Genetische manipulatie

Genetische manipulatie (doorgaans in negatieve context) of genetische modificatie (doorgaans in positieve context), (GM) is het door de mens handmatig en gericht veranderen van de genen van een organisme en is een onderdeel van de gentechnologie. Het begrip GM dient onderscheiden te worden van de klassieke wijze van het kruisen van gewassen of dieren. Informatie over de klassieke wijze van verandering van de genen van organismen is te vinden in de artikelen over domesticatie en veredeling (o.a. mutatieveredeling en hybrideveredeling).

De engere betekenis van het begrip betreft uitsluitend het aanbrengen van genetische aanpassingen zonder uitsluitend gebruik te maken van het normale/natuurlijke voortplantingsproces van het organisme. Hierbij is sprake van verandering van één of meerdere genen in een cel. Dit komt neer op een vorm van biologisch knip- en plakwerk, een stukje DNA wordt met behulp van een bacterie (bij tweezaadlobbigen) of een met een goudlaagje bedekt minuscuul kogeltje (bij eenzaadlobbigen) of met behulp van een virus of met andere technieken overgebracht van het ene naar het andere organisme.

Het klonen als bijzondere vorm van genetische manipulatie wordt in dit artikel buiten beschouwing gelaten.

Inhoud 1 Historie 2 Ontwikkeling van de techniek 3 Toepassingen 3.1 Gentherapie 3.2 Voedselproductie 3.2.1 Planten 3.2.2 Dieren 3.2.3 Micro-organismen 3.3 Geneesmiddelen 3.4 Bestrijding van ongedierte en ziekten 3.5 Proefdieren 3.6 Overig 4 Voor- en nadelen 4.1 Potentiële voordelen 4.2 Potentiële nadelen 5 Maatschappelijke acceptatie 6 Regelgeving 7 referenties 8 Zie ook 9 Externe links

[bewerk] Historie

Het begin van de genetische manipulatie startte met de ontdekking in 1974 dat de kroongalbacterie Agrobacterium tumefaciens een DNA-stukje van een plasmide overdroeg naar het plantengenoom van zijn gastheer en dat dit stukje DNA de plant dan aanzette tot de vorming van kroongallen op de wortels.
Vanaf 1983 is het mogelijk om gewenste genen bij Agrobacterium tumefaciens in te brengen en deze zo in het genoom van de plant te krijgen.
In 1994 werd het eerste genetisch gemanipuleerde voedsel in de V.S. op de markt gebracht. Het betrof het ggo-tomatenras 'Flavr Savr' met een langere houdbaarheid dan de toenmalig bestaande rassen. Twee jaar later werd zowel in de V.S. als in Engeland ggo-tomatenpuree geïntroduceerd.

Organismen die ontstaan zijn door genetische manipulatie worden ggo (genetisch gewijzigd organisme) of gmo (genetically modified organism) genoemd. Tegenwoordig wordt hiervoor ook wel het begrip transgeen organisme gebruikt. Een spraakmakend voorbeeld van genetisch gemodificeerde dieren was de stier Herman. Vooral bij de productiegewassen maïs, katoen, soja en koolzaad heeft de genetische modificatie een grote vlucht genomen.

[bewerk] Ontwikkeling van de techniek

De genetische code van alle organismen is hetzelfde: een gen dat in het ene organisme codeert voor een bepaald eiwit, codeert in een ander organisme voor eenzelfde eiwit. De hele biologische natuur hanteert dezelfde genetische code. Hierdoor is het in principe mogelijk om erfelijke eigenschappen van een soort naar een andere soort over te brengen. Het overbrengen van een eigenschap van de ene soort naar een andere soort noemt men transgenese. Als het gaat om soorteigen DNA spreekt men van cisgenese.

Genetische manipulatie vindt plaats op het niveau van een enkele cel. Het gewenste gen (in de vorm van DNA) wordt uit een organisme gehaald en met behulp van de polymerase-kettingreactie vermenigvuldigd (gekopieerd).

