Biotechnologie

van ethisch gemanipuleerde mensen tot

genetisch gemodificeerde soja

Cor Hameete, december 1997, email: mailto:Cornelis.Hameete@student.uva.nl


Inleiding

Als je regelmatig de krant leest zou je tot de conclusie kunnen komen, dat er alleen nadelen verbonden zijn aan genetische modificatie. Er is trouwens weinig verschil tussen manipuleren en modificeren. Tegenstanders van biotechnologie gebruiken vaak het woord manipulatie, terwijl voorstanders van de biotechnologie het vaak hebben over modificatie. Maar wat houdt biotechnologie eigenlijk in? Een betekenis die vaak gegeven wordt aan biotechnologie is: `de technische toepassing van resultaten van biologische wetenschappen'.

De kwalijke gevolgen van de biotechnologie, die worden genoemd, zijn meestal niet gebaseerd op de feiten, maar eerder op gevoelens die mensen erbij hebben, zoals: `handen af van de natuur', `het is eng' en `straks gebeuren er ongelukken'. Door een aantal voorbeelden te noemen over biotechnologie hoop ik te kunnen laten zien wat er wel en niet kan in de biotechnologie. Een aantal voorbeelden zoals stier Herman, schaap Dolly en gemanipuleerde soja zullen je bekend voorkomen, andere voorbeelden zoals medicijnproduktie en gen-therapie zijn waarschijnlijk minder bekend.

Welke regels en afspraken hebben wetenschappers afgesproken over wat wel mag en wat niet? Met andere woorden, wat is ethisch wel niet verantwoord? In principe mag de modificatie van organismen het organisme niet veranderen of aantasten in het wezen van het organisme. Dit is op vele manieren uit te leggen en te interpreteren, maar de regel is dat er geen nieuwe soort mag ontstaan en dat het uiterlijk behouden moet blijven.

Het DNA (desoxyribonucleine zuur) van alle levendse wezens op aarde bestaat uit lange ketens van moleculen, die samen een `code' vormen waarmee de eigenschappen van het organisme worden beschreven. Op het DNA liggen genen, die elk een eigenschap van het organisme vertegenwoordigen. Dit is wel heel simpel voorgesteld als je je bedenkt dat je voor bijvoorbeeld oogkleur vele genen nodig hebt die samenwerken. Het merendeel van de genen worden door de cel niet gebruikt. Genen bezitten namelijk één of meerdere promotoren, die gestimuleerd of geremd kunnen worden. Een promotor is een stuk DNA wat voor een gen zit. De promotor moet eerst afgelezen worden wil het gen erachter transcriptie ondergaan. De promotor kan door eiwitten geblokkeerd worden, zodat het gen wat erachter ligt ook niet afgelezen kan worden. Ook dit is een simpele voorstelling, want meestal hebben genen vele promotoren die met elkaar samenwerken en die op de chromosomen ver uit elkaar liggen. Zo hebben promotoren van onco-genen (kanker-genen) suppressoren (inhibitoren) zodat transcriptie van deze genen, onder normale omstandigheden, niet plaatsvindt. Er ontstaat geen RNA waardoor er geen translatie van eiwitten plaatsvindt. Van alle genen gebruik je ongeveer 2%. Dit lijkt weinig, maar als man heb je bijvoorbeeld weinig aan de genen voor de vorming van eierstokken, vrouwelijke hormonen of moedermelk na een bevalling. Zo zijn er nog honderden voorbeelden te noemen.

Wat er in de biotechnologie wordt geprobeerd is het veranderen van genen of toevoegen van genen van andere organismen, waardoor de eigenschappen van het organisme worden veranderd. Uit de volgende voorbeelden zal het nut, de noodzaak of de onzin van biotechnologie worden belicht. Bij elk voorbeeld worden enkele vragen gesteld, die de achtergronden van de theorie zullen verhelderen.


