Genetische manipulatie en modificatie bij mensen. Wat is CRISPR/cas9 technologie? Hoe werkt dat? Wat zijn de voordelen en nadelen? Wat zijn voorbeelden van waar het nu al gebeurt? Wat zijn de gevolgen? In dit artikel leg ik het uit.

Hoe werkt CRISPR/cas9?

CRISPR staat voor Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Samen met enzym cas9 kunnen wetenschappers met deze technologie heel nauwkeurig DNA bewerken. Dit is een vorm van genetische modificatie.

NB. De termen genetische modificatie en manipulatie worden beide gebruikt en hebben dezelfde betekenis. Toch heeft manipulatie een negatievere lading dan modificatie. In de rest van dit artikel gebruik ik beide termen.

Kunnen we het menselijk lichaam veranderen door ons DNA te wijzigen? Hoe zit het eigenlijk met de opslag van data in DNA? Wat gebeurt er nu al? Kun je het zelf? Wat kan er allemaal in de toekomst? Welke politieke, juridische en ethische kwesties brengt dit met zich mee?

Daarover later meer. Ik schrijf eerst over de ontdekking en werking van CRISPR/cas9.

Werking CRISPR/cas9 video

In 2019 heb ik professor John van der Oost geïnterviewd voor mijn podcast. Zoals je verderop zult lezen heeft hij een belangrijke rol gespeeld in de ontwikkeling van de CRISPR technologie.

In het gesprek spraken we over zijn onderzoek, de werking van CRISPR/cas9 en toepassingen bij gewassen, dieren en mensen.

Dit interview plaats ik in dit artikel als het gereed is.

Het interview met professor John van der Oost. Het gehele gesprek verschijnt in de Biohacking Impact podcast [link onderin].

Ontdekking CRISPR/cas9

In de lente van 2011 ontmoetten onderzoeker Jennifer Doudna en bacteriologist Emmanuele Charpientier elkaar op een congres over microbiologie in Puerto Rico. Het verhaal gaat dat ze tussen de lezingen door samen een wandeling maakten door de stad San Juan.

Charpentier vertelde Doudna over haar onderzoek naar het immuunsysteem van bacteriën. Bacteriën moeten zichzelf namelijk beschermen tegen virussen. Virussen hebben genetische mechanismes ontwikkeld om bacteriën binnen te dringen en te vernietigen.

Een paar jaar eerder ontdekten twee Franse onderzoekers (Philippe Horvath en Rodolph Barrangou) van de Deense voedingsfabrikant Danisco één van de beschermingsmechanismen van bacteriën. Ze deden onderzoek naar bacteriën die konden helpen bij het maken van kaas en yoghurt.

Een aantal van deze bacteriestammen, zo ontdekten ze, konden heel gericht een deel van het DNA van het virus uitschakelen. Dit afweersysteem wist ook welke virussen vaak gingen aanvallen en kon vervolgens een specifiek deel van het DNA van het virus vernietigen.

John van der Oost

In de documentaire die Tegenlicht maakte over CRISPR/cas9 wordt ook de Nederlander John van der Oost geïnterviewd [link onderin]. In 2008 deed hij aan de Wageningen Universiteit onderzoek naar het CRISPR mechanisme in bacteriën.

Hij kwam het eerder op het spoor toen hij rond 2000 onderzoek deed naar een microbe uit een vulkanische bron uit het Yellowstone Park in Noordwest-Amerika.

Palindroom

Van der Oost en de collega’s in zijn onderzoeksgroep zagen een patroon: de genetische letters hadden van links naar rechts dezelfde volgorde als andersom. Dat waren palindromen.

De Nederlandse onderzoeker Ruud Jansen bedacht in 2002 de term Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. In een artikel in De Groene Amsterdammer geeft Van der Oost aan dat hij de impact niet direct zag: ‘Het was wel een grappige verschijnsel, maar van de biologische relevantie hadden we geen idee’.

Klassen CRISPR

Later hebben Doudna en Chapentier doorgewerkt op onder andere de ideeën van Van der Oost. Er zijn namelijk twee klassen CRISPR-systemen. De klasse-1 werd in 2008 door Van der Oost en zijn groep. Dit systeem is ingewikkelder dan de klasse-2 die rond 2012 door een Amerikaanse onderzoeksgroep werd ontdekt.

De naam van klasse-2? Dat is het Cas-9 systeem. Volgens Van der Oost is dit een relatief simpel systeem en makkelijk te introduceren in cellen van dieren en planten. In het interview vraag ik aan John van der Oost of dit ook door de groep in Wageningen ontdekt had kunnen worden.

Hij denkt van niet. Het was een combinatie van meer middelen, het doorbouwen op wetenschappelijk onderzoek en geluk dat leidde tot de ontdekking door Doudna en Chapentier.

Uitdagingen CRISPR

Overigens zitten er nog wel wat haken en ogen aan het gebruik van CRISPR/cas9. In het interview geeft John van der Oost aan dat het meest risicovolle niet zit in het knippen van het DNA, maar in het herstel van de breuk. ‘Als dit niet naadloos gaat, kan dit tot ongewenste veranderingen in het DNA leiden. Dat risico moeten we beheersen voordat we de technologie veilig kunnen toepassen.’ Daarnaast blijkt het CRISPR systeem niet op elke plek te kunnen knippen.

Wetenschappers over de hele wereld zijn bezig om deze problemen op te lossen. Zo vertelt John van der Oost dat het Cas9 eiwit behoorlijk aangepast wordt om beter te functioneren en doen andere onderzoeksgroepen experimenten met Cas12. Deze lijkt accurater te knippen dan zelfs de aangepaste Cas9 eiwitten.

Sommige mensen verwachten veel van CRISPR/cas9, zoals Ashton Kutcher. Behalve acteur is hij ook actief als ondernemer en durfinvesteerder.

Werking CRISPR/cas9

Het afweersysteem van bacteriën bestaat uit twee delen. Het eerste deel is de ‘zoeker’. Dit is RNA in het genoom van de bacterie, wat een spiegelbeeld is van het DNA van het virus. In het boek The Gene schrijft Siddhartha Mukherjee dat het is alsof je altijd met de pasfoto van je grootste vijand rondloopt [link onderin]. Zodra het DNA van het aanvallende virus wordt herkend, wordt het bacteriële eiwit cas9 vrijgelaten. Dat is de ‘vernietiger’.