• Gentherapie: Bij de toepassing van de gentherapie worden voor het overbrengen van het DNA virussen of liposomen gebruikt.
• Tweezaadlobbige planten: hierbij wordt het DNA aan de bacterie Agrobacterium toegevoegd, die het DNA opneemt in een plasmide (een plasmide is een cirkelvormig stukje DNA). Deze bacteriën worden dan weer toegevoegd aan een oplossing van losse cellen of op bladponsjes van het doel-organisme.
• Eenzaadlobbige planten: Het DNA wordt op minuscule, met goud bedekte kogeltjes aangebracht en met een speciaal pistool in het doelorganisme geschoten.
• In principe kunnen ook virussen die, anders dan de meeste virussen, hun genetische informatie in dubbelstrengs DNA hebben opgeslagen, voor de overdracht gebruikt worden. Deze methode is echter nog in ontwikkeling.

Er zijn verschillende methoden om te bevorderen dat het DNA in het genoom van de cellen wordt opgenomen.

De behandeling wordt meestal op een zeer groot aantal cellen uitgevoerd en heeft per cel maar een geringe slaagkans. Als het bij een of meer cellen is gelukt, is het daarna zaak om die cellen te selecteren waarbij de behandeling geslaagd is en deze verder te kweken en tot plantjes te laten uitgroeien. Dergelijke technieken om uit een enkele cel een plant op te kweken zijn inmiddels in veel laboratoria routine.

[bewerk] Toepassingen

Er is een aantal toepassingen van genetische manipulatie. De belangrijkste daarvan zijn gentherapie, voor de voedselproductie en voor de productie van medicijnen.

[bewerk] Gentherapie

(zie ook het artikel gentherapie).
Gentherapie is een behandeling om erfelijke aandoeningen te genezen. Bij erfelijke aandoeningen is er sprake van een afwijkend of ontbrekend gen dat ziekteverschijnselen veroorzaakt. Bij gentherapie wordt een gezond gen in de lichaamscellen van de patiënt ingebracht. Het is niet altijd nodig dat dat in alle lichaamscellen gebeurt -dat zou gentherapie nagenoeg onmogelijk maken; bij de behandeling van bijvoorbeeld hemofilie is het voldoende om de cellen die bepaalde stollingsfactoren aanmaken te genezen. Een probleem bij deze vorm van behandeling is dat cellen die een bepaald groot molecuul aanmaken dat voor de patiënt niet lichaamseigen is meestal een afweerreactie zullen oproepen en worden vernietigd. Er zijn wereldwijd nog maar een paar zeer specifieke en zeldzame gevallen waarin gentherapie bij mensen ooit enig succes heeft gehad. Ook zijn er gevallen waarin de patiënt aan de behandeling overleed.

[bewerk] Voedselproductie

[bewerk] Planten

Van een aantal gewassen bestaan varianten die door genetische manipulatie zijn aangepast. De aanpassing is bedoeld om de rassen resistent te maken tegen ziekten of tegen bepaalde bestrijdingsmiddelen, of soms om extra voedingstoffen te bevatten of onder slechtere omstandigheden te kunnen groeien.

Golden rice (Gouden rijst) is een variant van rijst die bètacaroteen bevat, een stof die in het lichaam wordt omgezet tot vitamine A. Dit gewas is bedoeld om het tekort aan vitamine A in het voedselpakket in Derde-Wereldlanden te bestrijden, dat velen onnodig blind maakt. In 2005 is een nieuwe variant ontwikkeld die tot 23 keer meer beta-caroteen bevat dan de oorspronkelijke variant^[1]. Geen van beide vormen is op dit moment nog beschikbaar voor menselijke consumptie.

Veredelingsbedrijven hebben inmiddels een hele reeks genetisch gemodificeerde rassen gekweekt en op de markt gebracht. Zo zijn maïsrassen resistent gemaakt tegen de Europese maïsboorder (Ostrinia nubilalis) en zijn rassen van maïs, katoen en koolzaad ongevoelig gemaakt voor bepaalde herbiciden. Ook bij suikerbieten zijn er inmiddels ook gmo-rassen met herbicidenresistentie. Hierdoor kunnen deze planten besproeid worden met die herbiciden waardoor concurrerende onkruiden wel, maar de te oogsten planten zelf niet te gronde gaan.
Bij tomaat zijn er ggo-rassen met vertraagde rijping en langere houdbaarheid.
Bij tabak wordt de mogelijkheid onderzocht van productie van geneesmiddelen tegen kanker.

