Een verkenning in de moderne biologie

GENETICA, GENETIC ENGINEERING EN EUGENETICA

Gedurende lange tijd is de biologie een tak van de wetenschap geweest die haar onderzoeksterrein 'zuiver' hield. Daarmee wordt bedoeld dat ze niet streefde naar praktische toepassingen van haar resultaten. Helemaal los van de praktijk heeft ze natuurlijk nooit gestaan, gezien alleen al de ontwikkeling van de geneeskunde. Maar de biologen zelf waren er niet op gespitst hun kennis om te zetten in maatschappelijk belangrijke toepassingen. Toegepaste biologie bestond wel in een andere universitaire fakulteit, namelijk de medische. In de praktijk was echter de afstand tussen deze en de natuurwetenschappelijke afdeling groot. De laatste decennia is hier een sterke verandering te constateren. Biologie, scheikunde en medicijnen lijken naar elkaar toe te buigen om helderheid te verschaffen in één van de fundamentele processen in de levende natuur, het mechanisme van de overerving van genetische eigenschappen.

De deelwetenschap die het overerven van kenmerken van de ene generatie op de andere bestudeert, wordt erfelijkheidsleer of genetica genoemd. Wanneer men tracht de genetica te beschrijven in chemische termen spreekt men vaak van molekulaire biologie. Deze molekulaire biologie die met behulp van enerzijds genetische en anderzijds biochemische technieken het leven en de erfelijkheid probeert te doorgronden, maakt een stormachtige ontwikkeling door. Hoe meer men te weten komt over de processen in de cel des te boeiender wordt het onderzoek. Vele technieken en allerhande analyseapparatuur staan de onderzoekers, wier aantal nog steeds toeneemt, ter beschikking. De vragen naar de perspectieven die de nieuwe kennis biedt, worden ook groter in getal. Zal de molekulair-biologische kennis omgezet worden in dito macht, ten goede of ten kwade? Is er grond voor vrees voor een 'Brave New World' (Aldous Huxley) of hoop op een echt betere wereld? Moet de onderzoeker in het veld zich gaan bezinnen of hij al dan niet meewerkt aan een heilloze ontwikkeling? Men meent lering te kunnen trekken uit de ontwikkeling van de kernfysica. Puur vakwetenschappelijke kennis kan snel worden aangewend voor de fabrikage van de meest dodelijke wapens. Heel vaak komt het Brave-New-World motief naar voren: de angst voor een medischbiologisch getiranniseerde wereld.

Bij de leek komen slechts fragmenten van het bovengenoemde complex van vragen over. Dit is enerzijds te wijten aan een gebrekkige voorlichting, anderzijds aan de gebruikte terminologie, het vakjargon. Het enige wat overblijft is een gevoel van onbehagen of angst, vaak nog versterkt door een op sensatie beluste pers. Toch moet verhinderd worden dat de problematiek alleen door vakmensen wordt besproken. Zij hebben hulp van buitenaf hard nodig, omdat het geen vaktechnische maar ethische vragen zijn, die ten nauwste samenhangen met de religieuze overtuiging. We vertrouwen erop dat ook de lezerskring van dit blad mee wil denken over de vraag wat een verantwoord beheer van de schepping inhoudt. We hebben daarom de moeite genomen om via een tweetal artikelen de lezers een indruk te geven van een omstreden gebied van de levenswetenschappen. In het eerste willen we een korte schets geven van de historische ontwikkeling van de genetica, waarbij hopelijk een aantal trefwoorden duidelijk zullen worden. Vervolgens zal aan de hand van enkele voorbeelden getoond worden tot welke zaken de nieuwe kennis aanleiding kan geven. In het tweede artikel zullen we dieper proberen in te gaan op de ontstane vragen en trachten we tot een waardering te komen.

