Dolly is een bijzonder dier. Het schaap heeft vier moeders. Genetisch is ze identiek met een van de vier: Dolly is een kloon. Tot nog toe lukte het alleen om embryo’s te klonen. Dolly ontstond echter uit een volwassen ooi. Bio-technologisch is dat een grote doorbraak – economisch ook. Nu is het immers mogelijk om uitmuntende productiedieren te dupliceren.
Ondanks de hoge productie staat de landbouw nog altijd voor een aantal grote problemen. De EU moet haar concurrentiepositie proberen te handhaven op een markt die bij een groeiende openheid steeds complexer wordt. De gestaag groeiende wereldbevolking vraagt om steeds meer voedsel. Het publiek is nauw betrokken bij kwesties die te maken hebben met landbouw en milieu. Burgers maken zich zorgen over het welzijn van dieren, de kwaliteit van hun voedsel en de vervuiling van het milieu.
Tegelijkertijd bevinden we ons middenin een biologische revolutie. Het tempo waarin nieuwe ontwikkelingen plaatsvinden, neemt nog altijd toe. Aanvankelijk was dat het gevolg van de toepassing van de moleculaire biologie en de genetica als een mechanistische benadering van de biologie. Tegenwoordig schept de bioinformatica nieuwe mogelijkheden voor de exploitatie in allerlei vormen van bio-industrie.
Stier Herman is het eerste transgene rund ter wereld, Herman bewijst de haalbaarheid van de door het biofarmaceutisch bedrijf Pharming ontwikkelde technologie voor genoverdracht bij dieren. Begin 1996 produceerden zijn transgene dochters melk met menselijk lactoferrine, een natuurlijk antibioticum. De kwaliteit van het eiwit was uitstekend en de hoeveelheid voldoende voor pre-klinische tests. Voor grootschalige productie was de hoeveelheid echter te beperkt. Volgens afspraak met de overheid zijn alle nakomelingen inmiddels gedood. Herman mocht – gecastreerd – blijven leven, als symbool voor de technologie. Inmiddels heeft Pharming het genconstruct voor Herman verbeterd en vier nieuwe dieren ermee uitgerust. Het zijn de koe Ike en de stieren Max, Julius en Pedro (op de foto Julius en daarachter Max). De nakomelingen van Herman produceerden milligrammen lactoferrine per kilogram melk. Bij de huidige productiedieren gaat het om grammen. Pharming bouwt met deze ‘founder’-dieren een transgene melkveekudde op voor de productie van eiwitten voor de menselijke gezondheidzorg.
Geneesmiddelen in melk
Begin jaren tachtig zagen de eerste transgene muizen het levenslicht. De eerste commercieel belangrijke eigenschap die werd gemanipuleerd was groei. Daartoe brachten biotechnologen met een micropipet een aantal extra kopieën van een gen voor groeihormoon in een bevrucht eencellig embryo. Zij kweekten de muis-in-wording een etmaal in het laboratorium en implanteerden het embryo vervolgens in een surrogaatmoeder. De kans van slagen van deze methode is bij muizen nogal laag. Slechts drie op de honderd geïnjecteerde embryo’s ontwikkelen zich tot vruchtbare transgene dieren.
De methode van microinjectie is inmiddels ook geschikt om transgene landbouwhuisdieren te produceren. Doordat slechts een procent van de pogingen leidt tot een volgroeid transgeen rund, schaap, varken of hoen, is het een uiterst kostbare procedure. Enkele bedrijven produceren dure geneesmiddelen, die niet langs andere weg kunnen worden gemaakt, in de melk van transgene dieren.
Behalve de prijs belemmert ook onze gebrekkige genenkennis het gebruik van deze techniek bij het fokken van dieren. De genen die coderen voor commercieel belangrijke eigenschappen als spiergroei, voortplanting en melkproductie, zijn volslagen onbekend. We weten niet hoeveel het er zijn en kennen hun aard en hun positie in het genoom niet. Deze informatie is echter onontbeerlijk om genetische manipulatie zinvol te kunnen toepassen.
