze darmbacterie E. colie, ombouwen tot een fabriekje waarmee bepaalde geneesmiddelen worden bereid. Dit soort toekomstverwachtingen zijn gedeeltelijk al gerealiseerd en ik denk dat dit de komende decennia nog veel verder zal gaan.
Goud
Betekent dit dat we met het ombouwen van organismen de pot met goud aan het eind van de regenboog hebben gevonden? Waarschijnlijk niet, want er moet nog veel meer gebeuren. Wat er vooral moet gebeuren is dat we de barrière moeten overwinnen tussen het aanmaken van natuurlijke producten en producten die opgenomen zijn in de reeks van reacties die zich normaal binnen zo’n organisme afspelen. We hebben vaak producten nodig die gemodificeerd moeten worden, of diesoms zelfs compleet vreemd zijn aan de betreffende bacterieën of micro-organismen. En dan moeten we uiteraard proberen in de machinerie in te grijpen en deze zodanig om te bouwen dat zo’n micro-organisme gaat doen wat we graag zouden willen.
Ik heb geprobeerd de gang van genetische informatie naar het uiteindelijke proces dat zich afspeelt binnen het organisme te verduidelijken aan de hand van een muzikale allegorie. Stelt u zich een draaiboek van een orgel voor. Daarin zitten ponsgaatjes die op zichzelf niets met muziek hebben te maken. Niettemin zit er wel een codering in van het deuntje dat uiteindelijk afgedraaid wordt. Leggen we een analogie met de cel dan zijn de ponsgaatjes de tekens die zijn vastgelegd in het DNA, de drager van genetische informatie. De tekens staan voor chemische structuren die met elkaar zijn verbonden. We noemen ze A, T, C en G.
De codering in het DNA wordt omgezet naar een volgende codering die we terugvinden in de aminozuren die eiwitten uitmaken. Eiwitten zijn lange ketens van soms meer dan duizend aminozuren. Met een twintigtal aminozuren is een gigantische hoeveelheid combinaties mogelijk. De codering van de aminozuren ligt in het DNA. Het eiwit moet katalytische eigenschappen krijgen opdat bepaalde processen in een cel zich voltrekken of soms juist niet. Dat betekent dat het notenschrift met behulp van de katalysator wordt omgezet in een actie of een proces – het liedje.
Weg terug
Het gaat erom dat wanneer we een cel iets willen laten doen dat hij van nature niet gewend is dan moeten we bovenstaande weg terug bewandelen – en die is anders dan de heenweg. Als we bijvoorbeeld stof A in stof B willen omzetten dan moeten we zelf een eiwit bedenken. Dat betekent dat we moeten formuleren hoe stof A herkend moet worden. Wanneer je dat kunt formuleren kun je dat vertalen in een aminozuurvolgorde, zeg maar het notenschrift, dat je vervolgens kun coderen in de vorm van een draaiorgelboek. Dit laatste heet Recombinant DNA.
Na vijftig jaar intensieve research is juist dat laatste erg gemakkelijk geworden. Het probleem zit aan de andere kant van de weg terug. Hoe vertaal je, wetend wat je wilt hebben, die kennis in een katalysator, te weten een eiwit dat doet wat wij gewenst vinden. Door de snelle ontwikkeling van computers en de programmatuur verwacht ik dat de mogelijkheden op dit gebied vergroot worden. De groei aan research, dat wil zeggen het in kaart brengen van eiwitmoleculen en de bijhorende interacties, is op het ogenblik fenomenaal en dat zal ongetwijfeld doorzetten.
Van het totale onderzoeksveld van biotechnologie beslaat genomics een klein deel, maar de inspanningen zijn de laatste jaren sterk verhoogd. De hoeveelheid geld dat geinvesteerd is in firma’s die zich hiermee bezighouden is in tien jaar bijna vertienvoudigd. Op het ogenblik is het zelfs een hype om in deze bedrijven te investeren. Dat heeft te maken met het feit dat genetische informatie lange tijd zeer moeilijk te verkrijgen was, vanwege de grote lengte van de boodschap die op zo’n DNA-molecuul staat.
Boodschap
Zo beschikt het DNA van een eenvoudig poliovirus over vijfduizend basen. U kunt zich voorstellen dat het niet eenvoudig is de structuur van zo’n boodschap te ontcijferen. Je moet namelijk de volgorde van de basen vastleggen en dat is beslist geen sinecure. Dat is nog moeilijker wanneer je kijkt naar een eenvoudig organisme als de darmbacterie E. colie die beschikt over genetische informatie van ongeveer vier miljoen basen. De mens heeft een nog veel groter aantal basen in het DNA, namelijk drie miljard.
De sterk toegenomen investeringen hebben direct te maken met het feit dat er in 1990 een project is gestart waarin de volgorde van de basen in het menselijk DNA wordt bepaald. Daartoe hebben een groot aantal laboratoria zich verenigd in HUGO (Human Genome Project). Het is geraamd dat het project eindigt in 2003. In dat jaar kennen we alle basen op een rij. Wat we dan nog niet hebben is de boodschap. Deze is vaak gevat in pakketjes basen die zijn samengesteld in de vorm van een gen.
Op het ogenblik wordt er door veel firma’s flink gespeculeerd hoeveel genen er zijn. De reden daartoe is dat men probeert alle genen die men vindt te patenteren, want op die genen kan staan wat een bepaald individu bijzonder maakt of wat bepaalde ziekten en afwijkingen veroorzaakt. Ik voorzie dat een groot aantal universitaire groepen die ook bezig zijn om dit soort informatie te verkrijgen deze op het Internet zetten. Dat betekent dat het met de patentering van dit soort kennis volgens mij niet zo’n vaart zal lopen.
Angst
De eerste toepassing van deze nieuwe technische ontwikkeling is een test die aangeeft of iemand genetische aanleg heeft voor borstkanker. Deze test is ontwikkeld, op kleine schaal toegepast en kost ongeveer vierduizend gulden per stuk. Maar hij is inmiddels teruggehaald, omdat men betwijfelt of het grote publiek er al rijp voor is. Niettemin, in deze richting moet de ontwikkeling op korte termijn worden gezocht. Over een jaar of vijf kunnen we bij de drogist testen aanschaffen waarmee we kunnen vaststellen of bepaalde genetische mogelijkheden in ons lichaam gerealiseerd gaan worden of niet.
Als we het hebben over biotechnologie kan ik uiteraard niet om Herman en Dolly heen. Er zijn overigens meer voorbeelden, want in Wageningen blijkt men al lange tijd te beschikken over vissen die op dezelfde manier als Dolly zijn gekloond. In de media is veel gefilosofeerd over wat je met deze kant van de biotechnologie zou kunnen doen. In de Volkskrant werden een aantal gemanipuleerde foto’s geplaatst van Margrit Coppé, een tweedejaars studente aan de Rietveldacademie. Ze maakte afbeeldingen van niet bestaande fabeldieren, zoals een molkip, een giraffezwaan en een koe met mensoren. Stel je eens voor dat deze allemaal te realiseren zijn! Maar wat dan nog? Is een giraffe eigenlijk niet net zo’n gek dier? Ik denk dat de angst voor genetische recombinant technieken vreselijk overdreven is. Wel hoop ik dat we met de ontwikkelingen die ons te wachten staan, onszelf niet in de staart bijten.”
Bewerking: Mannus van der Laan
Comments are closed.