Gentech (bron werkgroep burgers voor gentechvrijvoedsel)

Gentech staat voor gentechnologie, een discipline die zich bezig houdt met het veranderen van DNA (=erfelijk materiaal) in een cel. Elk hoger organisme (inclusief de mens) bezit in elke cel een vast aantal chromosomen. Het aantal genen per chromosoom is wisselend. Bij virussen en bacteriën ligt dat allemaal wat simpeler: die hebben slechts 1 chromosoom met een aantal genen erop. Genen zijn te vergelijken met plakkertjes op artikelen in de supermarkt, waarop een streepjescode is aangebracht. De cel gebruikt de “streepjescodes” op zijn DNA om informatie af te lezen over de productie van eiwitten die het individu nodig heeft om te kunnen functioneren en zich optimaal te ontwikkelen in zijn biotoop (de plek op aarde waar die soort in de regel te vinden is).  Het is echter niet zo dat elk plakkertje op de chromosomen actief gebruikt wordt om eiwitten te produceren. Alleen die genen zijn actief (=tot expressie gekomen, werkzaam geworden in het evolutieproces) die de cel in staat stellen te functioneren onder de plaatselijke omstandigheden. De “expressieve” genen worden ‘introns’ genoemd en vormen maar een klein percentage van het totale genenpakket (genoom) dat in elke cel beschikbaar is. Het (schijnbaar) inactieve deel van het DNA wordt ook wel ‘junk-DNA’ genoemd of ‘extrons’ (junk = Amerikaans voor ‘rommel’). Of dit zo’n goede benaming is kun je je afvragen, want van de functie van dit deel van het DNA was gewoon heel weinig bekend, maar dat verandert snel, omdat er koortsachtig gewerkt wordt aan methoden waarmee dit inactieve DNA zou kunnen worden ‘ingeschakeld’.
We hebben het dan nog niet eens gehad over de mogelijkheid zo’n DNA-streng open te knippen, om daar een heel nieuw stuk DNA tussen te zetten, of op die breuk juist een stuk DNA te verwijderen. Hierin is de gentechnologie nog het meest geïnteresseerd, omdat daar de mogelijkheid ligt om (bijvoorbeeld) een tomaat een eigenschap van een diepzeevis mee te geven, of een plant juist een eigenschap “af te pakken” die door de gentechnoloog wat minder handig wordt gevonden.

Hoe werkt DNA nu precies?
Het DNA zit in elke celkern. Het DNA is de matrix  (= voorbeeld) waarmee elke cel zijn eiwitten kan samenstellen. Met behulp van aanpassingen in zijn DNA kan de plant zijn eiwitproductie veranderen en afstemmen op de eisen die zijn leefomgeving stelt. Voor elke leefomgeving zijn er specifieke eiwitten nodig. Er zijn echter 2 manieren waarop een soort (plant of dier) zich kan aanpassen aan gewijzigde groei-omstandigheden. Die aanpassingen vinden plaats op 2 verschillende niveaus, in de wandeling vaak aangeduid als ‘nature’ (Niveau 1) en ‘nurture’ (Niveau 2). Globaal zou je het verschil tussen Niveau 1 en Niveau 2 een beetje kunnen vergelijken met het verschil tussen de hardware en software van een computer.

In de gentechnologie knoeit men graag met de hardware, omdat men nog weinig begrijpt van de software. Dat is niet de juiste volgorde. Daardoor is het eindresultaat een schot in het duister: erg slecht te voorspellen. Vergelijk het met een spelletje darts: dat doe je ook niet met een blinddoek voor als je bull’s eye wilt gooien.

Een aanpassing op niveau 1: is een wijziging in het eigenlijke DNA van de cel, in de volgorde van de aminozuren;
Een aanpassing op niveau 2: is een wijziging van de actieve lokaties op het DNA, waarbij de volgorde van de aminozuren niet verandert. De actieve lokaties op het DNA zijn de plaatsen waar het DNA feitelijk wordt afgelezen om eiwitten te kunnen maken. De actieve lokaties (ook wel  ‘introns’ genoemd) maken maar een paar % uit van al het DNA dat op de chromosomen aanwezig is.