Sinds kort komt er verandering in deze situatie. Embryologische technieken en de toepassing van genenkaarten om de genen te identificeren die voor bepaalde eigenschappen coderen, brengen transgene landbouwhuisdieren langzaam maar zeker binnen bereik.
Embryo’s manipuleren
Kunstmatige inseminatie is sinds de jaren vijftig op grote schaal toegepast bij het fokken van runderen. Het zeer algemene gebruik ervan bij de bepaling van de genetische waarde van stieren heeft een grote verbetering van selectieprogramma’s bewerkstelligd. Onlangs heeft de techniek van meervoudige ovulatie en transplantatie van embryo’s soortgelijke verbeteringen mogelijk gemaakt bij koeien. Ook zijn de scheidingstechnieken van spermacellen met X- (vrouwelijk) en spermacellen met Y-chromosomen (mannelijk) sterk verbeterd, waardoor het geslacht van een kalf vooraf kan worden bepaald.
Dankzij het manipuleren van embryo’s in het laboratorium vinden er op dit moment opzienbarende ontwikkelingen plaats. De overdracht van kernen uit één bevruchte eicel – en dus de productie van klonen, identieke dieren – is al sinds begin jaren negentig mogelijk. Het bleek vooral moeilijk om ten behoeve van klonering een cultuur van embryonale cellen zo lang in leven te houden dat ze genetisch kunnen worden gemanipuleerd, terwijl hun celkernen toch het vermogen houden om met succes te worden getransplanteerd.
In 1996 zijn op het Roslin Institute lammeren verkregen door de transplantatie van kernen uit cellen die lange tijd in het laboratorium zijn gekweekt. Als we deze techniek eenmaal voldoende onder de knie hebben, kunnen we kijken of hij ook toepasbaar is voor varkens en runderen en of de gekweekte cellen bruikbaar zijn als uitgangsmateriaal voor genetische manipulatie.
Hindernissen
Op grond van wat we weten uit vergelijkbaar onderzoek bij muizen, lijkt het erop dat schapenembryo’s nu zo lang in het laboratorium overleven dat hun cellen genetisch te manipuleren zijn. Deze methode heeft twee voordelen.
Ten eerste kan het vreemde DNA op specifieke posities in het erfelijk materiaal van de cellen worden ‘gericht’. Daardoor kan men niet alleen genen uitschakelen en tot zwijgen brengen, maar ook genen toevoegen zoals in het geval van micro-injectie.
Ten tweede is het mogelijk om kernen te transplanteren naar een ontvanger-eicel, die in te planten in een surrogaatmoeder en zo een transgeen dier te produceren met een theoretische slagingskans van 100%. Als deze methode succes heeft, is de eerste belangrijke hindernis in de routinematige productie van transgene landbouwhuisdieren – namelijk de hoge kosten door de geringe slagingskans – genomen. De tweede hindernis is het identificeren en op moleculair niveau klonen van de genen die voor commercieel belangrijke eigenschappen coderen.
Ian Wilmut en Bill Ritchie zijn de ‘vaders’ van Dolly. Zij bedachten de methode om een volwassen schaap te klonen en leidden de experimenten die uitmondden in de geboorte van Dolly. Daar waren vier volwassen ooien bij betrokken, de ‘moeders’ van Dolly. Bij een ooi van het ras Scottish blackface werd de eisprong gestimuleerd en een eicel in het geschikte delingsstadium verwijderd. Het erfelijk materiaal werd vervangen door de genenset van een cel uit de uier van een zwanger Finn-Dorsetschaap. De grootste wetenschappelijke prestatie van het kloonproces was dat Wilmut en Ritchie erin slaagden het erfelijk materiaal van deze cel tot rust te brengen in een voedselarme omgeving. Het na de fusie van lege eicel en kernmateriaal ontstane ‘embryo’ groeide in twee draagmoeders uit tot Dolly.
De hier beschreven transplantatie van celkernen is onlangs uitgevoerd met gekweekte cellen uit de borstklier van een drachtige ooi. Hoewel tot nu toe slechts één levend dier (Dolly) is geproduceerd, bewijst deze prestatie de eerdere veronderstelling dat kernen van gedifferentieerde lichaamscellen opnieuw geprogrammeerd kunnen worden door hun celdelingscyclus te reguleren.
Domesticatie en selectie
Gedurende de afgelopen vierduizend jaar leverden domesticatie en selectie van landbouwhuisdieren rassen en variëteiten op die in geen enkel opzicht meer op hun wilde voorouders lijken. In de voorbije veertig jaar leidden moderne statistische methoden en computertechnieken tot verbluffende resultaten, bijvoorbeeld tot een opmerkelijke genetische verbetering van de groei van slachtkuikens.
De huidige foktechnieken hebben echter hun beperkingen. Op de eerste plaats moet er een groot aantal dieren worden bekeken en dus moeten de onderzochte eigenschappen relatief eenvoudig worden gehouden (bijvoorbeeld gewicht naar leeftijd).
Ten tweede is selectie tijdrovend en kostbaar. Het effect van voortdurende selectie wordt elke generatie slechts een beetje sterker, terwijl problemen met gekoppelde, schadelijke eigenschappen (bijvoorbeeld een lage vruchtbaarheid, overgewicht of pootafwijkingen) pas na vele generaties en grote investeringen aan het licht komen.
Tenslotte kan selectie alleen inwerken op de variatie waarover de fokdieren beschikken; waar een dergelijke genetische variatie ontbreekt (bijvoorbeeld met betrekking tot resistentie tegen ziekten) zullen tijdrovende en kostbare terugkruisingen met andere lijnen of populaties noodzakelijk zijn.
Tegen deze achtergrond probeert men individuele genen die voor commercieel belangrijke eigenschappen coderen, te lokaliseren en te analyseren. Dat is een enorme uitdaging. De meeste eigenschappen veranderen voortdurend en worden gereguleerd door genen waarvan aard en aantal doorgaans onbekend zijn. Tot voor kort was zo’n analyse onuitvoerbaar. Allerlei moleculaire technieken maken het inmiddels mogelijk om de genen in kaart te brengen.
Deze methode komt in veel opzichten overeen met het Human Genome Mapping Programme waarmee tegen het einde van de eeuw het merendeel van de 80.000 menselijke genen moet zijn geïdentificeerd.
Genoom in kaart
Alle programma’s die zijn opgezet om het genoom van landbouwhuisdieren in kaart te brengen, verlopen in drie fasen: de vervaardiging van een zeer informatieve kaart (1), het daarmee bepalen waar op welk chromosoom zich de genen bevinden die commercieel belangrijke eigenschappen controleren (2) en tenslotte het identificeren en op moleculair niveau klonen van die genen zelf (3).
Er bestaan op dit moment al fase-1-genenkaarten voor de belangrijkste landbouwhuisdieren (runderen, varkens, schapen en kippen). Deze kaarten zijn al zo gedetailleerd dat ze bruikbaar zijn voor fase 2. De afgelopen paar jaar zijn de genen van landbouwhuisdieren in kaart gebracht door een groot aantal internationale samenwerkingsprojecten (in Europa met ruime financiële steun van de EU) en de genenkaarten die daaruit zijn voortgekomen zijn nu beschikbaar op internet.
