XII Wetenschap

Geschiedenis genetica
Genetische manipulatie

Ontstaan

Beperkingen

Paradigma
Onafhankelijkheid
Beperkte rol van de wetenschap

Geschiedenis genetica

De studie naar het erfelijk materiaal van levende organismen is niet nieuw. Al honderden jaren houden wetenschappers zich bezig met de vraag waar de eigenschappen van organismen vandaan komen en hoe erfelijkheid werkt. Een van de grondleggers van de genetica is Gregor Mendel die in 1865 onderzoek publiceerde naar de erfelijkheid bij erwten. Een jaar later brak het inzicht door (Haeckel) dat de celkern verantwoordelijk was voor de overerving van eigenschappen. De term 'gen' ontstond voor een erfelijke eigenschap.

Na gestage voortgang in het onderzoek ontdekte Avery in 1944 dat het erfelijk materiaal bestaat uit DNA (zie ook "Wat is genetische manipulatie"). In 1953 was er een grote doorbraak door de ontdekking van de molecuulstructuur van het DNA. James Watson en Francis Crick publiceerden deze structuur, die ook wel bekend staat als de “dubbele helix”, maar feitelijk was het meeste werk gedaan door Rosalind Franklin. Uit de structuur van de dubbele helix werd begrijpelijk hoe het DNA in staat is zichzelf te vermenigvuldigen (zie onder "Chromosoom" bij "Wat is genetische manipulatie"). Door de publicatie van Watson en Crick kreeg de studie naar het erfelijk materiaal een grote stimulans.

De volgende grote stap was de ontdekking hoe de informatie voor een erfelijke eigenschap besloten ligt in het DNA, ofwel hoe het DNA 'codeert' voor een erfelijke eigenschap. Tegelijk met de ontcijfering van deze 'genetische code' (zie onder "Chromosoom" bij "Wat is genetische manipulatie") werd ook opgehelderd hoe deze informatie uit het DNA 'vertaald' wordt in de structuur van een eiwit. Eiwitten hebben zeer veel verschillende functies in levende organismen en dragen daardoor vaak de erfelijke eigenschappen. De betekenis van het woord 'gen' verschoof nu van 'erfelijke eigenschap' naar 'DNA-fragment dat codeert voor een eiwit'. De code in het DNA van een gen wordt eerst omgezet in een kort RNA-molecuul en vervolgens wordt op basis van dit RNA-molecuul een eiwit opgebouwd. Elk gen codeert voor een uniek eiwit.

De stroom van erfelijke informatie gaat zo dus van DNA via RNA naar eiwit. Vrijwel vanaf de ontdekking hiervan was echter duidelijk dat er afwijkingen zijn van dit "centrale dogma" van de moleculaire genetica. Zo zijn er virussen die geen DNA, maar alleen RNA bevatten, zodat het RNA hier functioneert als het 'erfelijk materiaal'. In sommige gevallen wordt op basis van dit virus-RNA, tijdens de infectie van een hoger organisme, DNA gemaakt.

Geleidelijk werd ook duidelijk dat een eigenschap vaak beïnvloed wordt door meer dan één gen en dat andersom één gen vaak invloed heeft op meer dan één eigenschap. Dat komt niet alleen doordat een eigenschap vaak niet 'samenvalt' met een eiwit, maar ook doordat een gen soms meer dan één eiwit oplevert.

Uiteraard is vererving ook niet de enige bron waaruit een organisme ontstaat: voeding, opvoeding, klimaat, kortom de hele 'omgeving' bepaalt mede hoe een plant, dier of ander organisme er uitziet, functioneert en zich gedraagt. Erfelijkheid en omgeving worden als de twee invloedssferen beschouwd waaruit een organisme ontstaat.