[bewerk] Dieren

De AquAdvantage-zalm is gemaakt door een gen van een aal en het groeihormoongen van een bepaalde zalm in de Atlantische zalm te zetten, waardoor deze ggo-zalm twee keer sneller groeit. Dat hij ook zes keer zo groot zou worden als een normale zalm is een fabeltje, de eindgrootte is dezelfde. Echter, wellicht het belangrijkste voordeel voor de industrie is dat de AquAdvantage-zalm ook onder koude omstandigheden blijft doorgroeien. Dit in tegenstelling tot niet gemodificeerde. Hierdoor kunnen gemodificeerde zalmen twee keer per jaar geoogst worden in plaats van slechts één keer. Ze hebben ook 30% minder voer nodig om hun oogstgewicht te bereiken. (Alle in Nederland voor consumptie gefokte kippen hebben ook een sterk verhoogde groeisnelheid. Dit effect is echter zonder genetische manipulatie door gericht fokken verkregen.)

In een Greenpeace rapport uit 2000^[2] wordt een onderzoek, verricht aan de universiteit van Purdue aangehaald waarin gesteld wordt dat slechts enkele ontsnapte transgene zalmen al genoeg kunnen zijn om de hele plaatselijke wilde vispopulatie uit te roeien^[3]. Deze onderzoekers gebruikten echter een wiskundig simulatiemodel en deden geen onderzoek aan zalmen.

[bewerk] Micro-organismen

Transgene micro-organismen worden over de hele wereld gebruikt voor het produceren van verschillende stoffen, zoals antibiotica en citroenzuur. Ze worden hiervoor in grote fermenteervaten gekweekt. Vele tientallen geneesmiddelen worden op deze manier al gemaakt. Voorbeelden zijn insuline en andere peptidehormonen zoals EPO, FSH en groeihormoon, TPA, cytokinen, interleukine, interferon, monoclonale antistoffen, stollingsfactoren en vaccins tegen o.a. hepatitis B en kinkhoest.
Voor het verkrijgen van een lager alcoholpercentage in wijn worden er proeven gedaan met de ggo-gist met het glucose-oxidasegen afkomstig van de schimmel Aspergillus niger^[4].

[bewerk] Geneesmiddelen

Vele geneesmiddelen worden via de recombinant-DNA-techniek met behulp van gist geproduceerd. Het genoom van de gist Saccharomyces cerevisiae was een van de eerste genomen van een levend wezen dat geheel bekend was. Gist is een veelgebruikte soort bij genetische experimenten.

De stier Herman, maar ook geiten en schapen zijn genetisch gemodificeerd voor het maken van bepaalde stoffen in hun melk voor medicinale doeleinden zoals het menselijke serumalbumine^[5]. (De stier Herman natuurlijk niet zelf, maar wel via zijn vrouwelijke nakomelingen).

Planten kunnen via genetische manipulatie worden gebruikt voor de productie van medicijnen. In de Verenigde Staten worden binnenkort deze planten geteeld en als eerste is een ggo van rijst voor dit doel nu toegelaten. In Nederland adviseert de Commissie genetische modificatie (Cogem) voedingsgewassen hiervoor niet te gebruiken in verband met risico's voor mens en dier.

[bewerk] Bestrijding van ongedierte en ziekten

Amerikaanse wetenschappers hebben een gen in een malariamug ingebracht dat een molecuul aanmaakt dat de levenscyclus van een malariaparasiet Plasmodium sp blokkeert^[6]. Door dit gen kan de parasiet niet meer in de speekselklieren van de ggo-mug komen. Het grote probleem is nu echter om de natuurlijke mug te laten verdringen door de genetisch gemodificeerde.