De kaarten bevatten zowel DNA-volgorden van het vingerafdruktype (microsatellieten) als van bekende gekloonde genen. Eerstgenoemde zijn zeer variabel (polymorf) en ideaal voor het maken van genenkaarten. Kaarten van bekende genen maken het mogelijk om genen van landbouwhuisdieren te vergelijken met die van soorten waarover veel meer informatie bestaat, zoals mensen en muizen. Niet alleen de genenkaarten van runderen en varkens vertonen een duidelijke overeenkomst met die van de mens, maar verrassend genoeg geldt dat ook voor kippen. Dit is buitengewoon belangrijk als we genen en hun functie proberen te identificeren in fase 3 van het programma.
Commerciële genen
Fase 2 van het genenkaartprogramma identificeert chromosoomgebieden met genen voor commercieel belangrijke eigenschappen. In sommige gevallen was het mogelijk om fase 1 en 2 met dezelfde dieren uit te voeren. In andere gevallen, zoals bij runderen en kippen, waren speciale kruisingen nodig tussen populaties die van elkaar verschillen op relevante punten, zoals eigenschappen met betrekking tot groei, skelet, melkproductie en -kwaliteit en eigenschappen die te maken hebben met het welbevinden van de dieren (bijvoorbeeld sterkte van de poten), met voortplantingscapaciteit en met weerstand tegen ziekten.
De stukjes chromosoom die een onderzoeksteam in fase 2 identificeert, kunnen uiteraard tot geestelijk eigendom worden: een instituut kan er patent op aanvragen en er – meestal tegen betaling – gebruikslicenties voor verlenen. De interessante stukken – die met herkenbare stukjes erfelijk materiaal, zogenaamde DNA-markers, kunnen worden opgespoord – laten zich inpassen in conventionele fokprogramma’s. In enkele gevallen heeft dit al tot goede resultaten geleid. Op één zo’n marker voor een stukje chromosoom dat voor een of twee extra biggen per worp codeert, is onlangs patent aangevraagd door een internationaal varkensfokbedrijf.
Genen klonen
In fase 3 van het programma wil men vanuit de DNA-markers op de chromosomen doordringen in de interessante locaties op de chromosomen, om het gen (of de genen) dat voor de eigenschap codeert zelf te identificeren en te klonen. Als het gen eenmaal is gekloond, kan zijn functie worden bepaald. Daardoor zullen we op den duur begrijpen hoe genen eigenschappen als groei en voortplanting reguleren.
Een gekloond gen kan ook in het laboratorium veranderd en getransplanteerd worden om een transgeen dier te produceren. Samen met gedetailleerde kennis van de biochemische en fysiologische rol van het gen stelt dat ons in staat om commercieel belangrijke eigenschappen op samenhangende en logische wijze te veranderen en zijn we niet langer afhankelijk van de ‘black box’ van de huidige fokmethoden. Ook zullen we ingewikkelde eigenschappen (zoals de kwaliteit van het product en de resistentie tegen ziekten) weten te veranderen, wat met bestaande technieken heel moeilijk is.
De technieken die momenteel worden ontwikkeld houden een belofte in voor tal van toepassingen op biomedisch en agrarisch gebied. Op biomedisch terrein is dat onder meer de productie van menselijke eiwitten ten behoeve van de geneeskunde in de weefsels van genetisch gemanipuleerde dieren. Een overeenkomstige methode kan leiden tot de productie van bepaalde aanvullende voedingsmiddelen in bijvoorbeeld melk. Ook zijn zodanig genetisch gemanipuleerde dieren denkbaar, dat hun hart en andere organen gebruikt kunnen worden voor transplantatie bij de mens (xenotransplantatie). Tenslotte kunnen er proefdieren worden geproduceerd met ziekten die bij de mens voorkomen. Taaislijmziekte is daar een voorbeeld van.
Dolly leeft in een van de stallen van Dryden Farm, op de voorgrond van de foto. Erachter ligt Roslin Institute, het laboratorium waar de kloon ontstond.