Niveau 1. Een wijziging in het eigenlijke DNA van een cel wordt ook wel een wijziging van het genotype genoemd. We weten nog in heel weinig gevallen hoeveel genen er betrokken zijn bij de wijziging van  1 eigenschap, of andersom, hoeveel eigenschappen worden gewijzigd bij het inbrengen van 1 nieuw gen. De gentechnologen willen het graag laten voorkomen of het inbrengen van een nieuw stuk DNA in een cel een trefzekere operatie is waarbij met feilloze precisie de gewenste locatie wordt geselecteerd. In werkelijkheid is dat een zeer chaotisch proces dat meer aan schijfschieten doet denken. Een gentechnoloog moet daarom maar afwachten welke eigenschappen zich uiteindelijk gaan wijzigen als er bij een individuele cel op een vrij willekeurige lokatie een nieuw gen is binnen komen wandelen. Het genetisch modificeren van de DNA-structuur van een cel is een laboratorium-aangelegenheid en bestaat uit een eindeloze stroom van pogingen die uiteindelijk bij een zeer klein aantal cellen het gewenste resultaat oplevert, een soort Ezeltje Prik dus. Als proces  is Ezeltje Prik in de gentechnologie daarom waanzinnig duur. Bovendien heb je dan, als je eindelijk succes hebt geboekt, nog steeds maar 1 cel, en nog geen volwaardige plant die gewoon kan functioneren zoals elke andere plant op een veld. De investeringen die nodig zijn om vanuit zo’n individuele cel weer een gewas op de markt te zetten, zijn astronomisch en alleen op te brengen door zeer kapitaalkrachtige bedrijven.

Niveau 2. Een verandering van de manier van reageren van een cel wordt ook wel een verandering van het fenotype genoemd als de eigenlijke DNA-structuur van de cel (de volgorde van de aminozuren) hetzelfde blijft, terwijl de actieve lokaties op het DNA (de expressieve genen) zich wijzigen. Bij een fenotypische verandering zijn andere mechanismen werkzaam dan op Niveau 1, en de  gentechnologie heeft daar nog heel weinig zicht en vat op. Waarschijnlijk is het moeizame karakter van een genetische modificatie zoals beschreven onder Niveau 1. op zijn minst gedeeltelijk toe te schrijven aan de onbekende invloed van Niveau 2.  Hoe de wisselwerking tussen fenotypische en genotypische wijzigingen verloopt, is dus een nog heel onbekend terrein. Samenvattend: de mechanismen die betrokken zijn bij de fenotypische wijziging zouden wel eens een belangrijke rol kunnen spelen bij het succes van de modificatiepogingen die op Niveau 1. worden ondernomen en maken het eindresultaat van die modificatiepogingen nogal onvoorspelbaar.

Spontane mutatie -> kruising -> genetische modificatie (snel -> sneller -> snelst)
We spreken bij een spontane gen-verandering van een mutatie, wat normaal gesproken (zonder ingrijpen van de mens, bv. röntgenstraling) veel tijd kost.  Als een soort in de natuur echter niet voldoende tijd krijgt om zich aan te passen aan een vrij plotseling opgetreden verandering, gaat de soort ten onder.

Voorbeeld: De dinosauriërs stierven 65 miljoen jaar geleden uit, nadat  een enorme meteoriet van 10 á 15 km doorsnede met hoge snelheid (zo’n 72000 km/uur) insloeg, bij Chicxulub in Mexico. Daarbij traden onvoorstelbare luchtdrukgolven op,  bosbranden, aardbevingen (meer dan 10 op de schaal van Richter) en onvoorstelbare tsunamis. De zon werd verduisterd door een  enorme aswolk die zich over  de aarde verspreidde en er trad abrupt een steenkoude, mondiale winter in die tijdenlang aanhield. Niet alleen de dinosauriërs stierven toen uit, maar meer dan de helft van alle soorten op aarde. Zeedieren met een trage stofwisseling konden overleven, maar veel landdieren stierven uit.

In de gentechnologie heeft men nu bedacht dat het wel handig zou zijn als een gewenste*) verandering in een organisme niet eeuwen in beslag zou nemen (een mutatie), of jaren (een kruising), maar in een handomdraai geregeld kon worden (genetische modificatie). Eind jaren 80 werd dat doel al min of meer bereikt, maar men is er nog steeds niet in geslaagd precies vast te stellen hoe het nieuwe/gewenste gen exact op de gewenste plaats in het chromosoom van de ontvangende cel kan worden geplaatst. Bovendien accepteren de ontvangende cel en het ontvangende DNA ook niet zomaar een vreemd gen, daar is een aantal trucs voor nodig:

1. De wand van de ontvangende cel moet geopend worden
2. de natuurlijke afweer van de cel moet om de tuin geleid worden
3. de ontvangende DNA-streng in de celkern moet opengeknipt worden
4. het nieuwe gen moet geaccepteerd worden in de keten van het ontvangende DNA
5. het nieuwe gen moet geactiveerd worden, door een zg. promotor-gen

Kortom: het overbrengen van een nieuw gen naar de ontvangende cel is een enorme afvalrace en de consequentie daarvan is dat

• slechts een klein gedeelte van de veranderde cellen het gewenste gen bevat
• een nog kleiner gedeelte het gen in de “ingeschakelde” vorm bevat en
• bovendien de plaats waar het gewenste gen in het chromosoom  is “geland” niet vast ligt (dat geldt niet alleen voor het eigenlijke gen, maar ook nog eens een keer voor het promotor-gen). Er is dus niet zozeer sprake van plaatsen, als wel van schijfschieten. Het openknippen van een chromosoom verloopt namelijk zo willekeurig dat er allerlei losse stukken DNA ontstaan die op talloze manieren gecombineerd kunnen worden. We kunnen dat proces rustig vergelijken met de spreekwoordelijke stier in de spreekwoordelijke porseleinkast.

Tenslotte is er dan nog het probleem hoe je kunt bepalen in welke cellen het nieuwe gen ook inderdaad “werkt”. Strict genomen zou je al die aparte cellen allemaal moeten laten uitgroeien tot nieuwe planten, om te zien welke plant de gewenste eigenschap heeft. Dat is allemaal veel te kostbaar en tijdrovend, dus men heeft gezocht naar een snelle methode (alles moet snel in de gentechnologie) om direct de cellen te selecteren waarin de nieuwe eigenschap is “aangeslagen”. Die methode heeft men gevonden door naast het nieuwe gen en het promotor-gen nog een derde gen mee te sturen, dat resistent is tegen een bepaald antibioticum. Door de veranderde cellen in contact te brengen met dit antibioticum kunnen de cellen geselecteerd worden die het antibioticum overleven. Dat is dan het bewijs dat in die overlevende cellen het nieuwe gen ook werkzaam is.

Aangezien de plaats op het chromosoom zeer belangrijk blijkt te zijn voor de wisselwerking van het gen met de andere genen die samen verantwoordelijk zijn voor de vorming van specifieke eiwitten die er in de cel worden geproduceerd, is het resultaat van de verandering zeer onvoorspelbaar. Maar zelden is het zo dat in de veranderde plant alleen de oorspronkelijk gewenste eigenschap nieuw is. In het merendeel van de gevallen blijken er nieuwe, onbekende eiwitten werkzaam te zijn die onverwachte effecten veroorzaken die niet op het verlanglijstje van de gentechnoloog stonden toen hij aan het experimenteren was. Dat heeft te maken met het feit dat één gen vaak een rol speelt in de productie van meerdere eiwitten. Die onbedoelde eiwitten veroorzaken dan vaak ook nog afweerreacties in de ontvangende cel en wellicht ook in de mens die ze eet.

Een voorbeeld: De ervaringen in de VS met een gg-vorm van tryptofaan wezen erop dat mensen er ziek van werden of allergisch reageerden. Er zijn zelfs sterfgevallen gerapporteerd. Dit terwijl bij de natuurlijke vorm van tryptofaan deze problemen helemaal niet spelen. Het verschil werd veroorzaakt door de onbekende eiwitten die met het gg-tryptofaan waren meegekomen. Het is dus belangrijk om in het oog te houden dat 1 gen overbrengen NIET gelijk is aan 1 eigenschap overbrengen. Dit is ook exact de reden dat gedegen onderzoek nodig is naar alle effecten (ook op lange termijn) die het eten van een gemodificeerd gewas op de stofwisseling van een mens heeft.

*) een gewenste verandering is in dit verband een door het biotechnologisch bedrijf gewenste verandering, die geld in het laadje gaat brengen. De vraag is echter: wie heeft er eigenlijk om die genetische veranderingen gevraagd? De consument in ieder geval niet; de gentech-multinationals zijn voortdurend ongevraagd aan het experimenteren.  En hoe staat het met de maatschappelijke kosten en baten van een dergelijke manipulatie? Heeft onze overheid interesse om een sturende rol te spelen in de beantwoording van deze toch zeer fundamentele vraag? Tot op heden lijkt het daar niet echt op.