Lang is gedacht dat deze twee sferen elkaar uitsloten, dus dat een eigenschap die tijdens het leven door een invloed van buiten verworven wordt, niet via vererving aan de nakomelingen doorgegeven kan worden. Er worden echter steeds meer aanwijzingen gevonden dat dat wel kan. Zo blijkt bij zebravinken het zingen (en ook het luisteren naar elkaars zang) een groot deel van het DNA in de hersenen te activeren; dus het zingen en luisteren bepaalt welke genen actief worden, maar het activeert ook veel niet-coderend DNA. De eiwitcoderende genen maken bij de meeste organismen slechts één of enkele procenten van het DNA uit; de rest van het DNA codeert dus niet voor eiwitten. De functie van veel van dit DNA is nog onbekend, maar er blijken ook veel fragmenten met een regulerende functie bij te zitten: zij produceren korte RNA-moleculen die ervoor zorgen dat bepaalde genen 'tot expressie komen', ofwel eiwitten aanmaken. De vergelijking van zebravinken met kippen (die niet zingen) leert nu dat het zingen waarschijnlijk voortdurend omvangrijke herschikkingen in het DNA teweegbrengt, die vererfd worden. De informatiestroom kan dus ook van de omgeving terug naar het DNA gaan.

Door dergelijke ontdekkingen heeft het DNA feitelijk zijn betekenis van 'ontwerpplan van een organisme' verloren, die men er aanvankelijk aan gaf. Het DNA blijkt een dynamisch geheel te zijn, dat permanent met de activiteiten van het organisme en met diens omgeving in verbinding staat en daarop reageert. Het DNA wordt steeds meer beschouwd als slechts een van de elementen in het ontwerp van het organisme. De consequenties van deze visie werken echter nog weinig door in de praktijk van technologie en industrie.

top

Genetische manipulatie

Ontstaan

Genetische manipulatie is de overdracht van een DNA-fragment van een organisme naar een ander organisme. In vaktaal wordt dit 'transformatie' van het ontvangende organisme genoemd. Het komt in de natuur voor: virussen infecteren bijvoorbeeld hogere organismen door eenvoudig hun eigen DNA in te brengen bij de gastheer ('transfectie'). Ook bacteriën wisselen onderling veel DNA uit ('conjugatie' of 'transductie'). Maar ook bij hogere organismen blijkt het voor te komen: bij dieren is bijvoorbeeld DNA van planten die ze eten, in weefsels van het dier aangetroffen; hier is echter nog de vraag of dit leidt tot integratie en expressie van het ontvangen DNA in dat van de gastheer.

Zolang transformatie een natuurlijk proces is, wordt het ook 'horizontale genoverdracht' genoemd. Voeren mensen het uit, dan spreekt men van genetische manipulatie of modificatie. Dit werd voor het eerst mogelijk gemaakt door de ontdekking van bepaalde enzymen (Arber, 1961) waarmee DNA op heel bepaalde plaatsen doorgeknipt kon worden en andere enzymen waarmee het elders weer 'aaneengeplakt' kon worden. Zo kan DNA naar believen 'gerecombineerd' worden. Vervolgens wordt het ingebracht in afzonderlijke cellen of stukjes weefsel van het ontvangende organisme. Om deze cellen (of dit weefsel) zover te krijgen dat ze het aangeboden DNA daadwerkelijk opnemen, werden ook technieken ontwikkeld. Een van de bekendste maakt gebruik van de bodembacterie Agrobacterium tumefaciens, die in de natuur bepaalde fruitbomen infecteert met zijn eigen DNA, zodat deze een stof produceren waarvan alleen hij kan leven. Na aanpassingen aan dit systeem (door de groep van Schell en Van Montagu aan de Universiteit Gent en die van Schilperoort aan de Universiteit Leiden) kon men willekeurige DNA-fragmenten via het DNA van de bacterie in vele verschillende planten inbrengen.

Ook virussen, liposomen, de elektroporatie-techniek of een 'genpistool' met gouddeeltjes worden gebruikt om DNA in te brengen in cellen of weefsels (zie "Wat is genetische manipulatie"). Is het gemanipuleerde organisme een plant, dan moeten de gemanipuleerde cellen of weefsels weer opgekweekt worden tot volledige planten; dit gebeurt door 'weefselkweek', een techniek waarbij de cellen of weefselfragmentjes gevoed worden met stoffen die de groei van de plant bevorderen, gevolgd door oppotten en opkweken. Bij dieren wordt het nieuwe DNA ingebracht in een bevruchte eicel of in het embryo dat hieruit net begint te groeien.
top