Er worden ook andere pogingen gedaan om insecten zoals de malariamug te bestrijden met gebruik van genetische manipulatie. Het idee is om mannetjes te kweken met een dominant dodelijk (letaal) gen dat alleen in vrouwtjes tot expressie komt. Grote hoeveelheden van zulke mannetjes worden dan losgelaten, zij zullen paren met de in het wild voorkomende vrouwtjes. Als resultaat zullen alle vrouwelijke nakomelingen van de wilde vrouwtjes overlijden voordat ze nageslacht produceren. Deze techniek is al lang bekend en is bij verscheidene soorten schadelijk vliegen al met succes toegepast, maar nog niet als de mannetjes genetisch gemodificeerd waren.

[bewerk] Proefdieren

Genetische manipulatie wordt ook gebruikt voor het aanpassen van dieren ten behoeve van onderzoek aan ziekten. Sinds de ontrafeling van het genoom van de mens en de muis is een groot aantal stammen van muizen gemaakt waarbij gericht een bepaald gen uitgeschakeld is (knock-out muizen)om te onderzoeken welke functie dit gen in het gezonde organisme vervult. Een voorbeeld is de kankermuis, een stam van laboratoriummuizen die speciaal ontwikkeld is om kanker te bestuderen. Deze muizen krijgen van nature vrijwel altijd kanker.

[bewerk] Overig

Sinds een aantal jaren zijn er genetisch gemanipuleerde aquariumvissen in de handel. Een bekend voorbeeld is de GloFish, een zebravis waar men een gen van koraaldieren heeft ingeplant waardoor het visje lichtgevend is geworden. De verkoop van dit visje is in Nederland verboden.

Het bedrijf Allerca werkt aan de ontwikkeling van een hypoallergene kat, om mensen die allergisch zijn voor katten toch de mogelijkheid te bieden om ze als huisdier te houden.

Er wordt gespeculeerd over gendoping, waarbij op vergelijkbare wijze als bij gentherapie, sporters in staat worden gesteld betere prestaties te leveren. Meer dan pure speculatie is dit voorlopig nog niet.

[bewerk] Voor- en nadelen

[bewerk] Potentiële voordelen

• Een schoner milieu door een lager verbruik van gewasbeschermingsmiddelen en minder gifstoffen op groenten en fruit bij de consument.
• Onder droge omstandigheden of op zoute gronden kunnen nu ook gewassen geteeld worden.
• Op arme gronden of onder koude omstandigheden wordt het mogelijk voldoende hoge opbrengsten te behalen o.a. met behulp van stikstofbindende bacteriën en kouderesistente zonnebloemen (nog in de ontwikkelingsfase).
• Redden van soorten (Zo wordt het voortbestaan van de bananenboom in Azië, Zuid-Amerika & Afrika bedreigd door 2 schimmelziektes (Fusarium oxysporum & Mycosphaerella fijiensis), door middel van genetische manipulatie kan de plant hiertegen resistent gemaakt worden en zo de soort redden).
• Medicijnen en vaccins door planten in plaats van dieren laten produceren (nog in de ontwikkelingsfase).
• Erfelijke afwijkingen genezen door middel van gentherapie.
• Efficiënter telen van gewassen.
• Het voedsel gezonder maken (b.v. de gouden rijst, zie boven)
• Specifieke productie van bepaalde stoffen zoals bij de soja, koolzaad (oliesamenstelling) en zetmeelaardappel (100% amylopectine).

Volgens het National Center for Food and Agricultural Policy in Amerika gaven de ggo-gewassen koolzaad, maïs, katoen, papaja, squash en soja in 2003 een meeropbrengst van 2,3 miljard kg aan voedsel en vezels met een waarde van $1,9 miljard en werd het pesticide verbruik verlaagd met 21 miljoen kg.

[bewerk] Potentiële nadelen

• Onduidelijkheid over wat er met de soortvreemde genen gebeurt, in hoeverre deze genen zich verspreiden naar de natuurlijke populatie.
• Onduidelijkheid over de gevolgen voor de biodiversiteit.
• Onduidelijkheid over de voedselveiligheid door het optreden van nog onbekende effecten in de plant (voorbeeld: allergie bij soja).
• Voedselveiligheid: verschillende gewassen (die desondanks toegelaten zijn voor consumptie) hebben bij dierproeven resultaten gegeven als orgaanschade en bloedingen.
• Het ontstaan van 'super-onkruiden': tegen herbiciden resistente ggo-gewassen kunnen bij de buurman, of in het eigen veld met een ander gewas, moeilijker te bestrijden onkruiden worden. Dit zou zijn beschreven bij koolzaad.
• Gif: zogenaamde "insectresistente" gewassen produceren veelal Bt gif, hetgeen schadelijk zou zijn gebleken voor o.a. bijen (honing) en lieveheersbeestjes. Onderzoek vond echter geen significante verschillen in andere dan plaaginsecten, waaronder (zevenstippelige lieveheersbeestjes) in velden met genetisch gemodificeerde gewassen^[7]. Het Bt-toxine bleek in laboratoriumexperimenten niet giftig voor bijen^[8].
• De oplossingen helpen niet om het probleem van de voedselproblematiek op te lossen, de problemen liggen elders.
• Lagere opbrengsten dan voorspeld, misschien door inherente zwakte van de ggo gewassen.
• Onomkeerbaarheid, als er later meer mis blijkt te zijn met de techniek.
• Eigendomsrecht: ggo gewassen vallen onder patent-wetgeving (gewone planten onder kwekersrecht) waardoor de zaadbedrijven veel meer macht krijgen ten opzichte van de boeren.
• GM gewassen maken de verbouw van gewassen duurder door de verplicht af te dragen licentiekosten.
• De keuzevrijheid van de consument wordt aangetast, doordat ggo gewassen ook de gewone gewassen bestuiven en op den duur al het voedsel geëtiketteerd zal moeten worden als zijnde "ggo".
• Mensen met allergieën worden misschien verder beperkt in hun mogelijkheden, doordat groente en fruit componenten van andere organismen kunnen gaan bevatten, en zelfs een incidenteel voorkomende besmetting kan al hinderlijk zijn.
• De techniek kan een nieuw wapen worden voor terroristen. Het lijkt nog maar een kleine stap om dodelijke virussen voor mensen te creëren.

[bewerk] Maatschappelijke acceptatie

In China, de Verenigde Staten en Brazilië is op grote schaal het gebruik van gmo-rassen geaccepteerd door de overheid. In andere landen, zoals Oostenrijk en Venezuela, totaal niet.

In 2002 werd wereldwijd bijna 60 miljoen, in 2003 bijna 70 miljoen en in 2005 90 miljoen ha beteeld met ggo-rassen. Soja had in 2001 63%, maïs 19%, katoen 13% en koolzaad 5% van dit areaal en in 2004 was dit respectievelijk 60%, 23%, 11% en 6%. In 2001 kwam de teelt voor 99% voor in de vier landen V.S. (68%), Argentinië (22%), Canada (6%) en China (3%). In 2004 was dit voor de V.S. (59%), Argentinië (20%), Canada (6%), Brazilië (6%) en China (5%).

In 2003 werd in de V.S. 73% van het katoen-, 32% van het maïs- en in het seizoen 2003/2004 13% van het soja-areaal met gmo-rassen beteeld. In 2003 werd 17% van het wereldareaal van katoen met ggo-rassen verbouwd. GGO-katoen werd in 2003 in de V.S., Australië, China, India, Indonesië, Mexico, Argentinië, Colombia en Zuid-Afrika verbouwd. In 2005 werd er in 21 landen ggo's geteeld, waaronder nu voor het eerst Portugal, Frankrijk en Tsjechië.

Sinds 2004 is het ook mogelijk om in de Europese Unie en dus ook in Nederland genetisch gemodificeerde rassen te verbouwen. Griekenland, Italië, Oostenrijk, Polen en Luxemburg weigeren echter nog steeds deze rassen toe te laten.

