Waar biotechnologen zich tot nu toe bezig hielden met het aanpassen van het DNA van bestaande organismen (genetische modificatie) gaan synthetisch biologen verder. Zij willen nieuw leven ontwerpen en van de grond af opbouwen. Het doel is om nieuwe biologische circuits te bouwen. Een aantal jaar geleden ontdekte men hoe het menselijk DNA gelezen kan worden. Nu is ook de tijd aangebroken waarin wetenschappers in staat lijken zijn om met deze kennis van het menselijk genoom te gaan bouwen. De vraag is of het binnen een aantal jaar mogelijk zal zijn om volledig kunstmatige organismen te bouwen.
 
Dit doet men door stap voor stap het functioneren van levende cellen te ontrafelen en op basis van die kennis kunstmatige celonderdelen te construeren. Biologen, bio-informatici, chemici, natuurkundigen en ingenieurs werken hierbij samen. Voor synthetisch biologen is de Informatietechnologie (IT) niet langer een hulpmiddel om biologische circuits te testen en te ontwerpen, maar voor hen is de IT ook een grote inspiratiebron.
 
Het bouwen van een synthetisch organisme zou men kunnen vergelijken met micro-elektronica. Bij het bouwen van micro-elektronica is er een printplaat nodig. Daarop worden met behulp van weerstanden, transistors en condensatoren elektronische circuits gebouwd. Bij het bouwen van een biologisch systeem vervult een zogenaamde gestripte cel, waaruit zoveel mogelijk erfelijke eigenschappen zijn weggehaald, de functie van printplaat. De elektronische componenten worden vervangen door DNA-ketens (ook wel biobouwstenen genoemd) waarvan precies bekend is welke biologische functies zij vervullen. Op deze manier kunnen in een cel biologische circuits met uiteenlopende functies worden gebouwd. Zo kan men nu al bijvoorbeeld een gistcel ontwerpen die artesiminezuur aanmaakt. Artesiminezuur is een grondstof voor anti-malariamedicijn.
 
Synthetisch Biologen richten zich zowel op de deconstructie (het strippen) van een cel als op het ontwikkelen van ‘ biologische bouwblokken’ ( DNA-ketens) die in een ‘lege’ cel geplugd kunnen worden.
 
Toepassingsmogelijkheden van de synthetische biologie
 
Dankzij de ontwikkelingen in de synthetische biologie hoopt men dat een aantal medicijnen goedkoper zullen worden. Het wordt namelijk mogelijk om cellen te ontwerpen die grondstoffen produceren zoals taxol, dat wordt gebruikt voor de behandeling van kanker, en prostatrine dat klinisch wordt getest voor de behandeling van hiv-infecties.
 
Ook kunnen er cellen gemaakt worden die reageren op specifieke signalen uit de omgeving. Deze cellen fungeren dan als zogenaamde biosensoren, ze zijn een soort meetapparatuur geworden. De biosensoren kunnen worden ingezet om vervuilende stoffen in bodem, water of lucht te detecteren, maar ook om de suikerspiegel van diabetes patiënten te meten.
 
Een derde toepassingsgebied waar onderzoekers mogelijkheden in zien, is dat van de levende geneesmiddelen. Met behulp van aangepaste bacteriën en virussen denkt men op termijn gericht kankercellen te kunnen bestrijden en hiv-infecties te kunnen remmen. En er zijn ook onderzoekers die denken dat het met behulp van synthetische biologie mogelijk wordt om stamcellen zich te laten ontwikkelen tot een huidzenuw of een spiercel. Dit zou dus beteken dat het in de toekomst mogelijk wordt om beschadigde organen, of delen daarvan, te vervangen.
 
Nu nog is het onderzoek in de synthetische biologie vooral gericht op het verkennen van de fundamentele principes van kunstmatige biologische systemen. Daarmee lijken alle beloftevolle toepassingen nog ver weg. Er zijn onderzoekers die denken dat het binnen tien jaar mogelijk zal zijn om het volledige genoom van bijvoorbeeld gisten te synthetiseren, maar er zijn ook onderzoekers die menen dat levende systemen zo complex zijn, dat moet worden betwijfeld of deze verwachtingen zullen uitkomen.
 
Het biodebat

Toch zijn er zijn voldoende redenen om aan te dat synthetische biologie de komende jaren een grote vlucht gaat nemen.
In de zomer van 2007 ‘transplanteerde’ de Amerikaanse onderzoeker Craig Venter het complete genoom van een bacterie naar een andere, leeggehaalde bacteriecel. Eind januari 2008 meldde Venter dat hij het complete DNA van de minibacterie Mycoplasma genitalium kunstmatig had nagebouwd. Nu rest nog één stap: ook dit synthetische DNA transplanteren en aan de praat krijgen in een lege bacteriecel. Milieuorganisaties noemen deze eerste kunstmatige cel alvast Synthia, als verwijzing naar het gekloonde schaap Dolly. Venter heeft inmiddels octrooi aangevraagd op de truc die hij heeft toegepast.
 
Deze ontwikkelingen werpen een aantal vragen op. Vragen over bioveiligheid, bioterrorisme, intellectueel eigendom en ethiek. Mogen we bijvoorbeeld wel menselijke ziekteverwekkers maken? In 2002 lukte het onderzoekers om met behulp van synthetisch DNA het Spaanse griepvirus te doen herleven door het na te bouwen. Mogen we menselijke chromosomen maken? Kan men wel goed genoeg inschatten wat de gevolgen zijn voor de ecologie en de menselijke gezondheid als een kunstmatige bacterie ontsnapt uit een laboratorium en het ecosysteem blijkt te verstoren? De wetenschap mist in zo’n geval natuurlijke referentie en dat maakt een goede risico-analyse lastig.

Is het verantwoord dat mensen octrooi kunnen aanvragen op DNA-ketens, op de biologische bouwstenen die synthetisch biologen ontwikkelen? Dit is bijvoorbeeld een grote belemmering voor een wetenschapper die een compleet chromosoom moet construeren op basis van talloze geoctrooieerde genen. De octrooien spelen nu al een rol bij geneesmiddelen onderzoek voor de ziekte Alzheimer.
 
Waar houdt het leven in een synthetische cel op, en begint de technologie? De scheidslijn tussen leven en machine vervaagt, terwijl we aan levende wezens andere waarden toekennen dan aan niet-levende materie. Dit roept vragen op over de juiste definitie van leven en over de waarde van het menselijk leven.
 
Bronnen:
 
- Bericht aan het parlement, Rathenau instituut, september 2007
- Debat over kunstmatig vereist actie overheid, R. van Est en B. Walhout, Volkskrant 12 februari 2008
- http://www.rug.nl/Corporate/nieuws/archief/archiefNieuwsberichten2008