De zoeker werkt als volgt. Doudna: ‘De moleculaire machine windt zich strak om het DNA, als een python rond het lijf van een gazelle. Cascade werkt als GPS-coordinaten die precies aangeven welk deel van het viraal DNA vernietigd moet worden’.

Doudna was gefascineerd door dit principe van de ‘zoeker’ en ‘vernietiger’ toen ze erover las. Zij was gespecialiseerd in onderzoek naar de werking van RNA. In het begin vond ze het vooral eigenaardig. Het schijnt zelfs dat ze heeft gezegd dat ‘dit het meest obscure ding was waar ze ooit aan heeft gewerkt’.

Samen met Charpientier ging ze toch dieper in op de werking van het bacteriële afweersysteem. In 2012 kwamen ze erachter dat het systeem programmeerbaar is. Ze konden de ‘zoeker’ en ‘vernietiger’ aanpassen. Daarmee was het niet alleen meer geschikt voor bacteriën en virussen, maar kon je het ook toepassen op andere dieren, planten en wellicht ook mensen. In eerste instantie probeerden ze het eiwit cas3 (net als Van der Oost), maar uiteindelijk bleek cas9 het meest beheersbaar en bruikbaar te zijn.

We gebruiken eigenlijk een evolutionair mechanisme om de evolutie aan te passen.Emmanuelle Charpentier

De combinatie was briljant: ‘Dit was het perfecte bacteriële wapen: een virus-zoekende raket die snel en met ongelooflijke precisie kon toeslaan’. Charpentier ziet zelf de paradox hiervan: ‘We gebruiken eigenlijk een evolutionair mechanisme om de evolutie aan te passen’.

Genetische bewerking

Want wat gebeurt er als het DNA wordt aangevallen en vernietigd? De twee einden van het overgebleven DNA komen los en worden bijgesneden. Genen zijn zo ingericht dat ze zichzelf willen herstellen. Meestal maken ze daarvoor een kopie van een vergelijkbare gen in de cel.

Maar wat als de cel volstroomt met andere DNA? Dan is de kans zeer groot dat het beschadigde gen de informatie één van deze genen gaat kopiëren. Het is alsof je een woord in de zin uitgumt en daar een nieuw woord voor in de plaats schrijft.

Deze techniek wordt ook wel ‘genome editing‘ of ‘genome surgery’ genoemd. Doudna en Charpientier publiceerden hun onderzoek in Science in 2012 [link onderin]. De publicatie sloeg in als een bom. In de jaren daarna groeide de toepassing van deze techniek explosief. Het heeft nog wel wat beperkingen, maar CRISPR/cas9 was significant makkelijker, krachtiger en efficiënter om genen te bewerken dan andere technieken die tot dan toe beschikbaar waren.

Drastische invloed

Wel zijn er nog veel dingen die nog verder uitgezocht en ontwikkeld moeten worden, zoals het gebruik van CRISPR om de transcriptie van DNA naar RNA te wijzigen of door het epigenoom te bewerken. Het epigenoom is alles buiten het DNA, maar dat wel invloed heeft op de transcriptie. Dit valt in het veld van epigenetica [link onderin].

Desondanks zijn wetenschappers lyrisch over de mogelijkheden. Zij spreken over de ‘golden age of genetic engineering’. Waarschijnlijk gaat deze techniek en haar nog betere opvolgers een drastische invloed hebben op allerlei domeinen van de gezondheidszorg, farmacie, milieubehoud, productie van voedingsmiddelen, het onderwijs, de overheid en de maatschappij.

[UPDATE] In maart 2019 heb ik met twee experts gesproken over genetische modificatie bij gewassen en bij embryo’s.

Planten en mensen (maart 2019)

In maart 2019 gaf ik een lezing over CRISPR/cas9 en biohacking bij de Tegenlicht Meetup in Amersfoort. Voor de meetup heb ik de twee andere sprekers geïnterviewd.

Prof. dr. Martina Cornel is hoogleraar genetica en volksgezondheid bij het Amsterdam UMC. Zij richt zich op de ethische en maatschappelijke kant van genetische modificatie. Dr. René Smulders leidt de afdeling Plant Breeding van de WUR. Hij past CRISPR toe op planten en gaat in op de juridische beperkingen rondom genetische modificatie.

Luister het interview hieronder:

Potentie

Wat is de potentie van CRISPR/cas9? Dit zegt Jennifer Doudna zelf in haar boek A Crack in Creation: ‘CRISPR heeft een ongelooflijke potentie om de wereld te verbeteren. Stel je voor dat je genetisch de meest ernstige erfelijke ziektes kunt uitbannen, net als vaccinaties die een einde maakten aan de pokken en straks ook aan polio. Stel je voor dat duizenden onderzoekers CRISPR gebruiken om de gesel van kanker te onderzoeken en tot nieuwe behandelingen of zelfs genezing te komen. En stel je voor dat boeren, telers en kwekers de voedselcrisis oplossen door hun gewassen met CRISPR beter bestand te maken tegen het veranderende klimaat. Deze scenario’s kunnen binnen handbereik liggen, afhankelijk van de keuzes die we in de komende jaren maken’.

CRISPR heeft een ongelooflijke potentie om de wereld te verbeterenJennifer Doudna

In een artikel in Vox werd aan een groep van wetenschappers gevraagd over welke toepassingen ze het meest enthousiast zijn. Voorbeelden die hierbij werden genoemd zijn onder meer het verbeteren van gewassen om te voldoen aan de groeiende vraag naar voedsel, nieuwe therapieën voor kanker en Alzheimer ontwikkelen, alternatieven ontwikkelen voor petrochemie (door kunststoffen te maken van gemodificeerde planten) en virussen zoals HIV, herpes en Malaria uit te roeien.

Binnen vijf tot maximaal tien jaar kun je dit toepassenJohn van der Oost

Hoe snel gaat het dan? John van der Oost denkt dat het steeds veiliger wordt: ‘Binnen vijf tot maximaal tien jaar kun je dit toepassen [dat is zo rond 2023 á 2028]. Dan is het ook betaalbaar, dus niet alleen voor de rijke mensen die hun genoom kunnen laten aanpassen.’ Hij voegt er nog wel een kleine kanttekening aan toe in een artikel in De Groene Amsterdammer: ‘Tenminste, ik hoop dat het zo werkt’.

Boek The Gene van Mukherjee [link onderin]. Het boek gaat over de impact van DNA en welke gevaren en mogelijkheden dit biedt.

Genetische modificatie

Volgens sommige experts is dit de eeuw van de biologie. In deze eeuw gaan we als mens levende weefsels beheersen. Denk aan ledematen die automatisch weer aangroeien, organen die in een laboratorium worden gekweekt, bacteriën die ons genezen en virussen die ons DNA kunnen herstellen. Dat is genetische modificatie, het sleutelen aan ons DNA. Het DNA dat het ‘operating systeem’ is van ons lichaam, andere dieren en planten. Kortom, alles wat leeft op aarde.

De basis hiervoor is genetica (in het Engels ‘genomics’), de studie van genomen. Een genoom is een set van genen van een cel of een organisme. Dat is best complex, ga maar na. Het menselijk lichaam (dus ook dat van jou) bestaat uit ongeveer 37 biljoen cellen. In elke celkern zit DNA, dat verdeeld is over 46 chromosomen. In totaal heb je ongeveer tussen de 21.000 en 23.000 genen.

Model DNA

Hoe genetica samenhangt met genetische modificatie en epigenetica staat in deze mindmap. Onderin staan de linkjes naar mijn artikelen over genetica en epigenetica.

Mindmap met een samenvatting van welke concepten ik belangrijk vind en hoe ze met elkaar samenhangen.

Dit deel gaat over de mogelijkheden van genetische modificatie, onder andere in de gezondheidszorg.

Genen wijzigen

Dat we steeds meer weten over onze DNA is mooi. Maar zodra je weet hoe dingen werken, dan hebben we als mens ook de neiging om daar op in te grijpen: hacken. Dat is niet zo gek. Een levende cel lijkt namelijk best wel op een computer.

Je kan het zo zien. Het besturingssysteem van een cel zijn de A-C en G-T paren. Als je de volgorde kent, kun je inbreken op je cel en wijzigingen aanbrengen. Klinkt dit nu nog heel futuristisch? Nee hoor, bijvoorbeeld: de prijs om je hele DNA set te analyseren is spectaculair gedaald in maar een paar jaar tijd.

Tien jaar geleden zou het nog 10 miljoen dollar kosten, tegenwoordig kan het voor 1.000 dollar of minder. Visionairs zeggen dat deze technologie een nieuw soort internet gaat worden. Denk aan auto’s die jou herkennen op basis van DNA. Maar denk ook aan bioterrorisme, of Facebook die je DNA gaat koppelen met je gedrag op het social media platform.

Angelina Jolie

Zo kwam actrice Angelina Jolie in 2013 in het nieuws in relatie tot de BRCA-1 mutatie [link onderin]. Zij had een genetische test laten doen, waaruit bleek dat ze een verhoogd risico had op borstkanker. Overigens had ze dit gedaan, omdat haar moeder ook borstkanker heeft gehad. Op basis van de uitslag van de test, heeft ze besloten om haar beide borsten te laten amputeren.

Gezondheidszorg

In 2017 verscheen een publicatie in Nature van een groep onderzoekers onder leiding van Shoukhrat Mitalipov [link onderin]. Zij hebben ‘genetic engineering’ toegepast op 58 embryo’s. Het doel was om een gen te wijzigen die gerelateerd is aan een fatale hartaandoening. Volgens de onderzoekers was de ingreep bij 48 van de 58 embryo’s gelukt.

Het is overigens nog niet mogelijk dit te testen, want het is (nog) niet toegestaan om deze genetische gemodificeerde embryo’s uit te laten groeien tot mensen.

Zoals je verderop zult lezen heeft dat sommige wetenschappers er niet van weerhouden om dit wel te proberen.

De belofte van CRISPR/cas9 is dat we erfelijke aandoeningen voorgoed kunnen verhelpen. Niet alleen voor één individu, maar ook voor volgende generaties. Dit geldt zeker op korte termijn voor aandoeningen die gerelateerd zijn aan één gen, zoals de ziekte van Huntington, sikkelcelanemie en taaislijmziekte. Ziekten waarbij meerdere genen betrokken zijn, zijn veel ingewikkelder om te bestrijden.

Voor god spelen

Het wijzigen van DNA, daarmee gaan we als mensheid voor god spelen: kunstmatige selectie in plaats van natuurlijke selectie. In een zekere zin doen we dit al, door bijvoorbeeld wijzigingen in onze leefstijl. Een mooi voorbeeld is een onderzoek in Groot-Brittannië [link onderin]. In een groot genetisch onderzoek met 150.000 sets bleek dat er in de laatste 50 jaar een toename is van de allelen op het gen dat gerelateerd is aan nicotine verslaving.

Mensen die dit genotype hebben zijn meer dan gemiddeld vatbaar om te gaan roken en jonger te sterven vanwege een aandoening gerelateerd aan roken. Maar de maatschappelijke visie op roken is in de afgelopen 50 jaar ook behoorlijk veranderd. Dit heeft invloed gehad op de (natuurlijke) selectie, waardoor dit genotype in één á twee generaties is toegenomen in de bevolking. De kans is dat dit binnen aanzienlijke tijd overigens weer veranderd, nu roken steeds minder populair wordt.

Het verschil is dat we nu met CRISPR/cas9 direct de genen kunnen wijzigen. Dat is een stuk ingrijpender en verstrekkender. Het voorbehoud hierbij is echter dat het tijdspad waarbij de werkzaamheid tijdens een experiment in een laboratorium wordt aangetoond naar een daadwerkelijke therapie voor patiënten erg lang is. Dit kan zo 10 tot 15 jaar duren.

Gentherapie

Sommige genen hebben een directe impact op bepaalde ziektebeelden. Gentherapie wordt al jaren gedaan, maar met CRISPR/cas9 kan dit sneller, makkelijker en effectiever. In maart 2017 werd bekend dat onderzoekers in Frankrijk een tiener succesvol hadden behandeld met CRISPR-gentherapie voor sikkelcelziekte. Volgens experts is dit een ‘een mijlpaal’ en ‘ontzettend veelbelovend’.