Soja

Wat is er gebeurd met de uit de media bekende gemodificeerde soja? Er was een bacterie ontdekt die van nature resistent is tegen het bestrijdingsmiddel glyfosaat. Het gen uit de bacterie wat verantwoordelijk is voor deze resistentie is uit de bacterie gehaald en in de soja-plant gebracht. Het gevolg is dat de plant ook resistent is geworden tegen het bestrijdings-

middel. Als de gemodificeerde soja-planten in de landbouw worden gebruikt en worden bespoten met het agressieve middel glyfosaat gaan insekten en onkruid dood behalve de resistent gemaakte soja-plant.

Het inbrengen van nieuwe genen in bijvoorbeeld een soja-plant kan op verschillende manieren plaatsvinden (zie figuur 1).

figuur 1. Het inbrengen van `vreemd' DNA kan op verschillende manieren plaatsvinden.

(artikel uit De Stem van 8 januari 1997)

De manier in de linker route in figuur 1 wordt het meest gebruikt. Het gen (van de resistente bacterie) wordt hierbij in een plasmide gebracht van een agrobacterium bacterie. Een plasmide is een klein stukje circulair DNA, wat van nature voorkomt in de bacterie. Het gemodificeerde plasmide wordt door de plantencel opgenomen. Dit wordt genoverdracht genoemd. Door genoverdracht wordt dus de nieuwe eigenschap de cel in gebracht. Het ljikt een omweg om het stukje gen eerst in een andere bacterie te zetten, voordat het in de plantencel terechtkomt. Dit wordt gedaan, omdat het bekend is dat het plasmide van de agrobacterium bacterie gemakkelijk de plantencel in kan komen. De plantencellen krijgen voor ze in contact gebracht worden met het plasmide een behandeling, waardoor ze het plasmide beter op kunnen nemen. Die behandeling noemen we het competent maken van de cellen.

Zoals in figuur 1 te zien is, is er nog maar één cel getransformeerd. Door deze cel te laten groeien op groeimedium met voedingsstoffen en zouten, kan de cel door mitose uitgroeien tot een klompje cellen (die natuurlijk allemaal de nieuwe eigenschap hebben). Als er nu planten-hormonen worden toegevoegd aan het medium, kan het klompje cellen worteltjes en een stengeltje gaan vormen. De geslachtscellen van de `nieuwe' plant bezitten natuurlijk ook de nieuwe eigenschappen, waardoor de nakomelingen ook resistent zullen zijn tegen glyfosaat.

 


Vragen

1. Wat is het voordeel voor de boer die de gemodificeerde soja verbouwt? Wat is het gevaar van de gemodificeerde soja op het milieu?

2. Wat is de invloed van de promotor voor het nieuw ingebrachte gen op de resistentie tegen glyfosfaat.


 

Stier Herman

Bij de ontwikkeling van stier Herman is er ook heel wat gebeurd. Het dier heeft de voorpagina's van de kranten gehaald, hij is gefotografeerd en gefilmd en er is zelfs een biografie over hem geschreven. Maar wat is er met Herman uitgespookt dat hij zo bekend is geworden?

Het humane eiwit lactoferrine is een ontstekingsremmende stof. Het eiwit komt niet voor in koemelk. Door het humane gen voor lactoferrine in te brengen in het DNA van de koe, wordt het eiwit `automatisch' door de melkklieren van de koe geproduceerd en komt zo in de melk terecht. Deze melk met een ontstekingsremmende werking zou uitermate geschikt kunnen zijn als melk voor ouderen of zieke baby's. Maar uit de gemodificeerde cel kwam geen koe, maar een stier tevoorschijn (die geen melk produceert). Dit is gelukkig geen probleem, want elke cel in het lichaam van de stier heeft dit gen, omdat het ontstaan is uit die éne gemodificeerde cel! Alle vrouwelijke nakomelingen zullen dus lactoferrine produceren en dit afgeven aan hun melk.