Beperkingen

Wat alle manipulatietechnieken gemeen hebben, is dat het over te dragen DNA-fragment heel nauwkeurig 'uitgeknipt' en opgebouwd wordt (meestal wordt er een combinatie van verschillende fragmenten gemaakt), maar volstrekt niet nauwkeurig ingebouwd wordt in het gastheer-DNA, wat de plaats van invoeging betreft. (Bedenk hierbij dat het DNA van een chromosoom miljoenen malen langer is dan de ingevoegde DNA-fragmenten; en dat planten en dieren meerdere chromosomen hebben waarin de invoeging kan plaatsvinden.) Simpel gezegd: van het 'knippen en plakken' waar het in feite op neerkomt, is het knippen nauwkeurig, maar het plakken niet: dit gebeurt blindelings. In de meeste gevallen is ten eerste totaal onduidelijk op welke plaats in het gastheer-DNA het nieuwe DNA ingebouwd zou moeten worden om effectief te werken zonder schade aan te richten. Ten tweede zijn er geen commercieel bruikbare technieken ontwikkeld om een DNA-fragment op een gewenste plek in het DNA van een cel in te bouwen en vervolgens die cel weer tot een organisme te laten uitgroeien. Daardoor is elke genetische manipulatie een 'schot in het duister': of en waar het DNA opgenomen wordt door het gastheer-DNA, hangt volstrekt van het toeval af.

Dat een organisme vreemd DNA opneemt, integreert in zijn eigen DNA en tot expressie brengt, is beslist niet vanzelfsprekend. Alle organismen hebben afweersystemen om vreemd materiaal dat binnenkomt, te verwijderen, vernietigen of anderszins onschadelijk te maken. Dat gebeurt ook bij genetische manipulatie. Een deel van de gemanipuleerde exemplaren slaagt in de verwijdering of vernietiging van het vreemde DNA en maakt de manipulatie dus ongedaan. De plant (of het dier, micro-organisme of de mens) kan het vreemde DNA echter ook op andere manieren verwerken. Dat bleek bijvoorbeeld bij een schimmel die het farmaceutische bedrijf DSM manipuleerde om een antibioticum-halffabrikaat te maken, een stof die de schimmel niet van nature maakte. Het bedrijf bouwde een gen voor een enzym uit een andere schimmel in. Dat resulteerde niet meteen in het gewenste product, maar in een aantal nieuwe chemische reactieketens in de gemanipuleerde schimmel, met uiteenlopende producten. Deze reactieketens moesten eerst allemaal gekarakteriseerd worden, om vervolgens de genetische manipulatie in meerdere stappen zodanig aan te passen, dat de schimmel het gewenste product in een bruikbare hoeveelheid maakte. De schimmel werkte de gewenste verandering dus tegen; er moest een nieuw evenwicht in zijn stofwisseling gevonden worden. Dit lukte pas nadat acht moleculair biologen er vier jaar aan gewerkt hadden.

De verwerking van de manipulatie door het organisme kan ook andere ongewenste effecten hebben. Zo noteerde de Universiteit van Amsterdam bij het genetisch manipuleren van tomaten de volgende afwijkingen: wel weefselgroei maar geen plantregeneratie; geen scheutvorming; geen wortelvorming; misvormingen; steriliteit of verminderde vruchtbaarheid; minder zaad; onvoltooide zaadrijping; dwerggroei; geen bladgroen; sterfte; veranderingen in de stofwisseling. In de gezonde tomaatplanten waar de manipulatie wel succesvol was (opgekweekt uit minder dan 0,05% van de gemanipuleerde cellen), varieerde de mate van expressie van het nieuwe gen, dat wil zeggen de productie van het nieuwe eiwit, met een factor 100.
Een deel van al deze afwijkingen kan aan het weefselkweekproces voor de regeneratie van de planten liggen en een deel aan het ingebrachte gen. Het vreemde gen kan beschadigd raken tijdens de invoeging, maar het kan ook andere genen of DNA-fragmenten met een regelfunctie verstoren doordat het ermiddenin ingebouwd wordt ('insertie-mutatie'). Ook de invoeging van het intacte gen kan via het nieuwe eiwit onverwachte effecten hebben: dit kan onbedoelde reacties aangaan met andere stoffen en zo de meest onverwachte fenomenen veroorzaken.
Maar er worden ook steeds weer nieuwe wetenschappelijke verklaringen gevonden voor afwijkingen die het proces van genetische manipulatie oproept. Een voorbeeld is een manipulatie die in het lab succesvol was, maar in het veld faalde: in Duitsland bleken petunia's waarvan de bloemkleur door GM gewijzigd was, in de buitenlucht toch in de oorspronkelijke kleur te bloeien. Het warme weer bleek een chemische verandering (methylering) van het ingebouwde gen te veroorzaken, waardoor dit niet tot expressie kwam. Ook na de marktintroductie van een ggo kunnen nog onbedoelde effecten tevoorschijn komen, die niet eerder bemerkt waren. Een bekend voorbeeld hiervan is het eerste gentechgewas dat een groot commercieel succes was, de Roundup Ready soja. Als de temperatuur op de akker aan de hoge kant is (wat niet ongebruikelijk is, want soja wordt meestal in warme streken geteeld), splijten de stengels van een deel van de planten: een volkomen onverwacht effect. Het tast uiteraard de opbrengst aan, maar Monsanto, de producent, verschaft geen gegevens over de omvang van dit probleem.