In de Verenigde Staten keurde de FDA (de voeding- en geneesmiddelenautoriteit) gentherapie goed tegen kinderleukemie. Onder de naam CAR-T worden de immuuncellen van de patiënten zo gewijzigd dat ze de ziekte gaan bestrijden. In een artikel in magazine Wired komt Alex Marson, bioloog en arts aan UC San Francisco, aan het woord over een vergelijkbare methode: ‘We zijn nu in staat om bewerkingen te maken in de receptoren van T-cellen, die zijn ontworpen om op een bepaald antigen te reageren die veel voorkomt bij bepaalde kankercellen. Op die manier vallen de T-cellen alleen de cellen aan die dat signaal afgeven [link onderin].

Somatische gentherapie

Dit is de meest waarschijnlijke vorm van gentherapie: somatisch. Dit betekent dat er cellen uit het lichaam worden gehaald, die in een lab worden gewijzigd en daarna weer worden ingebracht. Dit is wat anders dan wijzigingen in de kiemcellen. Als je daar wijzigingen in aan brengt, dan wordt dit doorgegeven aan de volgende generaties.

Als je een eenmalige wijziging aanbrengt die vervolgens doorwerkt naar volgende generaties, dan wordt dit ‘gene drive‘ genoemd. Zo wordt er gesproken over het veranderen van genen van bepaalde muggen, zodat die muggen geen malaria kunnen overdragen aan mensen. Een ander voorbeeld is het Amerikaanse eiland ‘Martha’s Vineyard’. Daar zijn wetenschappers van plan om de muizen genetisch aan te passen, zodat zij geen Lyme meer kunnen overdragen aan teken [link onderin].

Over de impact van dit soort blijvende wijzigingen op de natuur, heb ik het gehad met wetenschapper Nadine Bongaerts tijdens een podcast-interview wat ik met haar had [link onderin].

Designerbaby’s

Dit staat niet op zichzelf. Zoals ik al eerder schreef, wordt het bewerken van genen al langer gedaan. Alleen is het nu met CRISPR/cas9 mogelijk om dit sneller, makkelijker en goedkoper te doen. Een voorbeeld dat deze ontwikkeling niet als donderslag bij heldere hemel kwam, is dat in 2009 al het eerste kind ter wereld kwam dat was ‘ontworpen’. De vader van het kind had de meeste vrouwen in zijn familie zien overlijden aan verschillende vormen van kanker, die hun oorsprong hadden in mutaties in het BRCA-1 gen.

De vader had samen met zijn vrouw gevraagd om toestemming voor reageerbuisbevruchting en screening van de bevruchte eicellen. Van de onderzochte eicellen kozen de artsen er een zonder BRCA-1 mutatie. Dat betekent dat vanaf de volgende generatie deze mutatie in die familie niet meer kon voorkomen.

In de media brak grote tumult uit. Volgens experts beweegt de medische wetenschap zich hiermee op een hellend vlak. Immers, als we nu nog gebreken gaan uitfilteren door genetische selectie, gaan we dan straks selecteren op positieve eigenschappen zoals spierkracht en intelligentie? Krijgen we dan designerbaby’s?


[UPDATE] Eind november 2018 kwam in het nieuws dat voor het eerst baby’s zijn geboren die als embryo genetisch zijn gemodificeerd.

Eerste CRISPR-baby (2018)

Eind november 2018 kwam de Chinese arts Jiankui He in het nieuws. Met de methode Crispr/cas9 verwijderde hij bij embryo’s het gen dat mensen bevattelijk maakt voor het hiv-virus. Dit deed hij overigens niet op eigen houtje, maar op verzoek van de ouders.

Veel te riskant, onverantwoord, monsterlijkWetenschappers na eerste CRISPR babies

Hij had zelf verwacht als held onthaald te worden, maar zijn collega’s hadden er geen goed woord voor over. Een paar reacties: ‘Veel te riskant, onverantwoord, monsterlijk’.

Toch is het vreemd, want de ingreep van He staat op een lijst van 10 eenvoudige genetische aanpassingen die is opgesteld door George Church [link onderin]. Het gaat om het wijzigen van het gen CCR5, waardoor één kind van de tweeling geen hiv meer kan krijgen.

Behandelingen

Moleculair geneticus Hans Clevers (Universiteit van Utrecht) is echter niet verbaasd. Hij zegt in een reactie in de Volkskrant: ‘Ik denk dat dit vroeg of laat als behandeling aangeboden gaat worden in landen als Oekraïne of Brazilië, omdat de ingreep zo simpel is’.

Het moeilijkste is om te bepalen wat wel of geen aandoening is en of je dan wil ingrijpen. Een onderzoek van het Amsterdamse UMC liet zien dat tweederde van de ondervraagden wel een genetische modificatie van hun embryo’s wilde als het gaat om erfelijke aandoeningen zoals taaislijmziekte, stofwisselingsziekte of hiv (mits het veilig is).

Bekijk de video van He hieronder:

Video van He

Baby modificatie

Voor mijn podcast Biohacking Impact interviewde ik hier Sjoerd Repping over. Hij is hoogleraar humane voortplantingsbiologie aan het Academisch Medisch Centrum in Amsterdam.

Bekijk het interview hieronder:

Interview met Sjoerd Repping 

Mening Nederlanders

Hoe staan Nederlanders hierin? In 2016 deed De Kennis van Nu onderzoek naar genetische modificatie van het lichaam en het ongeboren embryo. Dit waren de meest opvallende resultaten:

  • 85,2% is voor het veranderen van een genetische afwijking in het eigen lichaam;
  • 65,7% zou het embryo van een kind modificeren als ze zelf een erfelijke genetische afwijking zouden hebben;
  • 29,6% zou het embryo van een kind modificeren als ze zelf gezond zouden zijn;
  • 15,2% zou het embryo van een kind modificeren om het slimmer te maken, bijvoorbeeld meer intelligentie.

De discussie over dit thema zal de komende maanden en jaren verder aanzwellen. In grote lijnen zou je kunnen zeggen dat er twee kampen. Een groep ouders wil hun kinderen de allerbeste uitgangspositie geven en een groep ouders vinden dat zij niet het recht hebben om dit voor hun kind te beslissen.


[MEETUP] In november 2015 organiseerde ik een Meetup over genetische modificatie. Hoewel de technologie zich snel ontwikkelt, is de informatie die tijdens de Meetup is gedeeld nog steeds relevant.

