Artemisinine is het jongste succesmiddel in de strijd tegen malaria. Het is in oorsprong een stof gewonnen uit een Chinese plant. Maar net zoals het acetylsalicylzuur uit de wilg chemisch omgebouwd werd tot aspirine, is ook voor artemisinine een alternatief productieproces uitgewerkt. Gistcellen zijn genetisch zo bijgestuurd, dat ze in vaten vergelijkbaar met die van een brouwerij enorme hoeveelheden produceren van een zure stof die gemakkelijk in artemisinine kan worden omgezet.
...

Artemisinine is het jongste succesmiddel in de strijd tegen malaria. Het is in oorsprong een stof gewonnen uit een Chinese plant. Maar net zoals het acetylsalicylzuur uit de wilg chemisch omgebouwd werd tot aspirine, is ook voor artemisinine een alternatief productieproces uitgewerkt. Gistcellen zijn genetisch zo bijgestuurd, dat ze in vaten vergelijkbaar met die van een brouwerij enorme hoeveelheden produceren van een zure stof die gemakkelijk in artemisinine kan worden omgezet. Het concept wordt beschouwd als het eerste praktische succes van een discipline die wordt gepromoot als een van de technologiepijlers van de toekomst: synthetische biologie. Wetenschappers dromen ervan om de chaos van de natuur in bepaalde omstandigheden onder controle te krijgen, en zo te verfijnen dat er gemakkelijk bruikbare producten uit kunnen worden gehaald. Ze dromen van kunstmatige chromosomen die met extra kenmerken aan vooral kleine organismen worden toegevoegd, waardoor die veranderen in efficiënte fabriekjes. Ze hopen dat basisbiologie op die manier meer wordt dan een wetenschap, namelijk een technologie die nuttige producten kan opleveren. De zoektocht naar de biologische synthese van artemisinine duurde tien jaar. Ze begon met de ontdekking van zes genen waarmee een stof verwant aan artemisinine gemaakt kon worden. Die genen werden samengebracht in een biobrick of biobouwsteen: een blokje DNA dat als een geheel in een organisme kan worden ingebouwd, of met andere blokjes kan worden gebruikt om iets nieuws te creëren, zoals legoblokjes een figuur kunnen vormen. In bacteriën deed de biobouwsteen niets, maar in gistcellen was hij uiterst efficiënt in het produceren van artemisinine. Het procedé raakte gecommercialiseerd. Vorig jaar kwam een derde van de wereldproductie van artemisinine op die manier tot stand, dit jaar moet het meer dan de helft worden. Critici stellen dat de techniek veel te duur is in vergelijking met klassieke synthese, hoewel natuurlijke moleculen dikwijls te complex zijn om kostenefficiënt te worden nagemaakt. Nochtans bracht het vakblad Nature onlangs een analyse die stelde dat de frustrerende zoektocht naar nieuwe werkzame antibiotica - een dwingende noodzaak, gezien de groeiende resistentie van steeds meer microben tegen de bestaande middelen - zou kunnen profiteren van de nieuwe technologie. De hoop is dat natuurlijke antibiotica via genetische ingenieurstechnieken nieuw leven kunnen worden ingeblazen, door ze zo te wijzigen dat ze geen resistentie meer uitlokken. Of door ze aan nieuwe organismen aan te passen. Het blad Nature Medicine beschreef in de lente hoe een antibioticum dat nuttig is tegen gonorroe aangepast kan worden om efficiënt te zijn tegen tuberculose. Toch omarmt de farmaceutische industrie de nieuwe technologie slechts moeizaam. Volgens New Scientist is de voedingsindustrie wel al op de wagen gesprongen. Er zijn al gisten gemaakt die citroenaroma's produceren, en ook vanille en saffraan: de twee duurste kruidenderivaten ter wereld, afkomstig uit een orchidee en een krokus. De Europese Commissie laat de nieuwe versies probleemloos op de markt, omdat ze niet als genetisch gemanipuleerde organismen (ggo's) worden beschouwd: de genetisch gewijzigde producenten zijn nergens in het eindproduct te bespeuren. Het succes illustreert de hoge vlucht die synthetische biologie de laatste jaren genomen heeft. Een paar jaar geleden werd er nog aan getwijfeld of ze ooit commercieel bruikbare hoeveelheden van een product zou kunnen opleveren. Nu wordt de techniek stilaan gepresenteerd als een maatschappelijke bedreiging door dezelfde groepen die zich obstinaat verzetten tegen genetische manipulatie en andere technologische ontwikkelingen. Nature bracht begin mei een stand van zaken van de discipline. Tot voor kort werden de grenzen van de biologie bepaald door de natuur, stelde het blad, maar sinds vijftien jaar worden die grenzen verschoven. De euforie heeft te maken met drie recente doorbraken, gepubliceerd in drie verschillende vakbladen. Nature zelf bracht het verhaal van hoe wetenschappers erin geslaagd zijn het DNA van een darmbacterie aan te rijken met twee extra bouwstenen, naast de klassieke vier (A, C, G en T): 'Twee nieuwe letters voor het kleine alfabet van het leven'. Het kleine alfabet wordt beschouwd als een toevalstreffer uit de eerste fasen van het ontstaan van levensmoleculen, en niet als een biologische noodzakelijkheid, omdat andere bouwstenen perfect in staat zijn het DNA te laten functioneren. Met de nieuwe 'letters' moet het mogelijk worden het DNA nauwkeuriger bij te sturen, en eiwitten te maken met extra aminozuren. Natuurlijke eiwitten worden gevormd door 20 aminozuren, maar met de nieuwe technieken hopen wetenschappers er finaal 152 aan toe te kunnen voegen. Dat moet onder meer de ontwikkeling van nieuwe materialen mogelijk maken. Of, in de visie van sommige dromers, een nog grotere biologische diversiteit teweegbrengen. In Proceedings of the National Academy of Sciences verscheen een studie, die beschrijft hoe aan darmbacteriën een pakketje genen uit virussen werd toegevoegd, waardoor de microben als een soort sensor fungeren: ze gaan anders reageren als ze in de darm (van muizen) aan een bepaalde chemische stof - in dit geval een antibioticum - worden blootgesteld. Het resultaat is meetbaar in de uitwerpselen. Dat doet de hoop rijzen dat bacteriën ooit gebruikt kunnen worden om kanker of chronische infecties in de darm vroegtijdig te diagnosticeren, en in een latere fase om als reactie daarop zelf de eerste medicatie toe te dienen, zonder dat de patiënt of zijn arts zich al van de ziekte bewust zijn. Misschien wel de belangrijkste doorbraak verscheen in Science. Het blad publiceerde de synthese van het volledige chromosoom 3 van de klassieke bakkersgist, waarbij een aantal overbodig geachte functies achterwege werden gelaten. Hier en daar werden wat kenmerken toegevoegd of aangepast om het chromosoom manipuleerbaarder te maken. Het resultaat was 14 procent korter dan het origineel. Om het te maken, was een 'legertje' wetenschappers nodig. De onderzoekers hopen binnen vier jaar alle zestien gistchromosomen te hebben nagemaakt én aangepast, zodat gist meer dan ooit het werkpaard voor de synthetische biologie zal zijn. De bedoeling is dat een aantal elementen uit de verschillende chromosomen zullen worden samengebracht in een 'neochromosoom', een totaal nieuw chromosoom dus, om de manipulatie gemakkelijker te maken. Daarvoor zal chromosoom 1 worden opgeofferd, want voor een goede werking van de cellen moet het totale aantal intact blijven. Een aandachtspunt is de cruciale vraag hoeveel synthetisch DNA in chromosomen kan worden gepompt zonder de werking van het geheel te hypothekeren. Dat weet voorlopig niemand, maar er wordt druk mee geëxperimenteerd. Volgens een korte geschiedenis van de synthetische biologie, gepubliceerd in Nature Reviews Microbiology, werd het idee gelanceerd in 1961. Het zou echter meer dan dertig jaar duren voor de eerste efficiënte technologische hulpmiddelen ontwikkeld werden. Vijftien jaar geleden werden daarmee de eerste genenpakketjes gemaakt, de voorlopers van wat vandaag beschikbaar is. In 2004 werd het eerste internationale congres over synthetische biologie gehouden. Het concept sijpelt langzaam door naar de media en de publieke opinie. Instrumenteel daarin was de jaarlijkse organisatie, vanaf 2005, van een competitie voor studenten voor het beste synthetisch-biologische ontwerp: iGEM of international Genetically Engineered Machine, waaraan elk jaar Belgische studenten deelnemen. De eerste grootschalige doorbraak kwam er in 2010, toen wetenschappers in Science bekendmaakten dat ze het genoom van een kleine bacterie synthetisch hadden nagemaakt, en dat het perfect functioneerde. Eind 2013 bracht Science twee studies die aantonen hoe snel de discipline evolueert. In de veronderstelling dat computers nooit volledig zullen kunnen voorspellen wat genen doen, moet er blijvend gezocht worden naar concrete manieren om hun functie te bepalen. Wetenschappers hebben een snelle techniek ontwikkeld, waarmee ze in laboratoriumculturen op een efficiënte manier een voor een alle genen in een cel kunnen uitschakelen, om te kijken wat er gebeurt. Zo kunnen ze de functie van genen bepalen. Ze verlamden een voor een de twintigduizend genen uit het menselijke genoom, tegen een overzichtelijke kostprijs. In een eerste praktische toepassing is de techniek gebruikt om na te gaan welke genen er verantwoordelijk voor zijn dat sommige kankercellen niet reageren op bepaalde geneesmiddelen. De recente successen hebben de activisten gealarmeerd. Hoewel Nature meent dat de synthetische biologie (nog) niet op dezelfde weerstand als ggo's botst, omdat de eerste successen medisch van aard zijn, en geen producten van een mega-industrie uit de landbouwsector die er in eerste instantie extra omzet uit wil puren, blijkt her en der toch gemobiliseerd te worden. Heel voorspelbaar worden de nieuwe ontwikkelingen gepresenteerd als 'onnatuurlijk en dus risicovol'. Wetenschappers hebben hun les geleerd uit de pr-catastrofe die het op de markt brengen van de eerste ggo's was. Ze willen vermijden dat ook de nieuwe technologie met zoveel regels aan banden wordt gelegd, dat praktische toepassing alleen mogelijk is voor wie massaal veel geld kan inzetten. Overal duiken initiatieven op om de publieke opinie te informeren over het nut van de nieuwe ontwikkelingen. Wetenschappers zijn er zelf echter nog niet uit hoe alles in goede banen moet worden geleid. Voor sommigen is dit een nieuwe tak in de ingenieurswetenschappen, voor anderen een logische uitbreiding van de biotechnologie. De sector is uit elkaar aan het vallen in twee kampen, die misschien niet vijandig tegenover elkaar staan, maar toch totaal anders aankijken tegen de uitbouw van de discipline. Aan de ene kant staan de ingenieurs die gewoon zijn met open vizier te werken, die informatie gemakkelijk met elkaar delen, die open source in het hart dragen. De iGEM-competitie maakt alle biobricks die ze binnenkrijgt beschikbaar in een databank die voor iedereen toegankelijk is, maar volgens sommigen zit er zo veel rotzooi in dat ze amper bruikbaar is. Aan de andere kant staan de klassieke moleculair biologen en industriëlen die octrooien nodig hebben om zware investeringen te recupereren. Er zijn juridische uitspraken die stellen dat genetisch materiaal niet onder octrooi kan worden genomen, omdat het geen uitvinding is maar iets wat in de natuur voorkomt. Volgens een meerderheid in de sector geldt dat echter niet voor synthetische genen, omdat ze niet in de natuur bestaan. Pioniers in de toepassing van synthetische biologie, zoals het Amerikaanse bedrijf Ginkgo, hanteren een compromis: soms open, vooral voor basisblokken van genen, soms onder octrooi, als het om geavanceerde toepassingen gaat. Er is zelfs debat over de fundamenten van de technologie. Volgens sommigen is het perfect mogelijk om de natuur rationeel te bekijken, en er elementen uit te plukken die nuttig kunnen zijn voor het maken van nieuwe antibiotica of waterzuiveraars. Anderen vrezen dat die redenering te eenvoudig is, omdat ze voorbijgaat aan het feit dat in de natuur het kleinste detail belangrijk kan zijn en een verschil kan maken. Zolang we de details niet kennen, zullen we het geheel nooit efficiënt kunnen bijsturen, en misschien is het kennen van alle nuttige biologische details te hoog gegrepen. Maar door zo'n oprisping laten de vele optimisten in de synthetische biologie zich voorlopig niet afschrikken. DOOR DIRK DRAULANSBiotechnologen verlamden een voor een de twintigduizend genen uit het menselijke genoom om zicht op hun functie te krijgen. Natuurlijke moleculen zijn dikwijls te complex om ze met chemische technieken na te maken.