Bezorgd publiek
De technieken die ik heb beschreven zullen in de eerste plaats van invloed zijn op het fokken van dieren. Selectie met behulp van genetische markers uit fase 2 van de genenkaartprogramma’s zal deel gaan uitmaken van bestaande selectieprogramma’s en dus geen op zichzelf staande, nieuwe techniek vormen. De methode maakt het echter wel gemakkelijker om ingewikkelde eigenschappen te analyseren en erop te selecteren.
De industrie zal snel onderkennen welke nieuwe mogelijkheden dit biedt, met name op het gebied van de kwaliteit en verscheidenheid van producten. Ook embryologische technieken zullen daarop van invloed zijn. Gekloonde productiedieren zijn genetisch identiek en dat is bevorderlijk voor de uniformiteit van hun product.
Wat de Dierenbescherming van klonen vindt
Het maken van klonen is in feite een ordinaire vermeerderingstechniek die pas echt interessant wordt als wetenschappers eerst met genetische manipulatie de ‘kip met de gouden eieren’ in elkaar hebben weten te knutselen. Omdat die technologie verre van nauwkeurig is, kunnen ‘superieure’ dieren via klonen in grote hoeveelheden beschikbaar komen.
Met genetische manipulatie worden soortgrenzen overschreden en van een natuurlijke voortplanting is geen sprake meer. Ook het dierenwelzijn is met genetische manipulatie niet gediend. De verbetering van productie-eigenschappen leidde al tot gewrichtsontstekingen, nierziekten, huidafwijkingen, onvruchtbaarheid, longontsteking en schedelafwijkingen. Ethisch is de genetische manipulatie veel problematischer dan het klonen van dergelijke dieren. Maakt men zich daar geen zorgen over omdat dieren in onze menselijke moraal niet echt meetellen?
Verbod
In veel reacties op Dolly klinkt angst voor de mogelijkheid van misbruik van de technologie. Het gaat echter niet om het _mis_bruiken van de technologie, maar juist om het gebruik ervan. Door die bij dieren toe te staan zijn we op een hellend vlak terecht gekomen. Dat beperkt zich niet tot dieren. Waren in de jaren zeventig abortus en reageerbuisbevruchting bij mensen nog taboe, tegenwoordig draaien we er onze hand niet meer voor om. Het vaststellen van het geslacht van menselijke embryo’s – ook door veefokkers ontwikkeld – zal binnenkort gemeengoed worden. In 1993 kloonde de Amerikaanse wetenschapper Jerry Hall menselijke embryo’s – naar eigen zeggen om de discussie op gang te brengen (!).
Het is een illusie om te geloven dat de toepassing van de technologie zal stoppen bij apen, varkens, koeien en schapen. Wetenschappers zullen ongetwijfeld de meest nobele toepassingen voor ogen hebben: mensen die nooit meer ziek worden, mensen met ‘superieure’ eigenschappen. Wie dat probeert tegen te houden zal zichzelf belachelijk maken. Een pleidooi voor wetgeving om menselijke klonen te verbieden zal tijdelijk soelaas bieden. Zich zorgen maken over misbruik heeft geen zin. Het gaat om het gebruik van de technologie, bij mens en dier. Dat moet verboden worden volgens drs Michiel Linskens, beleidsmedewerker biotechnologie Dierenbescherming.
De belangrijkste mogelijkheden en problemen vloeien voort uit embryologische technieken alsmede uit het op moleculair niveau klonen van genen voor transgene toepassingen. Bij planten gebeurde dat toen de genetisch gemanipuleerde Flavrsavr-tomaat op de markt kwam. De toepassing van genetische manipulatie in de voedselproductie roept allerlei maatschappelijke reacties op. Het grote publiek maakt zich vooral zorgen over het welzijn van dieren.
Velen uiten bovendien ethische of principiële bezwaren en stellen vragen over de wetgeving met betrekking tot patenten, risico’s voor milieu en gezondheid, invloed op de biodiversiteit en sociaal-economische effecten.
Wat Europese ethici van klonen vinden
De geboorte van Dolly was voor EC-voorzitter Jacques Santer aanleiding om zijn adviseurs te raadplegen. Op verzoek van de Europese Commissie heeft de Groep van Adviseurs over de Ethische Implicaties van Biotechnologie (GAEIB) zich gebogen over het klonen van dieren en mensen.
Met betrekking tot dieren vindt de adviesgroep dat onderzoek naar kloontechnieken ons begrip van biologische processen kan vergroten en daarmee kan bijdragen aan ons welzijn. Zij acht klonen in laboratoria ethisch alleen aanvaardbaar als het welzijn van de betrokken dieren strikt is gewaarborgd en dat wordt gecontroleerd door het bevoegd gezag. Het klonen van landbouwhuisdieren, dat de belofte inhoudt van medische, landbouwkundige en economische voordelen, mag van de Groep alleen als bovendien het doel en de methode ethisch aanvaardbaar zijn en de genetische diversiteit behouden blijft.
GAIEB benadrukt de verantwoordelijkheid van de mens voor dieren, natuur en milieu. Bovendien is zij van mening dat consumenten moeten kunnen meeprofiteren als deze technieken tot goedkopere producten (geneesmiddelen) leiden.
Verwerpelijk
Mensen klonen vindt de Groep van Adviseurs onder alle omstandigheden verwerpelijk. Zij acht de veiligheidsrisico’s te groot, maar is bovenal van mening dat zowel eugenetische toepassingen als voortbrengen van klonen voor transplantatieweefsels en -organen (instrumentalisatie) ethisch onaanvaardbaar zijn. Kloneren, of pogingen daartoe ondernemen, ten behoeve van de menselijke voortplanting mag nooit, ook niet ten behoeve van paren met vruchtbaarheidsproblemen. In landen waar onderzoek aan menselijke embryo’s onder strikte vergunningen is toegestaan, mag nimmer een gemanipuleerd embryo in een baarmoeder worden geïmplanteerd, zo stelt GAIEB in haar advies.
GAEIB is een onafhankelijke groep deskundigen waarin onder meer de Belgische hoogleraar Gilbert Hottois en de Nederlandse hoogleraar Egbert Schroten zitting hebben. De groep organiseerde ter voorbereiding van haar advies een hoorzitting met afgevaardigden van tal van maatschappelijke organisaties.
Hoewel de bezorgheid oprecht is, vloeit deze naar mijn mening in veel gevallen voort uit een verkeerd begrip van de natuur en het effect van de nieuwe technieken. Door genetische manipulatie zullen slechts enkele genen op een totaal aantal van ongeveer 80.000 worden gewijzigd. De veranderingen waartoe dat bij landbouwhuisdieren zal leiden, zijn klein in vergelijking met de veranderingen die in 4000 jaar domesticatie en 400 jaar gerichte selectie en kruising zijn opgetreden. Genenmanipulatie zal alleen zijn toegestaan op grond van precieze wetenschappelijke informatie over de functie en de regulatie van de betreffende genen.
Overheidsinstellingen zullen daartoe regels opstellen en erop toezien dat die worden nageleefd. Deze voorwaarden gelden niet voor de huidige veredelingstechnieken via selectie en kruising! De bezorgdheid van het publiek over het welzijn van de dieren is al expliciet verwerkt in wetten en regelingen.
We beginnen nu pas te merken hoe groot de invloed van de moleculair-biologische wetenschappen op het gebruik van landbouwhuisdieren is. De biotechnologie zal talrijke nieuwe mogelijkheden bieden voor meer welvaart en verbetering van de kwaliteit van het bestaan. Het is niet alleen van wezenlijk belang dat de industrie op de hoogte blijft van deze nieuwe ontwikkelingen, maar ook dat de nieuwe technieken zodanig worden gereguleerd en gepresenteerd dat de begrijpelijke bezorgdheid van het publiek wordt weggenomen.
Zie ook:
- Welke organismen gekloond? (artikel van Watisgenomics)