genetische manipulatie

Het HIV-virus muteert razendsnel en richt zich op het afweersysteem. Eindelijk schaakmat?

HIV-vaccin werkt buiten immuunsysteem om

4 reacties / Visionair leven, Wetenschap / Door / 1 december 2011

Eindelijk hebben onderzoekers een werkende methode om waarschijnlijk het meest doortrapte virus dat we kennen, HIV, schaakmat te zetten. Klinische proeven met een HIV vaccin beginnen over een tot twee jaar.

HIV, een duivels doortrapt virus
HIV, het virus dat volgens vrijwel alle wetenschappers AIDS veroorzaakt, kent een bijzonder doortrapte strategie. HIV valt juist de T-helpercellen (immuuncellen) zelf aan, waardoor het lichaam niet meer in staat is het HIV (en alle andere infecties) te bevechten. Vooral bij patiënten in een gevorderd stadium, waarbij het immuunsysteem vrijwel plat ligt en zich daardoor AIDS ontwikkelt, zijn alle strategieën om door middel van het immuunsysteem HIV uit te schakelen daarmee kansloos.  Ook omdat HIV razendsnel muteert. In een enkele HIV-patiënt is meer genetische variatie aanwezig dan in een complete grieppandemie.

Het HIV-virus muteert razendsnel en richt zich op het afweersysteem. Eindelijk schaakmat?
Het HIV-virus muteert razendsnel en richt zich op het afweersysteem. Eindelijk schaakmat?

Spier verandert in immuunsysteem
Tenzij je andere lichaamscellen, die door HIV ongemoeid worden gelaten, kunt omturnen tot ‘dienstplichtigen’ in de voortdurende veldslag om te overleven, die in ons lichaam plaatsvindt. Deze als science fiction klinkende mogelijkheid is nu werkelijkheid geworden, dankzij een zeer indrukwekkende prestatie van onderzoeker David Baltimore van het California Institute of Technology in Pasadena, California, en enkele collega’s. Hun benadering – een combinatie van vaccin en gentherapie – komt er op neer dat spieren veranderen in fabrieken die enorme hoeveelheden anti-HIV antilichamen uitscheiden. Deze binden zich aan het HIV, waardoor het virus wordt uitgeschakeld.

Virus dwingt cel anti-HIV antilichamen te produceren
Hun strategie: ze voorzagen een bestaand, onschuldig verkoudheidsachtig virus, adeno-associated virus (AAV), van genen die, vertaald in eiwit, zo krachtige HIV antilichamen opleveren. Zoals bekend verandert een virus een cel in een virusfabriek, die aan de lopende band virusdeeltjes produceert. De cel ging als een razende de virusgenen vertalen in eiwit – en liet de cel zo grote hoeveelheden antilichamen produceren. In een experiment spoten ze dit virus in de beenspier van muizen. Het werkte erg goed: muizen werden gedurende hun hele (korte) leven niet ziek van zelfs honderd maal de dosis HIV die zeven op de acht muizen besmet[1].
Deze muizen droegen menselijke genen en weefsels (humanized mice). Om die reden achten de onderzoekers de kans groot dat deze strategie ook bij mensen werkt. Zeker weten doen we dat uiteraard pas als er ook wordt geëxperimenteerd op mensen.

Baltimore denkt dat een dergelijke proef in 2012 of 2013 plaats kan vinden. Zodra ze over voldoende klinisch toepasbaar virus en toestemming van de Amerikaanse medische waakhond beschikken, willen ze beginnen met de proef. [2]

Er zijn overigens meer kapers op de kust. Een ander team gebruikte al in 2009 ongeveer dezelfde techniek om makaken, een apensoort, te beschermen tegen SIV, de ‘apen-HIV’. Ook dit team, geleid door Philip Johnson van het Children’s Hospital van Philadelphia, de staatshoofdstad van Pennsylvania, werkt met AAV en begint nu op korte termijn met proeven op mensen. Goed nieuws dus voor de miljoenen, ook toekomstige, HIV slachtoffers, waaronder veel pasgeboren babies.

Antilichamen van HIV-patiënten raken HIV in de achilleshiel
De antilichamen die in de proef van Baltimore zijn gebruikt, broadly neutralising antibodies[3], pg. 2, zijn voor het eerst ontdekt in HIV-patiënten in 2009. BNAb’s werken tegen negentig procent van alle HIV varianten. Dat komt omdat ze zich richten op de achilleshiel van HIV, het enige deel van HIV dat niet kan muteren: de plek waar het virus ingrijpt op de CD4 cellen. Zou het hier muteren, dan kan het virus  geen cellen meer infecteren. Het goede nieuws: er worden steeds meer BNAb’s ontdekt, waardoor de ‘dekking’  ook steeds groter wordt. Door patiënten te vaccineren met een mengsel van verschillende BNAb-producerende virussen, kan een nog hoger percentage van alle HIV stammen worden uitgeschakeld.

De oplossing voor HIV als epidemie?
Zegspersonen uit de medische wereld noemen deze ontdekking veelbelovend, maar houden nog een slag om de arm.
Het beste conventionele vaccin tot nu toe verlaagt de infectiekans slechts met 31%.

Bronnen
1. A. Balacz en David Baltimore, Antibody-based protection against HIV infection by vectored immunoprophylaxis, Science (2011)
2. Muscle-based gene therapy beats HIV, New Scientist (2011)
3. Immunology FAQ (iavi), zie pagina 2.

Sommigen denken dat de eerste designer baby al binnen tien jaar geboren kan worden.

Virusresistente kunstmensen op komst

Laat een reactie achter / Maatschappij, Mensheid, Wetenschap / Door / 19 juli 2011

Mad scientist of visionair? Church heeft een werkelijk visionair idee. En hij weet al hoe hij dat gaat verwezenlijken. Sommigen denken dat in tien jaar de eerste genetisch gemanipuleerde kunstmensen al geboren worden. Bij bacteriën is het immers ook al gelukt…

Knutselen aan het genoom nu nog lastig en duur
Op dit moment is het extreem lastig om uitgebreide veranderingen in zelfs het kleinste genoom aan te brengen. In 2010 kondigde bioloog en zakenman Craig Venter aan, dat zijn team het DNA van een bacterie had vervangen door een door Venter zelf geschreven DNA en haalde hier het toptijdschrift Science mee[1]. Zijn team stelde kleine stukjes DNA samen met een specifieke basevolgorde en voegde ze toen samen om zo een compleet bacteriegenoom te bouwen. Een ontzagwekkende prestatie, maar makkelijk was het niet: het kostte Venter 40 miljoen dollar en 400 mensjaren werk.

MAGE, een machine die de evolutie van o.a. bacteriën sterk kan versnellen en die we al eerder op Visionair beschreven, kan dit in veel minder tijd. Het recept van bedenker Church: voeg gewijzigd DNA van duizenden genen toe, run de machine voor enkele cycli en een groot deel van de cellen moet beschikken over de gewenste veranderingen. Dit kan (en is) gecontroleerd door DNA-sequencing uit te voeren.

DNA geheimschrift

Sommigen denken dat de eerste designer baby al binnen tien jaar geboren kan worden.
Sommigen denken dat de eerste designer baby al binnen tien jaar geboren kan worden.

Als dit idee werkt, kunnen hiermee enkele waarlijk visionaire (en, zoals zo vaak, uiterst omstreden) plannetjes worden uitgevoerd die op dit moment onmogelijk moeilijk in praktijk te brengen zijn. Dit is ook de reden dat hij MAGE uitvond. Zijn grote doel: het DNA van mens, dier en bacterie kunnen herschrijven zoals hij dat wil. Samen met collega Joseph Jacobson (de uitvinder van e-ink, elektronische inkt, volgens velen de opvolger van LCD schermen) kwam hij op het idee om de totale genetische code van het leven te wijzigen. Dus niet alleen het DNA zelf veranderen, nee, ook de bouwstenen van het DNA en de manier waarop DNA wordt vertaald veranderen. Als kunstmatig DNA uit andere letters bestaat dan natuurlijk DNA, kan het niet meer gelezen of veranderd worden door een natuurlijke bacterie of virus.

Ongeveer zoals een handleiding in het Japans niet erg nuttig is voor iemand die geen Japans begrijpt. Dit idee toepassen voorkomt dat genetisch gemanipuleerde organismen hun genen verspreiden in het wild, op dit moment terecht een grote angst bij tegenstanders van genetische manipulatie. En er is nog een prettige bijkomstigheid: virussen kunnen geen slachting meer aanbrengen onder genetisch gemanipuleerde bacteriën. Zodra het virus-DNA wordt vertaald,  ontstaat er een volkomen onbruikbaar eiwit. Ongeveer zoals je videocamera er uitziet als je die zelf probeert te repareren met een Japanse handleiding.

Op dit moment kost infectie met fagen (bacterievirussen) biotechbedrijven miljarden per jaar. De bacteriën in één klap virusresistent maken zou dus erg lucratief zijn. Tot er een kwaadwillige concurrent of slimme biotech-hater uiteraard een virus ontwikkelt dat deze code wel kan lezen…

Compleet virusresistent
Carr en zijn collega’s zijn al begonnen ‘overtollige’ codons (DNA-‘woorden’ die elk voor een andere aminozuur (eiwitbouwsteen) staan) te verwijderen uit het genoom van E. coli. Ze beginnen met het zeldzaamste, het stopcodon TAG. Deze stopcodons worden vervangen door een ander stopcodon, TAA. Het zal veel meer tijd kosten om alle stopcodons te verwijderen. Ook moeten de ribosomen (de eiwitfabriekjes in de cel) zo worden gemanipuleerd dat ze TAG niet meer herkennen als stopcodon. TAG kan dan worden gebruikt als code voor bijvoorbeeld een kunstmatig aminozuur dat in de natuur helemaal niet voorkomt. Hiermee zou je supereiwitten kunnen maken die bijvoorbeeld heel hitteresistent, stabiel, elektrisch geleidend of iets dergelijks zijn. Dit heeft ook als voordeel dat het onmogelijk is geworden om een nieuw gen te kopiëren naar een natuurlijk organisme. Bacterieseks, waarbij twee bacteriën DNA uitwisselen, wordt zo onmogelijk. Bacterieseks is de oorzaak dat bijvoorbeeld antibiotica-resistenties van de ene bacteriesoort naar de andere kunnen overspringen.

Wie stopt de killer-E. coli?
Er zijn potentiële gevaren aan het virusbestendig maken van organismen. Ze krijgen zo een belangrijk evolutionair voordeel. Stel dat een genetisch gemanipuleerde E. colibacterie in onze ingewanden terecht komt. De virusbestendigheid zou het organisme dan wel eens de overheersende darmbacterie kunnen maken met voor de gastheer  nogal nare gevolgen. Een oplossing is wellicht om het kunstmatige aminozuur essentieel te maken voor het organisme en tegelijkertijd er voor te zorgen dat het organisme dat niet zelf kan produceren. En als echt niets anders meer helpt, kunnen biologen virussen ontwikkelen die wél in staat zijn deze bacteriën ziek te maken.

Mens wordt virusvrij
Church denkt dat met deze techniek onze virusprobleempjes voorbij zijn. Op deze manier kan je volgens hem industriële microben, landbouwplanten en -dieren en zelfs mensen virusvrij maken. Church gebruikt MAGE nu al om menselijke stamcellijnen te modificeren. Het doel: vaststellen of bepaalde mutaties bepaalde ziekten veroorzaken. Met MAGE kan hij zeer snel deze mutaties in stamcellijnen inbrengen en er zo achter komen of die mutatie inderdaad een bepaalde ziekte veroorzaakt. Dit kan nu een miljoen maal sneller en zal een enorme stroomversnelling in het biomedisch onderzoek opleveren. In een later stadium wordt celtherapie mogelijk. Zo kunnen leverpatiënten een genetisch gemanipuleerde lever krijgen die resistent is tegen het hepatitis C-virus. Church denkt dat de meeste patiënten logischerwijs zullen kiezen voor virusresistente donororganen.

Uiteraard is dit gemakkelijker gezegd dan gedaan. Ons DNA bestaat uit bijna 3,2 miljard baseparen. Soms wordt het gewijzigde DNA op de verkeerde plek in het DNA aangebracht. In dat geval ontstaan er uiteraard vervelende gevolgen. Collega Carr denkt daarom dat het toepassen van deze techniek op mensen een bron is van gevaar. Als er eenmaal grote aantallen mensen met een virusresistente kunstlever rondlopen, denkt Church dat het een kwestie van tijd is voordat klinieken virusresistente embryo’s vervaardigen. Het veranderen van het menselijk DNA op zo’n manier dat genetische veranderingen aan kinderen worden doorgegeven is lang gezien als taboeonderwerp. Church denkt echter dat de weerstand tegen deze technieken dezelfde weg zal gaan als weerstand tegen in-vitro fertilisatie en orgaantransplantaties. Zodra mensen zien dat ze werken, zullen ze worden geaccepteerd.

Mensheid splitst in twee soorten
Ethicus Arthur Caplan, adviseur van de Amerikaanse overheid, ziet nog een essentieel ethisch bezwaar. In feite splits je de mensheid zo in twee verschillende soorten die niet met elkaar kinderen kunnen krijgen. Een toekomstige genetisch gemanipuleerde mens is zo niet in staat om zelf te beslissen met wie hij of zij kinderen wil.

Caplan denkt wel dat MAGE ethisch zuiver gebruikt kan worden om genetische ziekten te voorkomen en te genezen. Maar ook dan zijn er de nodige ethische vraagstukken. mag genetische manipulatievan mensen alleen worden gebruitk om erfelijke ziekten te voorkomen of ook om mensen te verbeteren? Wie komt in aanmerking? Welke regels moeten worden ingevoerd? Caplan denkt dat we maar beter snel kunnen beginnen hierover na te denken. Als de ontwikkelingen met dit tempo doorgaan en Church slaagt er in om hogere diersoorten te manipuleren, zou het wel eens binnen tien jaar zover kunnen zijn dat de eerste designerbaby wordt geboren. Dan maar hopen dat er niet een moordzuchtige maniak komt die met een gemanipuleerd virus de nieuwe of juist de bestaande mensensoort uit probeert te roeien. Wij kennen wel wat enge groepen die graag van de mens af willen…

Bronnen
1. J. Craig Venter et al., Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome, Science (2010)
2. Editing the Genome: Scientists Unveil New Tools for Rewriting the Code of Life, ScienceDaily (2011)
3. E. coli’s genetic code has been hacked, New Scientist (2011)
4. Evolution machine: Genetic engineering on fast forward, New Scientist (2011)

Escherichia coli. Kunnen we nu eindelijk een veilige variant ontwikkelen?

Onaardse bacterie gemaakt

1 reactie / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 30 juni 2011

Letterlijk alle leven zoals wij dat op aarde kennen, kent DNA dat uit vier bouwstenen bestaat: adenine, guanine, thymine en cytosine. Nu, voor het eerst in vele miljarden jaren, is er een bacterie ontstaan waarvoor dat niet geldt. Wat bezielt de onderzoekers? Wel, omdat een afwijkend DNA opmerkelijk prettige gevolgen heeft…

DNA-letter veranderd
DNA bestaat uit een miljoenen eenheden lange reeks van paren van deze vier bouwstenen voor, die in groepjes van drie voor bepaalde aminozuren coderen. Deze aminozuren vormen weer de bouwstenen voor eiwitten, waar levende wezens voor het grootste deel uit bestaan. De vier bouwstenen komen altijd in paren van twee (adenine + thymine en guanine + cytosine) voor, die onderling gewisseld kunnen worden (de zogeheten baeparen). De onderzoekers hebben één van deze vier basen, thymine, vervangen door de stof 5-chlorouracil. Uracil is de base die in RNA (de evolutionaire voorganger van DNA, denken onderzoekers; RNA is essentieel in cellen als boodschapperstof ) voorkomt in plaats van het DNA-alternatief thymine. Omdat 5-chlorouracil zo sterk lijkt op uracil (er is alleen een waterstofatoom vervangen door een chlooratoom) , is de stof dodelijk giftig voor alle leven.

Escherichia coli. Kunnen we nu eindelijk een veilige variant ontwikkelen?
Escherichia coli. Kunnen we nu eindelijk een veilige variant ontwikkelen?

Dodelijk gif wordt vitamine
De Duitse, Belgische en Franse onderzoekers maakten bij hun werk gebruik van een techniek, ontwikkeld door onderzoeksleider Rupert Mutzel van de Vrije Universiteit Berlijn en die veel lijkt op wat Felisa Wolfe-Simon deed met de arsenicumbacterie. Grote populaties bacteriën worden gedurende lange tijd gekweekt in aanwezigheid van een giftige chemische stof – hier 5-chlorouracil – in concentraties die net niet dodelijk zijn. Op deze manier selecteerden ze de bacteriestammen die in staat zijn de stof te overleven. In reactie hierop wordt de concentratie van de giftige stof opgevoerd, waardoor de selectiedruk constant blijft. Hiervoor werd een E. colistam (u weet wel, van EHEC) gebruikt die zelf niet in staat zijn de stof thymine te produceren. Naarmate de concentratie van de stof 5-chlorouracil werd opgevoerd, werd de bacterie als het ware gedwongen om 5-chlorouracil te gebruiken in plaats van thymine. Na ongeveer duizend generaties bacteriën (bij de mens zou dat ongeveer twintig- tot dertigduizend jaar geduurd hebben, bij E.coli bacteriën duurt dat ongeveer twee weken) kregen de onderzoekers zo een E-colivariant die niet meer van thymine leeft, maar van 5-chlorouracil. Wat ooit een dodelijk gif was, is nu absoluut noodzakelijk voor de bacterie geworden om in leven te blijven.

Hiervoor deden zich de nodige ingrijpende mutaties voor in het DNA van de E.coli bacterie. Deze mutaties worden in vervolgstudies bestudeerd.

Genetische manipulatie kan kunstmatige plagen opleveren
Een groot gevaar bij genetische manipulatie is dat genetisch gemanipuleerde organismen hun genen overdragen aan andere organismen in de vrije natuur. Een berucht voorbeeld zijn genetisch gemanipuleerde gewassen die resistent zijn tegen bepaalde onkruiddoders. Er zijn gevallen bekend waarbij deze gewassen zich kruisten met wilde verwanten. Er ontstonden zo superonkruiden waarbij het herbicide niet meer werkte. Bij bacteriën is dit probleem nog groter. Bacteriën den namelijk aaan “bacterieseks” waarbij de ene bacterie genetisch materiaal injecteert in een andere bacterie. Soms zelfs van een totaal ander geslacht. Zo springen resistenties tegen bepaalde antibiotica snel over van de ene bacteriesoort naar de andere.

In laboratoria wordt gewerkt aan “superbacteriën” die veel beter zijn dan natuurlijke bacteriën in het energie halen uit bepaalde sto9ffen. Uiteraard is het laatste wat je wil dat die in de vrije natuur terecht komen. Deze bacteriën zouden hun DNA aan wilde bacteriën kunnen overdragen en zo in principe verwoestende plagen kunnen veroorzaken. Denk aan bacteriën waarmee uit de houtbestanddelen lignine en cellulose ultraefficiënt biobrandstof geproduceerd zou worden. In principe kan een dergelijke bacterie onze bossen in plassen benzine veranderen. Geen prettig vooruitzicht. Omdat bacteriën zo extreem klein zijn, is het onmogelijk om te voorkomen dat er af en toe genetisch gemanipuleerde bacteriën buiten het laboratorium terecht komen.

Synthetisch DNA voorkomt superbacterie
Synthetisch DNA kan dit probleem oplossen. Bacterieseks werkt uiteraard niet meer als het DNA van synthetische bacteriën fundamenteel anders is dan dat van normale bacteriën. Bacterieseks heeft dan een nogal dodelijk gevolg voor de sekspartner. Ook komt de stof 5-chlorouracil niet van  nature voor, alleen als het in een laboratorium wordt toegediend. Erg ver zal het genetisch gemanipuleerde organisme niet komen: zodra het zich vermenigvuldigt sterft het, omdat het DNA niet gekopieerd kan worden. Hiermee is genetische manipulatie dus essentieel veilig geworden.

Bronnen:
Bacterium Engineered With DNA in Which Thymine Is Replaced by Synthetic Building Block, ScienceDaily, 2011
Philippe Marlière, Julien Patrouix, Volker Döring, Piet Herdewijn, Sabine Tricot, Stéphane Cruveiller, Madeleine Bouzon, Rupert Mutzel. Chemical Evolution of a Bacterium’s Genome. Angewandte Chemie International Edition, 2011

Met de "evolutiemachine" kreeg een groepje onderzoekers in enkele dagen voor elkaar wat anders jaren onderzoek vergt.

Machine versnelt evolutie

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 29 juni 2011

Stel je voor: je gooit een bacterie in een bak met chemisch afval en voor je het weet, is deze geëvolueerd tot een soort die zelfs de giftigste stoffen af kan breken. Of het ontwikkelen van plantensoorten die tegen extreme droogte kunnen. Of op Mars kunnen groeien. Kortom: zou het niet handig zijn om evolutie veel sneller te laten verlopen? Laten onderzoekers nu net iets dergelijks hebben uitgevonden. Althans, iets dat aardig in de buurt komt…

De evolutiemachine

Met de "evolutiemachine" kreeg een groepje onderzoekers in enkele dagen voor elkaar wat anders jaren onderzoek vergt.
Met de "evolutiemachine" kreeg een groepje onderzoekers in enkele dagen voor elkaar wat anders jaren onderzoek vergt.

De machine ziet er uit als een vreemd samenraapsel van flesjes en robotarmen, die af en aan bewegen om vloeistoffen van het ene reservoir in het andere te pipetteren. Het hele apparaat worden bestuurd door een standaard pc. Dr. Frankenstein zou waarschijnlijk erg trots zijn op een dergelijk apparaat.

Toch bedriegt de schijn. Dit apparaat is namelijk in staat in dagen te bereiken wat genetische ingenieurs jaren kost. Dit apparaat is maar een prototype, maar als de voorstanders van het apparaat moeten worden geloofd, zullen toekomstige versies de biologie zoals we die kennen op hun kop zetten. Of zelfs de mens.

Veel medicijnen, grondstoffen voor kleding en ook steeds meer voedingsmiddelen zijn afkomstig van genetisch gemanipuleerde organismen. In deze organismen zijn doorgaans maar een of twee genen veranderd. Zelfs dát kost genetische ingenieurs jaren om dat voor elkaar te krijgen. Voor het echte werk – organismen radicaal wijzigen, zodat er totaal nieuwe organismen ontstaan – moeten tientallen genen tegelijk gewijzigd worden. Het vervelende is dat genen doorgaans niet 1:1 coderen voor gewenste eigenschappen. Genen als Hox-1, waarbij meerdere kopieën betekent: meerdere stellen poten, zijn een uitzondering. Genen reageren ook op elkaar – als een eiwit van vorm en functie verandert, heeft dat uiteraard ook gevolgen voor andere eiwitten waar het mee samenwerkt.

Een voorbeeld. Een gistcel zo ombouwen dat deze het anti-malariamedicijn arteminisine produceert, betekende vijfentwintig miljoen dollar investeringen en honderdvijftig manjaren werk om een dozijn genen op elkaar af te stemmen[1]. Kortom: dit ligt ver buiten bereik van menselijke onderzoekers. Tijd dus voor een andere oplossingsrichting.

Blokkendoos met genen
Veel biologen denken dat het antwoord is: bibliotheken van kant-en-klare genetische componenten die zich op een betrouwbare wijze moeten gedragen (dus niet door andere genen beïnvloed worden op een onvoorspelbare manier), als ze samen worden gevoegd in biologische circuits. Deze techniek wordt al met veel succes toegepast bij het ontwikkelen van software. Het web publishing pakket WordPress waar Visionair.nl op draait,, bijvoorbeeld, is opgebouwd uit plugins, modules PHP-code die gecombineerd kunnen worden en waarvan het gedrag bekend is.

Evolutionaire benadering
George Church, een geneticus verbonden aan Harvard Medical School in Boston kiest echter een evolutionaire strategie. Hij stelt een ruwe versie van het gen samen en laat zijn apparaat door evolutie, door trial and errror dus, een zo goed mogelijk werkende variant van de genen vinden. Het apparaat creëert veel varianten van het gen (en gencombinaties) en test uit welke het beste werken. Het apparaat kan dat veel sneller dan een mens.

De evolutionaire benadering wordt al vaker gebruikt, maar Church’s apparaat is extreem snel. Het is in staat met duizenden genen tegelijk te experimenteren en kan miljarden nieuwe bacterievarianten per dag produceren. Duizenden genen is veel – de mens heeft er bijvoorbeeld 23.000 – en komt dus al aardig in de buurt van wat nodig is om een compleet mens genetisch te re-engineeren. Een collega beschrijft het proces als “sterk doelgerichte evolutie”. De genen worden in de bacterieën ingebracht door een elektrische schok. Virusproteïnen zorgen er vervolgens voor dat de bacteriën de genen niet als “vreemd” zien.

De onderzoekers kregen met de door student Harris Wang gebouwde evolutionaire machine in enkele dagen voor elkaar[4] wat de biotechnologische industrie enkele jaren kostte: het vervijfvoudigen van de productie van lycopeen. [3]. Wang herhaalde dit met indigo, wat al bewijst dat dit geen toevalstreffer was.
Church en zijn team willen hun machine 0p de markt brengen voor ongeveer negentigduizend dollar (ongeveer zeventigduizend euro) , zodat het apparaat ook voor de kleinere bedrijven en onderzoeksinstellingen betaalbaar is.

Bronnen
1. Synthetic yeast to brew up vital malaria drug, New Scientist (2008)
2. Architects of Life, Forbes Magazine (2006)
3. Kim et al., High-level production of lycopene in metabolically engineered E. coli, Process Biochemistry (2009)
4. Harris H. Wang et al.,Programming cells by multiplex genome engineering and accelerated evolution (2009)

 

Albinokonijn Alba gloeide groen op als het met blauw licht werd beschenen.

Transgene kunst

2 reacties / Filosofie, Wetenschap / Door / 21 augustus 2021

Vergeet huisdieren die tot handtas worden verwerkt en de vloer ondersmeren met pindakaas. Een echte kunstenaar doet aan genetische manipulatie als kunst. Een paar voorbeelden. Grensverleggend of is dit pas echt entartete Kunst?

Opgloeiend konijn
De Braziliaanse kunstenaar Eduardo Kac bouwde met behulp van een bevriende biogeneticus al in het jaar 2000 het gen voor Green Fluorescent Protein, GFP,  in in het albinokonijn Alba.

Het gen was afkomstig van de fluorescerende zeekwal Aequorea Victoria. Het konijn is zonder bijzondere belichting kleurloos.Pas op het moment dat het konijn wordt beschenen met blauw licht, begint het groen te fosforesceren.

Kac wilde hiermee een discussie uitlokken. Er zijn in de VS vrij weinig publieke bezwaren tegen genetisch gemanipuleerde organismen zoals die in Europa wel heersen, maar het bestaan van Alba leidde direct tot felle discussies.

Klaarblijkelijk vinden fatsoensrakkers dat het genetisch manipuleren van een plant of dier wel mag als dat voordelen als meer winst, een betere groei of effectievere medicijnproductie voor de mens oplevert, maar niet als kunstproject. Wat dat betreft is Kac uitstekend in zijn missie geslaagd.

Het albinokonijn Alba gloeide groen op als het met blauw licht werd beschenen. Connecticut College

Hij heeft ook anderen op een idee gebracht. In Oost-Azië is een lichtgevend zebravisje, de GloFish nu een grote hit. Invoer van genetisch gemanipuleerde organismen, dus ook GloFish, is verboden in de EU.

Genesis
Transgene kunst is een vorm van bio-art: kunst met biologische organismen. Deze kunstvorm is uiterst omstreden. In een ander kunstobject, Genesis uit 1999, liet Kac in het DNA van bacteriën als morsecode een bijbelvers inbouwen (Genesis 1:26) waarin de mens toestemming wordt gegeven om met de schepping te doen wat deze goeddunkt.  UV-straling veroorzaakt mutaties in bacteriën. Door de UV-lamp aan te zetten kan de bezoeker dus de boodschap vernietigen, maar grijpt dan zelf in de natuur in…

Kunstenares Patricia Piccinini stelde met dit kunstwerk de filosofische vraag: waar ligt de ethische grens van genetische manipulatie?


Mensvarkens
Kunstenares Patricia Puccinini waagt zich niet in het laboratorium, maar toont de gevolgen als we diep ingrijpen in de natuur. In haar kunstwerken, vervaardigd van siliconen, toont ze bizarre mengvormen van mensen en dieren.

In één van haar beroemdste werken geeft een wezen dat een hybride is tussen een mens en een varken, borstvoeding aan een stel nakomelingen. Toeschouwers worden het meeste geraakt door de haast menselijke blik in het gezicht van het wezen. Hoe ver mogen we gaan met het overschrijden van de soortgrenzen?

Op dit moment kunnen op Mars alleen overleven met een log drukpak. Misschien moeten we de mens genetisch zo veranderen dat dat niet meer hoeft.

Menssoort voor buitenaardse werelden

6 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Zonnestelsel / Door / 26 februari 2011

We kunnen met heel veel moeite buitenaardse planeten geschikt maken voor bewoning door mensen. Er is echter ook een tweede oplossing. Waarom passen we mensen niet aan voor het klimaat op buitenaardse werelden?

De mens is lichamelijk erg geschikt voor een verblijf in de tropische en subtropische klimaatzone. Ons lichaam is in een dergelijk  klimaat geëvolueerd. We kunnen alleen wonen in de rest van de wereld door het dragen van beschermende kleding. Hier op aarde zijn de vereiste aanpassingen maar klein. Zelfs op de onherbergzaamste bewoonde plaats op aarde, de Russische basis Vostok op Antarctica, is het met voldoende beschermende kleding en een verwarmde basis nog mogelijk voor mensen om in leven te blijven. Zelfs met zeer primitieve middelen is dit mogelijk: de Inuit in Noord- en Oost-Groenland overleven al vele eeuwen permanente vrieskou.