De vraag is nu hoe het stukje menselijk DNA in de stier is terechtgekomen. Het DNA wordt met behulp van een zeer fijn glasnaaldje in een net bevruchte koeie-eicel geïnjecteerd. In deze net bevruchte eicel is de vrouwelijke- en de mannelijke kern nog niet samengesmolten. De bevruchte eicel, met het nieuwe gen voor lactoferrine, wordt nu ingebracht in de baarmoeder van een koe. De zwangerschap verloopt verder op een natuurlijke manier. Dit lijkt een simpele methode, maar er waren 2470 eicellen nodig om uiteindelijk één transgeen rund (Herman) geboren te laten worden. De eicellen waren trouwens afkomstig van al voor de vleesproduktie geslachte koeien. De politiek heeft intussen besloten dat Herman niet ethisch verantwoord was, en moest daarom worden gecastreerd. Voor de castratie had stier Herman al gezorgd voor vijftig nakomelingen. Een aantal vrouwelijke nakomelingen hadden inderdaad lactoferrine in hun melk, maar in hele lage concentraties, waardoor het commercieel niet interessant was. Intussen zijn er nieuwe transgene runderen `gemaakt', die meer lactoferrine in hun melk produceren. Deze runderen zijn niet massaal in het nieuws geweest. Zijn de getransformeerde runderen nu ethisch wel verantwoord, of vinden de journalisten het nu geen `hot news' meer?

 


Vragen

  1. 3. Waarom maken de vrouwelijke nakomelingen van Herman lactoferrine in hun melk?
  2. 4. Welke bedrijfstak zou het biotechnologie-bedrijf financieren? Of te wel: wie zal hier veel geld aan kunnen verdienen?
  3. 5. In figuur 1 zou 100% van de transformaties lukken. Kun je oorzaken bedenken
  4. waardoor het niet altijd lukt?


 

Schaap Dolly

Soja is resistent gemaakt tegen bestrijdingsmiddelen, koeien kunnen humane eiwitten in hun melk produceren, dus wat is er zo bijzonder aan schaap Dolly?

Het beroemdste schaap ter wereld heeft haar naam te danken aan de grote borsten van de Amerikaanse zangeres Dolly Parton. Schaap Dolly is namelijk gekloond vanuit een uiercel (borst) van een schaap. Het bijzondere aan schaap Dolly is dat het uit één gedifferentieerde (uier)cel afkomstig is. Dolly is genetisch dus volledig identiek aan het schaap waar de uiercel van afkomstig is.

 

Het is mogelijk om van één plantencel zoals bij bijvoorbeeld de soja een volledige nieuwe plant te kweken. Bij dierlijke cellen kan dit niet. Wat hebben de onderzoekers moeten doen om vanuit één cel een nieuw schaap te krijgen. Er worden uiercellen uit de uier van een schaap gehaald van de `celmoeder'. Uit deze cellen worden de kernen gehaald. Uit een ander schaap (de `eicelmoeder') wordt een eicel gehaald, waar ook de kern uit wordt gehaald. Een eicel waar de kern uit is gehaald noemen we een `lege eicel'. Nu wordt de kern van de uiercel in de lege eicel gebracht. De nieuwe cel wordt in de baarmoeder van de `draagmoeder' gebracht. Het gevolg is een natuurlijke zwangerschap. Het schaap wat hieruit geboren wordt is genetisch identiek aan de uiercel. Dit is het rare eraan, want normaal gesproken heeft de nakomeling de ene helft van de eigenschappen (genen) van de vader en de andere helft van zijn/ haar eigenschappen van de moeder. Nu is het erfelijk materiaal afkomstig van één `voorouder'. Het bijzondere hieraan is dus dat vanuit een gedifferentieerde cel een identiek (kloon) organisme kan groeien.

 


Vragen

6. waarom hoeft de eicel met de kern van de uiercel niet bevrucht te worden?

7. Wat is er biologisch gezien niet natuurlijk aan een nakomeling als Dolly?


Gen-therapie

De gen-therapie is in volle ontwikkeling en heeft veel aandacht gekregen van de media. Dit komt waarschijnlijk, omdat het een middel kan zijn in strijd tegen kanker. Kanker is een veel voorkomende ziekte en een nieuwe geneeswijze spreekt dus tot de verbeelding van veel mensen. Het onderwerp is ingewikkeld en complex. Het volgende voorbeeld is ook één van de vele mogelijkheden van gen-therapie.

In figuur 2 is het voorbeeld weergegeven. De meeste kankergezwellen hebben een zuurstofgebrek, omdat ze zo razendsnel groeien. Bij de patiënt wordt een retrovirus ingebracht. Het virus bezit genen die de cel aanzeten om zichzelf te vernietigen. In het retrovirus zit voor de genen een promoter, die de genen pas aanschakelen als er weinig zuurstof is. De genen worden door de retrovirussen in alle cellen van het lichaam ingebouwd. De genen worden dus ook in de gezonde cellen ingebouwd, maar ze worden pas aangeschakeld als er, zoals in een kankergezwel, weinig zuurstof is. Als de genen worden geactiveerd door de promoter gaan de cellen dood. Door transcriptie van de genen wordt RNA gemaakt. Door translatie van het RNA ontstaat er een eiwit. Deze eiwitten zorgen ervoor dat de cel kapotgaat. Het kapotgaan van de cel komt bijvoorbeeld door het aantasten van de celmembraan, waardoor de cel `leegloopt'. Dit noemen we cellyse. Als dit gebeurt met cellen in het gezwel zal het gevolg zijn dat het gezwel niet verder groeit of zelfs kleiner wordt. Dit is echter nog in een experimentele fase en wordt (nog) niet toegepast op kanker-patiënten.

Gen therapie bij tumoren:

Langzaam maar gestaag vordert het onderzoek naar een geneeswijze voor kanker. Britse onderzoekers presenteerden onlangs een manier om giftige medicijnen af te leveren in de meest ondoordringbare gedeelten van een gezwel.
Ze maken gebruik van een soort 'gen-therapie'.

Genen met de naam Hypoxia-responsive element (HRE) moeten het immuunsysteem van het lichaam stimuleren zodat tumorcellen vernietigd worden. Deze genen gedijen goed vanwege het gebrek aan zuurstof in de tumoren

De Britse firma Oxford Biomedica, die de HRE-technologie heeft gekocht van de uitvinders, Isis Inovation Ltd, heeft laten weten dat proeven naar de veiligheid en doelmatigheid van de therapie voor vrouwen met borstkaker volgend jaar van start gaan. Bron: Reuter, Oxford Biomedica

figuur 2. Gen-therapie bij tumoren (Uit: dagblad De Stem van 14 mei 1997)


Vragen

8. Het is bekend dat er door het lichaam extra bloedvaten naar het gezwel worden gemaakt. Waarom zou dit nadelig kunnen zijn voor deze therapie?

9. Waarom is de promoter (HRE-gen) belangrijk?


 

De voorbeelden die hier genoemd zijn, zijn maar een klein deel van wat de biotechnologen kunnen en doen. Een ander voorbeeld van wat biotechnologen doen is de produktie van medicijnen of enzymen door gist. Het eiwit of glycoproteïne wordt dan ingebouwd in de wand van de gist of wordt door die gist uitgescheiden in het externe milieu. Het voordeel van produktie door levende organismen is dat deze organismen op een constant tempo deze stoffen maken en voor een onbeperkte (lange) tijd. Dit is natuurlijk interessant voor de produktie van medicijnen, maar ook voor de produktie van enzymen die bijvoorbeeld in wasmiddelen zitten. Bedrijven die wasmiddelen maken, investeren dan ook veel geld in de ontwikkeling van deze tak van de biotechnologie. Nu moeten deze enzymen nog duur worden gemaakt, terwijl een gist ze in grote aantallen en in een constant tempo maakt.