Meer onbedoelde effecten worden besproken op de pagina's "Gentech en milieu" en "Gezondheid". Al deze fenomenen zijn begrijpelijk als men overweegt dat het DNA onderdeel is van een omvangrijk, fijn afgestemd en complex netwerk van stoffen, reacties en structuren in het levende organisme. Zoals de Amerikaanse onderzoeker Steve Talbott zegt: "De zogenaamde neveneffecten zijn helemaal geen neveneffecten, maar omvatten directe reacties van het organisme op de ingrepen van de technoloog. (...) Het bedoelde resultaat van een genetische modificatie mag dan wel of niet bereikt worden in een bepaald geval, het enige wat vrijwel zeker is, is dat onbedoelde resultaten - niet-doeleffecten - bereikt zullen worden." Eigenlijk is het opmerkelijk dat genetische manipulatie toch kan werken, dus dat het beoogde effect, ondanks de slagingskans van minder dan 1%, soms wel degelijk gerealiseerd wordt.

Het Amerikaanse Nature Institute, waar Talbott werkt, heeft een publieksdatabank opgezet met onbedoelde effecten van GM ("Unintended effects of genetic manipulation"). De databank vat in korte, leesbare dossiers de inhoud samen van wetenschappelijke artikelen waarin onbedoelde effecten van genetische manipulatie bij planten en dieren worden gerapporteerd. Elk dossier in de databank is gebaseerd op één of enkele artikelen uit de wetenschappelijke literatuur.
top

Paradigma

De hierboven besproken beperkingen van de technologie volgen gewoon uit de stand van de reguliere natuurwetenschap. Iets anders is dat deze reguliere natuurwetenschap volgens sommigen beïnvloed wordt door een levensbeschouwing, een ideologie, waarvan deze natuurwetenschap doortrokken zou zijn zonder dat zij dit onderkent. Dit wordt fel bestreden door vele wetenschappers, met name in disciplines als scheikunde, geneeskunde en genetica: zij houden vol dat de natuurwetenschap ideologisch neutraal is. Vanuit één discipline, de kwantumfysica, komen echter bevindingen die dit op losse schroeven zetten: namelijk dat de onderzoeker invloed heeft op het onderzochte; dat materiedeeltjes niet met exacte nauwkeurigheid maar slechts in termen van waarschijnlijkheid beschreven kunnen worden; en dat bepaalde experimenten niet reproduceerbaar zijn. Deze bevindingen hebben vergaande consequenties, die echter door de hoofdstroom van de overige wetenschappelijke disciplines genegeerd worden.

Buiten de kwantumfysica stelt een kleine minderheid van de natuurwetenschappers dat de natuurwetenschap ideologisch niet neutraal is. Zo betoogt de evolutiebioloog Richard Lewontin dat de (natuur)wetenschap niet boven de gangbare maatschappelijke ideologie staat, maar dat de ideologische invloed in de wetenschap subtiel is: "Die [invloed] heeft de vorm van vooronderstellingen waarvan de wetenschapper zelf zich meestal niet bewust is. (...) In de ideologie van de moderne wetenschap (...) is het atoom of het individu (...) de bronoorzaak van alle eigenschappen van grotere samenstellingen. Ze schrijft een manier voor om de wereld te bestuderen, en die houdt in: de wereld opdelen in de afzonderlijke stukjes en beetjes waaruit zij is opgebouwd en vervolgens die afzonderlijke stukjes en beetjes bestuderen. (...) Voor de biologie heeft deze visie op de wereld geresulteerd in een bepaald beeld van het organisme en zijn totale levensactiviteit. Levende wezens worden beschouwd als bepaald door interne factoren, de genen." Hij noemt deze visie "biologisch of genetisch determinisme" (R. Lewontin, "De DNA-doctrine: biologie als ideologie", 1994). Tegenwoordig wordt een dergelijke bepalende visie vaak een 'paradigma' genoemd. Het genetisch determinisme wordt ook wel als 'DNA-denken' aangeduid.