Rest van het zonnestelsel is dodelijk
Eenmaal weg van de aarde verandert dit. De qua temperatuur en zwaartekracht aangenaamste plaats, vijftig kilometer boven Venus, kent geen vaste ondergrond, een onadembare kooldioxideatmosfeer en dodelijke zwavelzuurwolken.

Op dit moment kunnen op Mars alleen overleven met een log drukpak. Misschien moeten we de mens genetisch zo veranderen dat dat niet meer hoeft.
Op dit moment kunnen op Mars alleen overleven met een log drukpak. Misschien moeten we de mens genetisch zo veranderen dat dat niet meer hoeft.

Een mens kan hier met een dun luchtdicht en zwavelzuurresistent pak overleven. De oppervlakte is met bijna honderd atmosfeer en vierhonderdvijftig graden Celsius zelfs voor onze tegenwoordige machines onleefbaar. De situatie op andere plaatsen in het zonnestelsel is nog beroerder. Mercurius kent met zeshonderd graden verschil tussen dag en nacht de grootste temperatuursverschillen van het zonnestelsel. De maan is net als Mercurius een luchtloze woesternij. Mars heeft ook nauwelijks atmosfeer, overigens vrijwel geheel bestaande uit het verstikkende kooldioxide en een klimaat dat veel wegheeft van Antarctica, maar dan met grotere extremen. Op al deze plaatsen is een drukpak noodzakelijk, in het geval van Mercurius ook een effectieve bescherming tegen de extreme zonnestraling.

De situatie elders in het zonnestelsel is nog grimmiger. De gasreuzen Jupiter en Saturnus kennen geen vaste oppervlakte en temperaturen op beide planeten komen pas boven nul op grote diepte, waar de gasdruk tien bar of meer is. De manen van Jupiter en Saturnus bestaan grotendeels uit ijs met gesmolten oceanen onder het kilometers dikke ijsoppervlak. Uranus en Neptunus zijn nog veel kouder, op Neptunusmaan Triton komen zelfs geisers van vloeibaar stikstof voor.

Ruimtepakken zijn lapoplossingen

Het nadeel van ruimtepakken en luchtdicht afgesloten ruimtebases is dat deze defect kunnen raken. Eén ramp en alle bewoners van de basis zijn ten dode opgeschreven. Op miljoenen  kilometers afstand van de aarde is het sturen van nieuwe voorraden of bieden van noodhulp vrijwel onmogelijk. Terraformeren van een planeet vergt behoorlijk veel hulpbronnen, is in veel gevallen onpraktisch en is, als het al haalbaar is, een langdurig proces.

Knutselen aan de mens in plaats van knutselen aan een planeet
Als we er in zouden slagen een menssoort te ontwikkelen die zonder bescherming kan overleven op plaatsen als Mars of in de ijsmanen van Jupiter, of een techniek ontwikkelen om bestaande mensen zo om te bouwen dat ze hier in leven kunnen blijven, is het niet meer nodig om te proberen deze te terraformeren. Op een planeet als Mars zou je dan bijvoorbeeld kunnen denken aan een kunstmatige zuurstofgenerator, bijvoorbeeld m.b.v. een nucleaire batterij die de kooldioxide uit de atmosfeer omzet in zuurstof. Vlak onder de oppervlakte zijn grote watervoorraden, die meegenomen zouden kunnen worden. Ombouwen vereist echter nog steeds een eenentwintigste-eeuwse medische techniek. Bij echt ingrijpende kosmische ongelukken zal deze techniek er niet meer zijn.

Het is om die reden dat sommige geleerden meer zien in het genetisch manipuleren van de mens. In waterrijke gebieden op Mars kunnen (na heel wat intensieve genetische manipulatie) geharde plantensoorten (zeg, een soort korstmossen, gecombineerd met een wortel die de ondergrondse ijsvoorraden kan aanspreken) worden gekweekt die als voedselbron kunnen dienen. Zou er om welke reden dan ook wat gebeuren met de aarde en ook de interplanetaire communicatie en de technische voorzieningen op andere planeten stil komen te liggen, dan zouden in ieder geval de mensen op buitenaardse werelden kunnen overleven.