Genetische manipulatie bij mensen

Terry Vrijenhoek was de gastspreker op de Meetup. Hij is stafadviseur bij de afdeling Genetica van het Universitair Medisch Centrum in Utrecht. In 2011 promoveerde hij op onderzoek naar de genetische achtergrond van schizofrenie. Met behulp van geavanceerde DNA-chips zocht hij naar genetische verschillen tussen patiënten met schizofrenie en gezonde personen.

Voor de meetup aten Terry en ik wat bij Gys aan de Voorstraat in Utrecht. Terwijl we naar het Permanent Future Lab in Hoog-Catharijne liepen, hadden we het over de toekomst van genetica.

Besluit samenleving

Terry: ‘Wat je op je blog schreef in je voorbeschouwing van vanavond, dat zou best allemaal kunnen straks. Maar wat we als maatschappij willen en acceptabel vinden, waar bedrijven geld aan kunnen verdienen en wat er dagelijks in de praktijk van artsen en medisch specialisten gebeurt? Dat allemaal bepaalt uiteindelijk hoe snel, of hoe langzaam en in welke vorm deze technologie zich verder ontwikkelt.’

De toon is gezet. Hoe snel we genetische manipulatie bij mensen gaan toepassen, dat hangt niet af van de technologie – die is er namelijk al – maar vooral van wat we willen toepassen als samenleving.

Wie had trouwens gedacht dat genetische onderzoekers saai zouden zijn? Terry draagt rode sneakers, passend bij zijn rode shirt, en vertelt tijdens het eten over zijn klushuis in het centrum van Rotterdam. Hij vertelt enthousiast over DNA, Shakespeare en de minions.

Ik gaf een inleiding over biohacking en genetische modificatie die er aan zitten te komen.

Ontwikkelingen volgens Terry Vrijenhoek

DNA op zich is niet bepalend. Keuzes in je leefstijl en een mate van willekeurigheid bepalen uiteindelijk of bepaalde schakelaars in je lichaam aan of uit gaan. Deze complexiteit zorgt direct voor een discussie onder de aanwezigen. Zijn medisch specialisten nog wel nodig in de toekomst? Wat als iedereen zijn of haar hele DNA laat analyseren en we vervolgens kunstmatige intelligentie hier slimme algoritmes op laten rekenen?

Terry gelooft daar niet in. Er zijn nog zoveel andere factoren van invloed. Op basis van data kun je nog geen rechte lijn van oorzaak naar gevolg onderscheiden. Je hebt zeker nog de ervaring en kennis van medisch specialisten nodig.

Wat zijn andere ontwikkelingen op dit gebied?

  1. Zelftesten
  2. Human Genome Project
  3. Kosten
  4. Opslag van data in DNA

De ontwikkelingen heb ik hieronder verder uitgewerkt.

1. Zelftesten

Zelf heb ik een DNA-test van 23andme gedaan. Terry was er als één van de eersten bij toen 23andme in 2009 begon met het vermarkten van DNA-zelftesten.

Wat ik vooral de meerwaarde van 23andme vind is dat ze de wetenschappelijke ontwikkelingen scherp in de gaten houden. Vooral in het begin zag ik mijn top 5 risico op ziekten elke keer veranderen. Dat komt omdat ze hun algoritmes wijzigen op basis van de laatste wetenschappelijke literatuur.

Terry maakte wel een voorbehoud bij dergelijke testen, ze analyseren namelijk niet je volledige DNA. Ze mogen ook niet alles analyseren. Ze baseren hun inzichten op geassocieerde populaties en mogen niet kijken naar genen die causale mutaties hebben met bepaalde ziektebeelden. Mensen die bij het ziekenhuis aankomen met hun DNA-dataset, moeten daarom gewoon het reguliere proces in.

De onderzoeken die universiteiten en ziekenhuizen zelf uitvoeren naar het verband tussen DNA en ziekten, zijn echter ook lastig. Dit komt omdat onderzoekers nog niet zeker weten of de gezonde mensen in de controlegroep wel echt gezond zijn en niet zeker weten of het ziektebeeld klopt dat de dokter aan de patiënten heeft toegeschreven. Hoe meer we over DNA leren, dus ook met zelftests, hoe beter we ziektebeelden en gezondheid kunnen gaan definiëren.

2. Human Genome Project

Een ander voorbeeld waaruit de toenemende interesse blijkt, is het Human Genome Project. Toen hiermee werd gestart in 1988 leek het nog een utopie om de structuur van het menselijk genoom volledig in kaart te brengen. De technologie ging echter zo snel dat het ruimschoots voor de deadline klaar was. Nu kost het analyseren van een volledig genoom van een mens minder dan 1.000 dollar.

Terry noemt ook nog Michael Snyder. Deze moleculair geneticus van de Stanford Universiteit heeft zichzelf 2 jaar lang als studieobject bestudeerd. Dit noemden ze in een artikel in Nature de ‘integrative personal ommics profile’ (iPOP). Hij heeft naast zijn genetica (genomics) ook onder meer zijn metabolische processen (metabolomics) en eiwit processen (proteomics) in kaart gebracht.

Waren het spectaculaire uitkomsten?

Nou, nee. Volgens Terry konden Michael en zijn assistenten achteraf in de data twee keer een griep zien aankomen. Dat klinkt nog niet zo heel spannend. Maar wat als we met meer kennis over genetica gecombineerd met kunstmatige intelligentie nog veel meer data goed kunnen analyseren?

3. Kosten

De apparatuur bij het UMC Utrecht analyseert 30 keer de 3 miljard DNA basisparen (de combinatie van de A-C en G-T paren) bij het uitlezen van het DNA. Dat doet ze bovendien 30 keer om de kans op fouten te reduceren. Terry laat ook de Min.ion zien. Dit apparaatje kun je in de USB-aansluiting van je laptop pluggen. Het apparaat zelf is gratis, maar de cartridge die je per test moet gebruiken kost nu (nog) 1.250 euro. Dit wordt naar verwachting steeds goedkoper.

Daarnaast kun je er niet in spugen om je DNA te analyseren, maar moeten nog wat voorbereidingen worden verricht op je DNA. Het gaat echter wel snel. Terry: ‘Dit apparaat heeft een betrouwbaarheid van 90%. Dat lijkt misschien nog niet veel, maar dat was een jaar geleden nog maar 50%.’

Dit gaat alleen nog maar om het analyseren. Wat als je straks thuis zelf je genen kan wijzigen? Lees verderop bij ‘Doe het zelf’ over mensen die dit hebben gedaan.

4. Opslag van data in DNA

Op de Biohacker Summit 2016 in Helsinki hoorde ik een presentatie van Nell Watson over de opslag van informatie in DNA. DNA is een interessante manier om informatie in op te slaan. Je kan het duizenden jaren bewaren, het kan tegen extreme koude en warmte en je kan miljoenen kopieën per uur maken.

Is dit een gamechanger? Nou en of.

Een voorbeeld. Een enkel lieveheersbeestje bevat 30 terabyte aan informatie wat betreft DNA. Anders gezegd: op een lieveheersbeestje past net zoveel informatie als op 6383 DVD’s. Dat scheelt nog eens kastruimte!

Onderzoekers onder leiding van Ewan Briney (toonaangevend in de bioinformatica) hebben de eerste stap gezet. Zij zijn erin geslaagd om 154 sonnetten van Shakespeare, een wetenschappelijk artikel en een foto (JPEG) in DNA te programmeren, naar een ander lab te sturen en daar te laten uitlezen.

Mijn pakketje van 23andme, waar ik mijn DNA liet analyseren [link onderin]. Je kan onderin ook een video bekijken waarin ik laat zien hoe dit werkt.


[UPDATE] Vanuit mijn interesse als DIY-futurist ben ik benieuwd of er al mensen zijn die CRISPR/cas9 op zichzelf hebben toegepast, wat mogelijke nadelen en kansen zijn en wat de impact van deze ontwikkeling kan zijn.

Doe-het-zelf

De startup The Odin brengt zelf CRISPR/cas9-setjes uit waarmee je kan experimenteren. In het voorjaar van 2017 heb ik zelf gewerkt met CRISPR/cas9 tijdens een workshop van De Waag in Amsterdam. Tijdens deze workshop pasten we het DNA van een bacterie aan, waarna deze licht ging geven in het donker.

Dit kun je dan ook op jezelf toepassen. De eigenaar van The Odin is de excentrieke biochemicus Josiah Zayner. Hij injecteerde zichzelf met gemodificeerde cellen om gespierder te worden [link onderin]. Hij had zijn eigen DNA aangepast door het gen voor myostatine weg te halen, zo staat in een artikel in De Groene Amsterdammer [link onderin]. Zonder myostatine groeien spieren verder door, zoals bij dikbilkoeien en Texelse schapen van nature al het geval is.

Ik heb mezelf geïnjecteerd met gemodificeerde genen voor meer spiergroeiJosiah Zayner

Het was hem er niet om te doen om de werkzaamheid te demonstreren: ‘Dat is al lang en breed aangetoond’. Zijn doel was vooral om het stigma van deze ontwikkeling af te halen: ‘Discussies over het bewerken van genen gaan vaak over mogelijkheden, maar ik wil aantonen wat het echt kan doen’.

Hij wil voorkomen dat dit soort methoden alleen beschikbaar zijn voor wetenschappers. ‘We kunnen de eerste generatie zijn die geen slaven hoeven te zijn van hun genen’. De medische wereld is volgens hem te traag en te terughoudend in de verdere ontwikkeling van genetische modificatie.

Tristan Roberts

Een paar weken na de stunt van Josiah Zayner baarde Tristan Roberts opzien door live in een Facebook-video zichzelf gentherapie toe te dienen. Hij is besmet met het hiv-virus, maar is gestopt met virusremmers vanwege de bijwerkingen.

De bedoeling van zijn ‘doe-het-zelf’ gentherapie is dat zijn lichaam het antilichaam N6 gaat maken. N6 is een paar jaar geleden ontdekt bij een zeldzame groep mensen die resistent zijn tegen het hiv-virus. De gentherapie van Roberts is gemaakt door Ascendence Biomedical [link onderin].

In november 2018 heb ik Tristan geïnterviewd over zijn experiment, de impact op de gezondheidszorg, de farmaceutische industrie, de gevaren en ethische dilemma’s. Bekijk het interview hieronder.

Interview met Tristan Roberts

Brian Hanley

Eerder kwam ook Brian Hanley in het nieuws [link onderin]. Hij is microbioloog en oprichter van het bedrijf Butterfly Sciences. Het bedrijf werkt aan genetische bewerking als methode om de gezondheid van AIDS-patiënten te verbeteren. Uiteindelijk wil het bedrijf genetische modificatie inzetten tegen veroudering.

Nadat investeerders in het bedrijf niet heel enthousiast bleken, bedacht Hanley om de eerste proeven dan maar op zichzelf te doen. ‘Ik wilde bewijzen dat het werkt. Dat is de enige manier om vooruitgang te boeken’. Een paar weken later werd een bloedtest bij hem afgenomen. De onderzoekers zagen een verhoogd niveau van GHRH-hormoon (wat volgens de hypothese zou moeten aantonen dat de interventie succesvol was), al waarschuwden ze wel dat ze geen voorbarige conclusies hieruit wilden trekken.

Waarschuwing

In mei 2018, een paar maanden na de acties van Zayner en Roberts, kwam Aaron Traywick (de oprichter van het eerder genoemde Ascendance Biomedical) in het nieuws. Hij was namelijk op 28-jarige leeftijd overleden na een persoonlijk experiment dat verkeerd afliep. Overigens had dit weinig met genetische modificatie te maken. Hij had de drug ketamine genomen en was in een floatingtank gaan liggen. Hierover ben ik zelf nog geïnterviewd voor het Radio 1 programma Met het Oog op Morgen.

Dit is ook de waarschuwing die Hidde Haisma, professor farmaceutische genmodulatie aan de Rijksuniversiteit Groningen, geeft. Hij ontraadt iedereen om te knutselen aan zijn of haar genen, met of zonder hulp. Over de experimenten van Roberts en Zayner is hij sceptisch: ‘Het ingespoten DNA moet naar de celkern om echt effect te hebben’.

De vraag is of dat echt gebeurt. Grote resultaten zijn bij Roberts en Zayner tot nu toe dan ook uitgebleven.

Wat zijn uitdagingen en nadelen van genetische modificatie?

Nadelen

Wat zijn mogelijke nadelen van genetische modificatie? Dit onder meer zijn bioterreur (1), sociale ongelijkheid (2) en onzekerheid (3). Zelf zegt Jennifer Doudna dit ook in haar boek: ‘Heb ik een monster gecreëerd?’ Zij opent het tweede deel van haar boek met het beeld van een tsunami, symbool voor de stortvloed van toepassingen van de afgelopen jaren.

Heb ik een monster gecreëerd?Jennifer Doudna

Drie specifieke nadelen heb ik hieronder kort beschreven:

#1 Bioterreur. Een boeiend artikel komt uit The Atlantic uit november 2012, genaamd ‘Hacking the president’s DNA’ [link onderin]. Het DNA van elke persoon is uniek, zelfs van eeneiige tweelingen.

Dit maakt een vorm van bioterreur mogelijk waarmee je heel specifiek bepaalde mensen kunt aanvallen. Dit virus wordt overgedragen als de griep, maar doet niet bij iedereen iets. Totdat het als een sleutel in een slot past bij diegene die je daadwerkelijk wil aanvallen.

#2 Sociale ongelijkheid. Wat als het straks mogelijk is om je genen te wijzigen? Ontstaat er dan een verschil in de samenleving tussen mensen die dit willen en kunnen betalen? Ontstaan er dan meerdere groepen in de maatschappij: natuurlijke mensen en supermensen? In mijn artikel over ‘human enhancement’ ga ik hier dieper op in [link onderin].

#3 Onzekerheid. Weten we wel wat de uitkomsten van genetische modificatie zullen zijn? In een artikel in de Volkskrant wordt arts en hoogleraar Marli Huijer geïnterviewd [link onderin]. Daarin zegt ze dat de evolutie waarin het menselijk DNA is ontstaan een proces is geweest van honderden miljoenen jaren. ‘We hebben nauwelijks een idee van de complexiteit daarvan.’

Als we als mensheid nu besluiten om daarop in te grijpen om alles perfect te maken, haal je volgens haar de motor van de evolutie weg. Je hebt dan geen imperfecties meer, terwijl die imperfecties essentieel zijn voor de evolutie.

Tijdens de Science Meets Business-bijeenkomst in Leiden in april 2018 hield ik een lezing over de mogelijke risico’s en nadelen van genetische modificatie. De presentatie helemaal onderaan het artikel.

Wat zijn de kansen van deze ontwikkeling?

Kansen

Wat zijn de kansen van genetische modificatie? Sommige experts op dit terrein verwachten dat de medische wetenschap hiermee straks in staat is om 3.000 genetische ziektes blijvend te genezen.

Met CRISPR/cas9 kunnen we zo’n 3.000 genetische ziektes blijvend genezen.

Om die reden zetten veel bedrijven in op deze technologie. Voorbeelden hiervan zijn Editas, Caribou en CRISPR Therapeutics [links onderin]. Door de beschikking van grote hoeveelheden genetische data én de mogelijkheid om deze straks te kunnen programmeren en wijzigen, wordt verwacht dat deze bedrijven de nieuwe Google, Facebook en Apple worden.

Door de digitalisering van genetische data kan een veel grotere groep hier aan mee doen. In de Tegenlicht-documentaire ‘Dokteren met DNA’ [link onderin] wordt gezegd dat de volgende Bill Gates of Steve Jobs op zijn of haar zolderkamer de volgende medische doorbraak kan bedenken (en commercieel kan vermarkten). Niet voor niets heeft Bill Gates in een interview in 2011 gezegd dat als hij nu jong zou zijn, hij biologie zou hacken in plaats van computers.

Impact

Op het World Economic Forum in Davos in 2018 was genetische modificatie één van de meest besproken onderwerpen. Feng Zhang van MIT (Massachusetts Institute of Technology) was tijdens een discussie hoopvol, zo blijkt uit een artikel van de NRC: ‘We worden steeds beter in DNA lezen en veranderen.’ Daarmee kunnen we straks eigenschappen van het ene organisme in het andere plaatsen. ‘Er is een enorme uitsterving van dier- en plantsoorten bezig op aarde, wellicht kunnen we die hiermee stoppen.’

Maar wat als het onverhoopt misgaat? Stel je voor dat we olifanten genetisch gaan bewerken, maar dat het voor nadelige en onverwachte gevolgen in de rest van het ecosysteem zorgt? Mary Cummings, directeur van het Humans and Autonomy Lab geeft een voorbeeld. Ze vertelt dat drones worden ingezet tegen stropers. Het blijkt echter dat de frequentie waarop de drones bedient worden, dezelfde frequentie is als die bijen uitzenden. Dit lokt een krachtige stressreactie op bij de olifanten, voor wie de bijen een natuurlijke vijand zijn. Technologie kan dus zeker gevolgen hebben die we (nog) niet voorzien.

Noodknop

Feng Zhang van MIT denkt dat de oplossing hier ook weer technologisch voor is, namelijk een soort van noodknop: ‘We slagen er steeds beter in om in sterk aangepaste genetische organismes een soort moleculaire kill switch in te bouwen.’ Dit werkt dan als een soort van schakelaar voor als het organisme zich slecht gedraagt, waarmee de genetische modificatie ongedaan kan worden gemaakt.

Wat de overheid hiermee moet? In het artikel in het NRC komt VN-gezant Thomson aan het woord: ‘Er is simpelweg nog geen wereldwijde discussie over het bedenken van goede wetgeving voor dit soort technieken.’ Dat is het lastige voor overheden, juridische- en politieke organen; je loopt bijna altijd achter de feiten aan.

Wat is de wetgeving op dit terrein in Europa?

Wetgeving

De wetgeving rondom genetische modificatie en met name CRISPR/cas9 in Nederland en Europa is onduidelijk. Momenteel is hierin Directive 2001/18/EC leidend [link onderin]. Op basis hiervan heeft de hoogste rechter binnen het Europese Hof van Justitie in juli 2018 uitgesproken dat CRISPR/cas9 onder dezelfde regels vallen als modificatie met soortvreemde technieken. Dit wordt ook wel ‘transgenetica’ genoemd en gaat bijvoorbeeld over het toevoegen van een gen uit poolvissen bij aardappels zodat die beter tegen koude kunnen.

Dit is in tegenstelling met de wetgeving in andere delen van de wereld, zoals in China of de Verenigde Staten. In de Verenigde Staten en Canada wordt beoordeeld of de uitkomst van de behandeling transgeen is. Kortom, als je met CRISPR/cas9 aanpassingen doet die ook binnen de natuur zouden kunnen voorkomen door evolutie, dan is het daar geoorloofd.

Gevolgen

Het merkwaardige is dat door handelsverdragen die gemodificeerde producten uit de Verenigde Staten en Canada te krijgen zijn in Europa en dat je het niet aan het product kan zien. Immers, de aanpassingen kunnen ook natuurlijk zijn opgetreden.

Een gevolg van deze wetgeving waarvoor door onder andere John van der Oost (Wageningen Universiteit) wordt gewaarschuwd is dat onderzoekers hiermee uit Europa vertrekken naar andere werelddelen waar de regels minder strak zijn.

Wat kan deze ontwikkeling betekenen voor overheden?

Beleid

In 2017 was ik om die reden te gast bij twee discussieavonden die werden georganiseerd door het Ministerie van Veiligheid en Justitie en het Openbaar Ministerie om hier over mee te denken en te praten.

Neem het concept van de Genesis Engine [link onderin]. Amy Maxman schreef hierover voor magazine Wired in 2015. De eerste stap is dat we DNA van miljoenen mensen gaan analyseren om te onderzoeken welke genen een relatie hebben met bepaalde aandoeningen. Als de relaties duidelijk zijn en de technologie voor genetische modificatie verder ontwikkelt, dan zijn we in staat om mensen te programmeren zoals we vandaag de dag ook doen met software en apps.

Wat betekent dit voor ons menszijn? En wanneer je besluit om je eigen basiscode niet te wijzigen? Ontstaat er dan een klasse van supermensen [link onderin]?

Het leek me treffend om te eindigen met een treffende uitspraak van Jennifer Doudna.

Conclusie

Ik eindig dit artikel met Jennifer Doudna, één van de ontdekkers van CRISPR/cas9: ‘De mogelijkheden van CRISPR – goed en kwaad – zijn allen beperkt door ons voorstellingsvermogen. Als soort hebben we nooit eerder deze mogelijkheden gehad. De macht over de genetische toekomst van onze eigen soort is zowel ontzagwekkend als vreesaanjagend. Beslissen over hoe hiermee om te gaan is misschien wel de grootste uitdaging die ons te wachten staat’.


In dit deel staat extra informatie, zoals video’s en presentaties.

Video genetische modificatie

De Vlaamse comedian Lieven Scheire heeft een theatercollege gemaakt over genetica, DNA en Crispr/cas9. In 2019 interviewde ik hem hierover. Het volledige gesprek komt in de Biohacking Impact podcast. Bekijk en beluister een deel van het gesprek hieronder:

Interview met Lieven Scheire over DNA


Spreker genetische manipulatie

In januari 2018 gaf ik een lezing over de impact en ethische aspecten van genetica en genetische modificatie. Bekijk de presentatie hieronder:

Presentatie over de impact van genetica, genetische modificatie en de ethische vraagstukken

In Leiden gaf ik op Science Meets Business in april 2018 een presentatie over CRISPR/cas9.

Presentatie over CRISPR/cas9 en de mogelijke risico’s


Referentie

In januari 2018 vertelde ik de Conferentie ‘Supermensch, de maakbare evolutie’ over genetische modificatie. Na afloop ontving ik deze aanbeveling van de organisatie:

‘Peter was een van de sprekers op de Conferentie ‘Supermensch, de maakbare evolutie’.  Wij als 3e jaars studenten Art, Communication and Design van de Fontys hogeschool voor de Kunsten, zijn in de huid van de experts gekropen en hebben een conferentie over gene-editing georganiseerd.

Tijdens dit avondvullend programma over wat genetische modificatie met onze wereld gaat doen en de keuzes en dilemma’s die wij als ‘de volgende generatie’ zullen moeten maken heeft Peter in 40 minuten ons een heel stuk wijzer gemaakt over wat mogelijk is en waar we misschien wel heen gaan met deze technieken!

Hij heeft het onderwerp van een hoop verschillende kanten weten uit te lichten en verduidelijken. Het was een erg leerzame en prettige presentatie wat ook bleek uit de feedback van het publiek. We hopen nog veel van Peter te horen!’

– Lonneke Frenken, organisatie Conferentie Supermensch, de maakbare evolutie (Tilburg)

Wil je meer weten over dit onderwerp? Neem dan contact met me op als je vragen hebt. Ook als je me wil uitnodigen om een lezing of presentatie te geven bij je bedrijf, op je congres, symposium of bijeenkomst.

Kijk trouwens naar mijn lezingen-pagina voor een overzicht van waar en waarover ik heb gesproken.


Leeslijst

Wil je meer weten over dit onderwerp? Eerder schreef ik deze gerelateerde artikelen over dit thema:

Dit zijn andere artikelen die ik heb genoemd:

Hieronder kun je mijn gerelateerde podcast-interviews luisteren. Je kan je ook abonneren op mijn podcast via iphone (IOS) of Spotify (en met je smartphone de interviews luisteren).

Aflevering 82 is met professor John van der Oost over CRISPR/cas9, genetische modificatie en het onderzoek dat hierin is/wordt gedaan in Wageningen.

Aflevering 79 is Lieven Scheire over DNA en genetische modificatie:

Aflevering 77 is met professor Sjoerd Repping over designer baby’s:

Aflevering 71 is over DNA, genetische modificatie en bioterreur.

Aflevering 57 is met Nadine Bongaerts. Hierin praten we uitgebreid over CRISPR/cas9 en de consequenties hiervan.

In de podcast Bionic Man (BNR en het Financieel Dagblad) bespraken we genetische aanpassingen bij embryo’s:

Ik ben ook in de media geweest over dit onderwerp:

  • Artikel: Deze tomaat past bij je genen (NRC Handelsblad)

Deze boeken heb ik in dit artikel genoemd:

Dit zijn opleidingen en cursussen die ik heb gevolgd of evenementen die ik heb bezocht:

Dit zijn externe bronnen die ik het gebruikt:

Ik nam een video op over hoe een DNA-zelftest werkt. Bekijk de video hieronder. In dit artikel op mijn persoonlijke blog lees je er meer over: zelf DNA test doen.

Video over het doen van een DNA test


Wat wil jij nog weten over biohacking en het hacken van je DNA? Laat het me weten in de comments!