Genen

Als grondlegger van de moderne erfelijkheidsleer wordt over het algemeen de Oostenrijkse monnik Gregor Mendel beschouwd (1822-1884). Het duurde echter tot de eeuwwisseling eer de waarde van zijn werk werd ingezien. Zijn verdienste schuilt daarin dat hij het begrip gen heeft geïntroduceerd. De genen zijn volgens Mendel - discrete - deeltjes, die van de ene generatie op de andere overgeërfd (doorgegeven) worden. Zij zijn de materiële dragers van de erfelijke eigenschappen van het organisme. Voor elke eigenschap zijn twee genen aanwezig. Wanneer deze verschillen, overheerst de een de ander, terwijl het ondergeschikte toch aanwezig blijft. In een volgende generatie kan het weer boven komen. Mendel vatte ook de experimentele kant van de zaak aan door zijn inmiddels beroemde kruisingsproeven met erwten in de kloostertuin te Brünn. Lange tijd heeft men moeten gissen naar de chemische aard van de overgeërfde deeltjes of genen. Pas toen men met mikro-organismen ging werken, kon ook de vraag naar de fijne structuur van het genetisch materiaal beantwoord worden. Het vermogen om bepaalde frakties uit de cel te kunnen zuiveren was nog niet voldende om deze kwestie op te lossen. Immers het isoleren van een bepaalde substantie uit de levende natuur houdt ook in dat de structuur waarin het functioneert vernietigd wordt; met andere woorden, hoe zuiverder een bepaalde stof is, des te verder staat ze af van de omgeving waar ze een rol speelt. Dit is te ondervangen door gedeeltelijk de weg terug te gaan, door de geïsoleerde stof te brengen in een testsysteem dat de natuurlijke situatie nabootst. Als het voorspelde effekt optreedt, is dat een aanwijzing dat men de juiste stof in handen heeft. De lezer kan zich voorstellen dat een testsysteem om de genen te vinden in eerste instantie niet mogelijk was omdat daar een intakte cel voor nodig is. Vanwege hun grote verscheidenheid stonden de eiwitten lange tijd kandidaat. Dit bleek echter een foutieve gedachte toen Avery, McLeod en McCarty in 1944 aantoonden dat ze met zuiver DNA (de-oxy-ribonucleïnezuur) veranderingen aan konden brengen in de erfelijke eigenschappen van een bacterie. Het testsysteem was gevonden. Kennelijk wordt het DNA opgenomen, ingebouwd en stabiel overgeerfd. Al spoedig stapelden de aanwijzingen zich op dat niet alleen bij bacteriën, maar bij alle organismen het DNA de erfelijke eigenschappen bevat. Bij hogere organismen is het DNA de belangrijkste component van de chromosomen.

Het DNA -molecuul

Het spreekt voor zich dat na bovenvermelde ontdekking vanuit meerdere disciplines grote belangstelling ontstond voor de fysische en chemische eigenschappen van het DNA-molecuul, die een verklaring zouden moeten geven voor het curieuse biologische gedrag. Het is aan de hand van diverse voorbeelden te illustreren dat men daarmee een antwoord hoopte te vinden op de vraag: wat is leven? In 1953 presenteerden Watson en Crick een model voor het DNA dat tot nu toe stand heeft weten te houden. Het lijkt ons hier niet de juiste plaats in te gaan op de details van dit model, te meer daar deze in tal van gepopulariseerde verhandelingen te vinden zijn, tot in de huis-, tuin- en keukenencyclopedie toe. We volstaan hier slechts met enkele opmerkingen. Het DNA bestaat uit lange draadvormige moleculen, die gepaard in een helix georiënteerd zijn. Hierin liggen de genen lineair gerangschikt. Binnen het gen ligt met behulp van een code in de lineaire volgorde van de bouwstenen van het DNA de informatie opgeslagen, die door de organellen van de cel vertaald kan worden bij het maken van eiwitten (enzymen en dergelijke). Hierbij geldt één gen: één soort eiwit. Een gen is dus niet veel anders dan een stuk DNA met een specifieke bouwstenenvolgorde. Deze volgorde is tegelijkertijd de informatie, benodigd voor de synthese van een specifiek eiwit. De eiwitten controleren de cel door middel van synthese en afbraak van bepaalde stoffen, zodoende beïnvloeden ze ook het uiterlijk van de cel, de door de beschouwer waargenomen erfelijkheid. Zo is men gekomen tot de beschrijving van de erfelijkheid in de vorm van een biochemisch model. Men kan zo ook een verklaring geven voor de stabiele overgang van erfelijke eigenschappen van generatie op generatie. Het DNA wordt daartoe zeer secuur verdubbeld met behoud van de speciale bouwstenenvolgorde. Mutaties ontstaan door een verandering van deze volgorde, waardoor een eiwit niet langer geproduceerd wordt. Als zo'n eiwit bv. een functie had bij de produktie van een kleurstof, verandert de kleur van het organisme in kwestie. Belangrijk om te vermelden is dat de genetische code in - voor zover bekend - alle organismen gelijk is. In principe verschilt bacterieel DNA niet van dierlijk en menselijk DNA. Er is dus geen spraakverwarring in de erfelijkheid. Dit heeft tot gevolg dat als men er in slaagt DNA te introduceren in een vreemd organisme dit tot expressie kan komen. Dit is een verschijnsel dat een ieder die wel eens en virusinfectie heeft ondergaan, aan den lijve kent. In de bacterie-wereld bestaat een grote mate van promiscuïteit, doordat genen van nauwelijks verwante soorten op elkaar kunnen overgaan (de zgn. fertility faktoren of plasmiden, een soort infectieus DNA). Het begrip soort als afgesloten eenheid is hier dan ook niet te handhaven