Van de verschillende toepassingen is het gebruik van genetische manipulatie in de voedselproductie volgens organisaties als Greenpeace en Friends of the Earth omstreden. De bezwaren die door deze organisaties worden ingebracht zijn al onder 'nadelen' opgenoemd. Greenpeace voert al jaren actie tegen gmo's en doet dit op een zeer emotionele manier met kreten als "Als een sluipmoordenaar neemt de gentechindustrie de wereld over", waarbij de objectieve bewijsvoering echter nogal achterblijft.

[bewerk] Regelgeving

Sinds 2004 is het mogelijk om in de Europese Unie genetisch gemodificeerde rassen te verbouwen van o.a. aardappels, suikerbiet en maïs. In Nederland wordt door het bedrijfsleven aan een overeenkomst gewerkt, waarbij o.a. afstanden tussen velden met ggo-rassen en velden met traditionele rassen en bufferzones worden vastgesteld. Ook zal er en waarborgfonds voor schadegevallen worden ingesteld. Met name de biologische landbouw is bevreesd voor besmetting met materiaal van ggo's.

In Nederland is er sinds 2005 een verbod op de productie van genetisch gemodificeerde dieren voor sport en vermaak.

De Nederlandse Commissie Genetische Modificatie (COGEM) adviseert de overheid over allerlei toepassingen van genetische modificatie. In 2006 werden meer dan 20 gerichte adviezen gepubliceerd^[9].

In Venezuela is het gebruik van genetische gemanipuleerde zaden verboden sinds april 2004.

[bewerk] referenties

1. ↑ Paine et al. 2005. Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. Nature Biotechnology doi:10.1038/nbt1082
   
2. ↑ J van Aken, Genetically engineered fish; swimming against the tide of reason. Greenpeace, 2000 artikel
3. ↑ William M Muir, Richard D Howard. Assessment of possible ecological risks and hazards of transgenic fish with implications for other sexually reproducing organisms Transgenic Research 11: 101–114, 2002.(Review)artikel
4. ↑ D. F. Malherbe, M. du Toit, R. R. Cordero Otero, P. van Rensburg, I. S. Pretorius. Expression of the Aspergillus niger glucose oxidase gene in Saccharomyces cerevisiae and its potential applications in wine production. Applied Microbiology and Biotechnology 61, Numbers 5-6 / June, 2003 pp 502-511 samenvatting
5. ↑ De Boer H.A. et al, Generation of transgenic dairy cattle using 'in vitro' embryo production. Biotechnology (9): 844-7 (1991)
6. ↑ James AA, ''et al, Controlling malaria transmission with genetically-engineered, Plasmodium-resistant mosquitoes: milestones in a model system. Parassitologia. 1999 Sep;41(1-3):461-71.
7. ↑ Denis Bourguet et al. Ostrinia nubilalis parasitism and the field abundance of non-target insects in transgenic Bacillus thuringiensis corn (Zea mays) Environ. Biosafety Res. 1 (2002) 49-60
8. ↑ Sims, SR. Bacillus thuringiensis var. kurstaki (CryIA(C)) protein expressed in transgenic cotton: Effects on beneficial and other non-target insects. Southwestern Entomologist. Vol. 20, no. 4, pp. 493-506. 1995.
9. ↑ recente publicaties van het COGEM

[bewerk] Zie ook

• Ecologische landbouw
• Biotechnologie

[bewerk] Externe links

• Dossier Genetische Manipulatie (NRC)
• Genetische manipulatie (Greenpeace)
• Stichting Consument en Biotechnologie
• GloFish (kennislink), informatie over het lichtgevende zebravisje
• http://www.macrovu.com/gmtest.html pro's en contra's (Engels)
• http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT04NL.PDF Een voorbeeld over genetische afwijkingen en gentherapie
• http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT09EN.PDF transgene planten (Engels)
• http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT11EN.PDF transgene dieren (Engels)
• http://www.ncfap.org/ National Center for Food and Agricultural Policy in Amerika (Engels)
• GMO-compass.org