Wetenschappers als Lewontin en de kwantumfysici halen het gangbare onderscheid tussen oorzaak en gevolg onderuit. Het levende organisme en zijn omgeving vormen een actieve, veranderlijke context, waarvan het DNA een onderdeel is; maar wat oorzaak en wat gevolg is, staat volgens hen niet vast. Deze visie wordt in feite niet tegengesproken door de stand van de genetica zoals boven geschetst (maar die stand van de genetica wordt door vele technologen en bedrijven nog niet serieus genomen): zelfs een eigenschap waarvoor nog duidelijk een gen aan te wijzen is, kan namelijk soms door andere factoren afwijken van wat in het gen gecodeerd is.
Het "centrale dogma" van de moleculaire genetica uit de jaren zestig (zie boven) was de eerste uiting van het genetisch determinisme. Dit centrale dogma wordt ook door de reguliere wetenschap als achterhaald beschouwd, maar het genetisch determinisme viert nog steeds hoogtij. Het is het uitgangspunt van de genetische manipulatie: die berust immers op de gedachte dat je een organisme een eigenschap kunt geven door een gen in te bouwen, dus dat één gen als oorzaak van één eigenschap gezien kan worden.
De Hongaarse scheikundige Árpád Pusztai wijst op een andere uiting van de gedachte dat wetenschap ideologisch neutraal is. De Europese wetgeving schrijft voor dat alleen de veiligheid van individuele ggo's getoetst moet worden ("geval voor geval") en niet de veiligheid van GM als technologie, omdat deze neutraal zou zijn. Pusztai bestrijdt dit en meent dat juist het proces van GM het veiligheidsriciso vormt, niet het product op zichzelf (Á. Pusztai en S. Bardocz, "Sicherheitsrisiko Gentechnik", 2009).
top

Onafhankelijkheid

De wetenschappelijke twisten over GM hangen niet alleen samen met ideologie, maar ook met de enorme financiële belangen van de gentechindustrie. Deze financiële belangen hebben de onafhankelijkheid van de wetenschap inmiddels danig aangetast. (Dit gebeurt niet alleen op het gebied van GM.) De financiële belangen zijn er ook de oorzaak van dat de regeringen van de VS, de EU en vele andere landen, als het gaat om wetenschappelijk onderzoek naar de veiligheid en andere effecten van ggo's, eerder naar de industrie luisteren dan naar onafhankelijke onderzoekers. Onafhankelijk onderzoek naar ggo's wordt nauwelijks gefinancierd en vindt dan ook veel te weinig plaats.
Erger is, dat de weinige onafhankelijke GM-onderzoekers die er zijn, heftig aangevallen worden op elk moment dat zij resultaten publiceren die op nadelen of gevaren van ggo's duiden. Zelfs het tijdschrift Nature constateert inmiddels dat dit te ver gaat (Emily Waltz, "Battlefield", Nature, 2009). De felheid van deze aanvallen gaat ver over de grenzen van de normale wetenschappelijke discussie. De aanvallen zijn echter vaak ook op de persoon gericht in plaats van op de inhoud. In meerdere gevallen zijn ze al zover gegaan, dat de betreffende universiteit of het onderzoeksinstituut boog voor de aanvallen en de financiering van een project introk of de onderzoeker ontsloeg.
Om dit tegen te gaan en de onafhankelijkheid van de wetenschap te beschermen en te behouden, zijn enkele verenigingen van onafhankelijke wetenschappers opgericht: in Europa het "European network of scientists for social and environmental responsibility" (ENSSER), in de VS de "Union of concerned scientists" (UCS) en in Mexico de "Unión de Científicos Comprometidos con la Sociedad" (UCCS).
De discussie over de onafhankelijkheid van het wetenschappelijk onderzoek naar GM wordt vertroebeld door de rol die de Nederlandse stichting PRRI (Public Research & Regulation Initiative) in binnen- en buitenland speelt. Zij beweert het belang van publiek onderzoek naar gentechnologie te behartigen, maar haar lobby- en voorlichtingsactiviteiten lopen volledig parallel met de belangen van de GM-industrie. (Zie over PRRI ook onder "Biodiversiteitsconventie en Bioveiligheidsprotocol" bij "Wet- en regelgeving".)
top

Beperkte rol van de wetenschap

Tot slot is van belang dat de rol van de wetenschap in de GM-discussie (zoals overal in het leven) beperkt is. De wetenschap kan ons helpen, maar wij kunnen ons handelen niet uitsluitend op de wetenschap baseren. In de Europese politiek is het verschil tussen risicobeoordeling en risicobeheer van belang. Wetenschappelijk onderzoek vormt de basis van de risicobeoordeling: de bedrijven doen dit onderzoek; de EFSA en nationale instanties als de COGEM beoordelen het (zie "Wet- en regelgeving"). Risicobeheer is de verantwoordelijkheid voor de veiligheid, door middel van de toelating of afwijzing van ggo's en alle andere taken die de feitelijke bewaking van de veiligheid ervan tot doel hebben. Het risicobeheer is de taak van de Europese Commissie (EC). Zij kan bij de uitvoering van die taak steunen op de wetenschappelijke risicobeoordeling, maar ook op andere factoren, zoals sociaaleconomische aspecten en ethische overwegingen. De wetgeving laat hiertoe expliciet ruimte.

De risicobeoordeling is dus maar één van meerdere factoren die een rol kunnen spelen in het risicobeheer; de wetenschap is maar één van meerdere factoren die een rol kunnen spelen in de politieke beslissing om een ggo al dan niet toe te laten en te bewaken. De EC maakt echter geen gebruik van deze ruimte: zij leunt bij haar taak als risicobeheerder uitsluitend op de wetenschappelijke risicobeoordeling. En doordat deze omstreden is, zijn ook de politieke besluiten omstreden. Maar de gedachte dat de veiligheid van ggo's uitsluitend van de wetenschap afhankelijk is, is een illusie en een volstrekte overbelasting van de wetenschap.
top

Documenten die hierop betrekking hebben:

• De maatschappelijke agenda van genomics, Centre for Society and Genomics, 2007 (671 kB). Prikkelende conclusies van een panel van dertien personen onder voorzitterschap van Felix Rottenberg, over aspecten van genomics die publieke aandacht verdienen (met het oog op investeringen door de regering). De panelleden werden uitgenodigd omdat ze "gelet op hun maatschappelijke ervaring en deskundigheid geacht konden worden tezamen een evenwichtig oordeel te geven over de vragen die in het geding zijn".
• Advancing the Understanding of Biosafety, Lim Li Ching, 2010 (52 kB). Kort verslag (door een van de sprekers) van een wetenschappelijk congres over de veiligheid van ggo's voor mens en milieu (inclusief sociaaleconomische aspecten).
• Toward a More Informed GMO Debate, S. Talbott, 2008 (8 kB). Korte uitleg over 'niet-doeleffecten' (neveneffecten) van GM, als inleiding bij een leesbaar overzicht van wat hierover gepubliceerd is in de wetenschappelijke literatuur.
• Row over GM crops - Mexican scientist tells Newsnight he was threatened because he wanted to tell the truth, BBC, 2002 (8 kB). Een van de geruchtmakende bedreigingen van onafhankelijke GM-wetenschappers, in dit geval Ignacio Chapela, die DNA van gentechmaïs ontdekte in traditionele maïs in Mexico, toen gentechmaïs daar nog niet geteeld mocht worden; onder twee schuilnamen probeerde Bivings, het PR-bureau van Monsanto, hem in diskrediet te brengen.
• Interview: Ignacio Chapela, scientist and whistleblower, F. Piasecki, 2010 (19 kB). Vraaggesprek met de hiervoor genoemde Chapela, negen jaar na de gebeurtenissen.