Geïnspireerd door het DNA-model van Watson & Crick en gesteund door de inmiddels ontwikkelde fysische en chemische scheidingstechnieken zijn duizenden onderzoekers aan de slag gegaan om de rol van het DNA in de cel te ontrafelen. In het eerste stadium werd veelal gewerkt met bacteriën en bacteriële virussen (bacteriofagen). Men is zodoende veel te weten gekomen over de enzymen die betrokken zijn bij het functioneren van het DNA, zoals synthese-enzymen, afbrekende en stralingsschade herstellende enzymen. Men kan deze enzymen ook zuiveren en 'in vitro' hanteren. Kornberg kreeg al in de vijftiger jaren de Nobelprijs voor het in de reageerbuis synthetiseren van biologisch aktief virus-DNA. Vermeld dient echter wel te worden dat hij matrijs-DNA nodig had, daar hij anders nooit de goede volgorde - de informatie - in het DNA had gekregen.

Inmiddels is men ook aan eukaryotisch (plantaardig en dierlijk) materiaal gaan werken, daarbij dezelfde technieken toepassend. Hier bleek al spoedig dat dit veel meer moeilijkheden opleverde dan prokaryotische (bacteriële) systemen, alleen al vanwege de veel gecompliceerder structuren.

Naast de zuiver biochemische benadering bleef ook de genetische aanpak zeer succesrijk. Een bekende methode om meer te weten te komen over functies in de cel, is het door straling of chemische stoffen aanbrengen van mutaties in de corresponderende genen. In het algemeen resulteert een mutatie in een vermindering van de levensvatbaarheid van een organisme, omdat een functie verloren gaat die het heus niet voor niets had. Doordat zoveel bekend is geworden over de enzymen die aangrijpen op het DNA bestaat nu echter de mogelijkheid tot het invoeren van extra genen. In dit verband wordt vaak de term 'genetic engineering' gebezigd. In tegenstelling tot de klassieke genetica wil men bij 'genetic engineering' geen gebruik maken van de sexuele cyclus (kruisen) maar op andere wijzen komen tot verbetering van organismen. Een goed Nederlands woord heeft men nog niet kunnen vinden. De term 'knutselen met genen' maakt er ten onrechte een amateurisme van. De natuur wordt een handje geholpen op de volgende manier: DNA van een willekeurig organisme wordt met specifieke enzymen in stukken van enkele genen geknipt. Hierbij ontstaan stukken met 'kleverige' uiteinden. Deze brokken worden geplakt aan bacterieel DNA, dat de eigenschap heeft dat het zichzelf in een bacteriecel kan handhaven. Het gekoppelde molecuul wordt aangeboden aan bacteriën, waarbij een bepaalde kans bestaat dat het opgenomen wordt, de zogenaamde transformatie. Als een gen op deze manier is opgenomen wordt het stabiel overgeërfd.

