Gene drive? CRISPR-Cas? Genome sequencing? In berichten over moderne biotechnologie komen dit soort technieken vaak voorbij, maar wat betekenen ze nou precies? Hieronder meer uitleg over een aantal belangrijke technieken in de moderne biotechnologie.

Het principe is bij moderne biotechnologie eigenlijk niet zo heel moeilijk. De uitvoering vaak wel, maar daarover verderop meer. Het principe komt er altijd op neer, dat je als onderzoeker wilt dat een organisme (dat kan een bacterie zijn, maar ook een plant, dier, of zelfs ons eigen lichaam) iets gaat doen dat het niet vanzelf doet en ook zonder aanpassingen vrijwel nooit gaat doen.

Biotechnologen proberen, door het DNA van een organisme te veranderen, dat organisme bepaalde functionele eigenschappen mee te geven. Daardoor kan een bacterie bijvoorbeeld ineens een stof maken, waar wij mensen dringend behoefte aan hebben. Zo wordt insuline, een stof die je geregeld moet inspuiten als je bepaalde typen suikerziekte hebt, al heel lang door bacteriën gemaakt. Andere voorbeelden zijn het aanpassen van landbouwgewassen zodat ze bestand zijn tegen onkruidbestrijdingsmiddelen of tegen droogte, of zoogdieren die bepaalde medicijnen in hun melk produceren.

Lezen

Om DNA te kunnen veranderen, moet je het eerst kunnen lezen. We weten sinds 1953 dat DNA bestaat uit moleculen die uit verschillende bouwstenen zijn opgebouwd, maar de volgorde van die bouwstenen (die bepaalt welke erfelijke eigenschappen je hebt) kunnen we pas sinds de eeuwwisseling echt goed lezen. De techniek die daarvoor gebruikt wordt, wordt Genome sequencing genoemd.

Schrijven

Maar alleen aan lezen heb je nog niks, als je niet ook de lastige codetaal van DNA kunt schrijven. Een stukje DNA met de juiste code toevoegen bleek uiterst lastig: je moet dat stukje DNA vaak aan het DNA van het organisme vastplakken, wil het succesvol zijn. Als dat lukt, dan heb je zomaar een eigenschap aan een organisme toegevoegd. Zo lukte het al in de jaren tachtig van de vorige eeuw om het stukje DNA dat verantwoordelijk is voor het ‘lampje’ van vuurvliegjes, in te bouwen in een tabaksplant. En ineens was daar een lichtgevend plantje. Dat aanpassen van genetische informatie heet Genome editing.

Knippen en plakken

Leuk, zo’n lichtgevend plantje, maar dat inbouwen van de eigenschap van de ene soort in de andere, of het ‘uitzetten’ van een eigenschap die je juist niet wilt, is best een ingewikkelde klus. Pas recent beginnen onderzoekers door te krijgen hoe ze dat het best kunnen doen. Er zijn verschillende technieken voor, die allemaal fancy namen hebben. Wat te denken van ZFN? Dat staat voor ‘Zinc-finger nuclease’. Of TALEN: ‘Transcription activator-like effector nuclease’. Maar de bekendste is CRISPR-Cas, een technologie die met regelmaat leidt tot krantenkoppen. Hoe die technieken precies werken, verschilt. Maar ze zijn allemaal gericht op het heel precies kunnen knippen en plakken met DNA.

Doordat onderzoekers steeds beter in staat zijn DNA te lezen en erin te schrijven, komen aanpassingen aan organismen steeds meer binnen handbereik.

Geef het door!

Maar zelfs als je goed eigenschappen kunt manipuleren, is er nog een apart probleem. Voor wie een bacterie of een gewas met een extra eigenschap wil kweken, zal het nog wel enigszins lukken om vanuit een handvol aangepaste exemplaren een hele populatie te kweken. Iets anders wordt het, als je eigenlijk wilt dat een eigenschap die je hebt uitgedacht zich vanzelf over een populatie verspreidt. Dat doen eigenschappen namelijk nooit, tenzij die eigenschap heel grote voordelen met zich meebrengt en de overlevingskansen sterk vergroot van exemplaren die die eigenschap bezitten.

Dit probleem doet zich bijvoorbeeld voor bij plaaginsecten. Het is gelukt om in het laboratorium malariamuggen zo aan te passen, dat ze geen malaria meer van mens op mens kunnen overbrengen. Om te zorgen dat die eigenschap zich in een wilde populatie kan verspreiden, werken onderzoekers aan een speciale techniek. Die wordt gene drive genoemd.