Eigenlijk bestaat de biotechnologie al eeuwen. Denk maar aan de produktie van kaas en bier door gebruik te maken van micro-organismen. We zijn ook al eeuwen bezig om planten te kweken met een hogere opbrengst, planten die resistent zijn tegen bepaalde ziekten of het kweken van mooiere planten. Huisdieren, zoals honden, varkens en koeien zijn niet meer te vergelijken met hun voorouders die in de natuur voorkwamen (wolven, zwijnen en wilde runderen). Dit komt omdat de mens door kruisingen eigenschappen in het dier brengen, die voordelen hebben voor de mens, zoals een hogere vleesproduktie of een hogere melkproduktie. Wat biotechnologen tegenwoordig doen is te vergelijken met de kruisingen, die de mensen al jaren uitvoeren op planten en dieren. Alleen gaat het nu sneller en effectiever.

Zoals we bij de ontwikkeling van stier Herman hebben gezien, speelt de media een grote rol in de mening over biotechnologie. Dit komt, omdat de mensen geen (goed) beeld hebben van wat er tegenwoordig in de biotechnologie gebeurt. Iedereen heeft gehoord van stier Herman en schaap Dolly, maar als je tegen de mensen vertelt dat de medicijnen die ze slikken misschien gemaakt zijn door bacterien of gisten, geloven ze je niet. Zo ontstaat er een verkeerd beeld van de biotechnologie door media, omdat alleen de verhalen, die kunnen worden overdreven, versimpeld of angstaanjagend zijn in de krant verschijnen of op tv komen. Door wat meer achtergrond informatie te geven hoop ik dat je een genuanceerder beeld hebt gekregen!

Cor Hameete, december 1997


docentenhandleiding

 

De leerling moet de basisbegrippen van transcriptie van DNA naar RNA en translatie van RNA naar eiwit kennen. Ook moet de leerling de basisbegrippen kennen van de opbouw van DNA, zoals triplet en codon, voor een beter inzicht en begrip van de tekst. Vraag 5 kan hierbij dienen als niveau-bepaling, omdat dit waarschijnlijk de moeilijkste vraag zal zijn voor de leerling

Het is de bedoeling dat de leerlingen de tekst alleen lezen, maar de vragen mogen in overleg gemaakt worden. Dit geeft, naast het antwoord op de vragen, ruimte voor discussie en meningsvorming.

 


Antwoorden op de vragen

 

1. Hij hoeft maar met 1 bestrijdingsmiddel te sproeien. Het gevaar is dat hij teveel gaat sproeien, omdat de soja daar toch niet van kapot gaat. Ecologisch gezien is het middel glyfosaat niet aan te bevelen, omdat het alles doodt.

 

2. Het zou kunnen dat bij een promotor die snel geactiveerd wordt minder hoeft te worden gesproeid met glyfosaat, omdat dan bij een lagere concentratie de genen al aangeschakeld worden.

 

3. Het gen voor lactoferrine zit (natuurlijk) in alle cellen, dus ook in de voortplantingscellen van Herman.

 

4. Nutricia. Dit bedrijf heeft er voordeel bij als er (dure) melk wordt gedronken, die niet door een ander bedrijf kan worden gemaakt. Nutricia is producent van babyvoeding. Ouders willen hun kind het beste geven, dus ook duurdere babyvoeding met stoffen, die goed zijn voor het kind

 

5. Door een aantal problemen, bijvoorbeeld

-Het gen moet `in frame' ingebouwd worden in het DNA (de kans is 1:3)

-Meestal komt het op een plaats in het genoom terecht waar het niet of niet volledig wordt afgelezen.

 

6. De kern is afkomstig van een uiercel en is daarom al 2n.

 

7. Het is genetisch identiek aan de uiercel-donor. Bij een geslachtelijke voortplanting is het de bedoeling dat de nakomelingen nieuwe eigenschappen krijgen, door een combinatie van genen van de beide ouders.

 

8. De zuurstof-voorziening wordt door deze extra vaten verbeterd. De promotoren zouden naast het zuurstof-gehalte ook moeten reageren op bijvoorbeeld stoffen die de tumor uitscheidt.

 

9. Dat alleen kanker-cellen worden aangezet tot celdood en niet de gezonde lichaamscellen.


email: mailto:Cornelis.Hameete@student.uva.nl