Dit aan elkaar zetten (recombineren) van genen zou van belang kunnen zijn voor bijvoorbeeld het kankeronderzoek, omdat specifieke eukaryotische of virus-DNA segmenten in een gemakkelijk te hanteren bacterie-systeem zijn te introduceren. Met deze benadering is technisch veel mogelijk. Allerlei combinaties kunnen worden gemaakt; men suggereert soms menselijke groeihormonen of insuline door bacteriën te laten produceren. Toch is er geen onverdeeld genoegen over de stand van zaken. In de natuur zijn namelijk tal van genen met een ongunstige werking zoals tumor-virussen, genen voor toxineproduktie (cholera) en antibiotica-resistenties. Als we al deze soorten DNA vrijelijk zouden gaan overbrengen naar bacteriën of van de ene bacterie naar de andere, bestaat het grote gevaar dat er nieuwe onbekende ziekten ontstaan. Bovendien kunnen genen die in het ene organisme ongevaarlijk zijn in een ander schadelijk worden, doordat de nieuwe drager een andere oecologische plaats heeft. Meestal weet men niet of dit soort experimenten gevaarlijk zijn, men moet het eerst proberen. Dit alles heeft ertoe geleid dat de Amerikaanse molekulair- bioloog Berg met een aantal prominente collegae heeft voorgesteld een moratorium te gelasten voor dit soort ingrepen, totdat er meer gegevens over het gevaar verzameld zouden zijn. Inmiddels is op een conferentie dit voorjaar te Ansilomar dit uitstel verworpen en zijn er veiligheidsmaatregelen voor in de plaats gekomen. Qua benadering heeft men daarmee het probleem gereduceerd tot een potentiële mikrobiologische milieuverontreiniging. Niettemin heeft Berg's voorstel heftige discussies opgerepen, die toch wel leerzaam zijn als men wil weten wat de onderzoekers bezielt.

Transformatie - het stabiel opnemen van genen uit het medium - is een gebeurtenis die met een uiterst lage frequentie optreedt. Men moet op de te verwerven eigenschap kunnen selecteren. Daarom zal een dergelijke procedure bij eukaryotisch materiaal heel wat moeilijkheden opleveren, hoewel ze niet principieel onmogelijk lijkt. Een andere techniek om genen toe te voegen is de celfusie. Men kan somatische cellen van planten of dieren isoleren en kweken. Onder speciale condities versmelten deze cellen (vgl. de bevruchting). Op die manier kan men hybride cellen maken van vrij ver van elkaar afstaande soorten, die niet te kruisen zijn via de sexuele cyclus. Bij plantaardige cellen kan men uit een dergelijke celfusie weer een hele plant laten ontstaan, die dan genen heeft van beide kanten. Bij dierlijke cellen is dit (gelukkig) niet mogelijk; wat hier mogelijk is kan alleen de tijd ons leren. Genetische manipulatie van dierlijk en menselijk materiaal zou alleen mogelijk zijn, als men gebruik zou maken van cellen die tot hele individuen aanleiding kunnen geven zoals eicellen. Aan technieken om mannelijk en vrouwelijk sperma van elkaar te kunnen scheiden wordt reeds gewerkt, om zodoende via kunstmatige inseminatie het geslacht van een kind van te voren te bepalen. De experimentele embryologie is er in geslaagd een menselijke eicel 'in vitro' te bevruchten met sperma en poogt nu deze daarna weer in te planten in de baarmoeder, zodat daarna een normale zwangerschap kan optreden. Op deze wijze zou een echtpaar van wie de vrouw defecte eileiders heeft toch een eigen kind kunnen krijgen. Vanaf deze techniek tot het klonen van mensen (het kweken van genetisch identieke individuen) lijkt slechts één stap.

Eugenetica

Wanneer men spreekt over eugenetica bedoelt men daarmee meestal de wetenschap die het bestaan van erfelijke afwijkingen onder de mensheid en eventuele maatregelen ter bestrijding daarvan bestudeert. Er zijn tweeërlei beweegredenen waarom men zich hiermee bezig houdt: In de eerste plaats ter voorkoming van individueel menselijk leed door ernstige afwijkingen. Dit zou men negatieve eugenese kunnen noemen. Een maatregel die hier misschien als voorbeeld gebruikt zou kunnen worden, is het verbod om met nauw verwante personen te huwen, met het doel inteelt tegen te gaan. In de tweede plaats wil men ofwel zorgen dat het menselijk ras niet achteruit gaat door toename van de frequentie van schadelijke genen, ofwel streven naar een reële verbetering van het menselijke ras (positieve eugenese). Het laatste is niet los te koppelen van bepaalde maatschappij-visies. Een voorbeeld van dit laatste vinden we in de rassenwaan van Nazi-Duitsland. Bij dit streven naar verbetering wordt vooral gedacht aan intelligentie, sportprestaties en verdraagzaamheid. Veel ziekten van de mens zijn het gevolg van een erfelijke afwijking. Daaronder is een heel scala van ernstig (zoals bepaalde vormen van krankzinnigheid) tot alleen maar lastig (kleurenblindheid). Er zijn ziekten die ontstaan doordat de patiënt een afwijkend aantal chromosomen heeft (bv. mongoloide idiotie). Deze hebben meestal een pleiotroop karakter, d.w.z. dat ze een groot aantal kenmerken beïnvloeden. Er bestaan echter ook afwijkingen die berusten op de mutatie van één of slechts enkele genen, met het gevolg dat een bepaald enzym niet aanwezig is. Het proces waarbij het betreffende enzym betrokken is, wordt daardoor gestoord. Fenylketonuria is een afwijking die ontstaat doordat een enzym benodigd voor de afbraak van het aminozuur fenylalanine afwezig is. Hierdoor kan de concentratie van deze stof tot een dusdanig hoog niveau oplopen dat een blijvende beschadiging van de hersenen ontstaat. Zo zouden er nog tal van ziekten op te sommen zijn waarvan een genetische afwijking de oorzaak is. Sommige, zoals de bovengenoemde fenylketonuria, zijn te corrigeren, andere niet. Aangezien van 'genetic engineering' bij mensen niets te verwachten valt, wil men zijn heil zoeken en voor een deel gebeurt dat al bij 'genetic counseling' en prenatale diagnostiek. Beide instellingen hebben ten doel de geboorte van kinderen met genetische defecten te voorkomen. Genetic counseling: Verloofden of jonggehuwden krijgen advies van een arts/geneticus over het al of niet verwekken van kinderen. Dit gebeurt vooral wanneer bekend is dat in de familie ernstige genetische afwijkingen voorkomen of wanneer er al een ernstig afwijkend kind is geboren. Na een uitgebreide familieonderzoek kan met behulp van een genetisch model een voorspelling worden gedaan over de kans dat een dergelijke afwijking ook bij een (volgend) kind aanwezig zal zijn. Hoe groter deze kans is des te sterker wordt geadviseerd tegen kinderen. Eventueel wordt dit gekoppeld aan de mogelijkheid tot prenatale diagnostiek. Wanneer een vrouw zwanger is kan men na een bepaalde tijd cellen uit het vruchtwater (afkomstig van het embryo) isoleren en kweken. Aan de gekweekte cellen kan een diagnose gesteld worden Men kan bepalen of het chromosoomaantal in orde is, maar ook kunnen enzymen getest worden. Worden er afwijkingen gevonden, dan adviseert men abortus. Uitgebreidere informatie is te vinden in het cahier 'Geschonden Genen'.

Samenvattend kunnen we zeggen dat de moleculaire biologie een snelle ontwikkeling heeft doorgemaakt waarbij zaken die tien of twintig jaar geleden nog science-fiction leken, vandaag al werkelijkheid zijn. Daarnaast is er nog steeds een hoeveelheid fiction die dat altijd wel zal blijven; nuchterheid is dus geboden. Via de toepassingen in de medische praktijk zullen de moleculaire biologie en de genetica ons echter steeds weer voor problemen en voldongen feiten plaatsen. Veel mensen - ook onderzoekers - zijn huiverig voor wat de toekomst brengen zal. Men vreest de technische ontwikkeling als een autonome macht. Het individu lijkt geen enkele invloed op de gang van zaken te hebben. Moest vroeger de mens tegen de natuur worden beschermd, thans moet de natuur tegen de mens - ook tegen de genetische experimentator - worden beschermd. In een volgend artikel willen we ingaan op de ethische consequenties en trachten tot een stellingname te komen. We hopen daarmee te bereiken dat de lezer alert wordt op toekomstige ontwikkelingen zodat ze niet als een verrassing zullen komen. In het vervolg hopen we ook aandacht te besteden aan het boek van W. J. Ouweneel 'Operatie Supermens' dat verscheen bij de afronding van dit artikel.

VERDERE LITERATUUR:

- Geschonden genen, Cahiers van de Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, l e jaargang no. 3. Utrecht 1973

- H. J. van Unen, 'Genetica, eugenetica, raciologie'. Amsterdam 1970.

- L. Bosch, 'Moleculaire ingrepen in de erfelijke aanleg'. Intermediair, nrs 46-50, 1973.

- W. J. Ouweneel, 'Operatie Supermens' Amsterdam-Groningen, 1975.

- A. G. Motulsky, 'Brave New World?', Science 185, augustus 1974.

- A. Rörsch. 'Genetic engineering'. Medisch Contact 30, mei 1975.

- DNA-recombinaties. Symposion-bijdragen gepubliceerd in Chemisch Weekblad. Juni 1975

- V. A. McKusick, 'Genetica van de mens', Utrecht-Antwerpen, 1967.

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen