Genetische manipulatie

Nieuws

Wat is genetische manipulatie?

GM-voedsel

Gentherapie

Biotech-industrie

Meningen

Links

Haastige jager

Het Humaan Genoom Project mikte op 2005. Tegen die tijd moest de erfelijke code van de mens in kaart zijn gebracht. Maar genenjager Craig Venter beweert nu dat hij vier jaar eerder klaar kan zijn. Is de race om het humaan genoom begonnen? Of is hij al gelopen.

Door onze redacteur MARCEL AAN DE BRUGH

23 JANUARI 1999. `RACE? IK BESCHOUW het niet als een race', zei genenjager J. Craig Venter vorige week tijdens een bijeenkomst op de Amerikaanse ambassade in Den Haag. En Venter, in zijn spaarzame vrije tijd een fanatiek zeiler, legde vol zelfvertrouwen uit wat hij bedoelde. ``Twee zeilboten racen pas met elkaar als ze aan elkaar gewaagd zijn. Daar is nu geen sprake van. Mijn bootontwerp is superieur.''

Met `boot' bedoelde Venter in dit geval niet zijn eigen, dertig meter lange jacht The Sorcerer, maar de nieuwe techniek die hij gebruikt om DNA te analyseren. Met die techniek wil hij de drie miljard letters waaruit het menselijk genoom is opgebouwd, in kaart brengen en op volgorde zetten. Binnen drie jaar en voor slechts 300 miljoen dollar. Venter is daarmee niet alleen sneller, maar ook stukken goedkoper dan zijn belangrijkste opponent, het Humaan Genoom Project. Dat project ging in 1990 van start en moet, volgens planning, in 2005 klaar zijn. Totale kosten: drie miljard dollar.

Venter maakte zijn plannen vorig jaar op 9 mei openbaar. Het moet een klap zijn geweest voor de mensen van het Humaan Genoom Project. Ze streven al acht jaar het edele doel na om de blauwdruk van de mens te ontrafelen, maar plotseling verschijnt er iemand op het toneel die er met deze Heilige Graal vandoor dreigt te gaan. Venter ziet zijn naam al in de geschiedenisboeken prijken.

Snelheid

Reden om op te scheppen heeft Venter genoeg. Op diezelfde 9 mei kondigde hij de oprichting van een nieuw bedrijf aan: Celera Genomics Corporation (celera komt van het Engelse `celerity' wat `snelheid' betekent). Venter gaat het bedrijf runnen, maar het is voor tachtig procent in handen van Perkin Elmer, `s wereld grootste leverancier van DNA-analyse-apparatuur. In de laboratoria van Celera komen 230 exemplaren te staan van Perkin Elmers gloednieuwe ABI PRISM 3700 DNA-analyzer. De apparaten die per stuk 300.000 dollar kosten, werken 24 uur per dag, volautomatisch. De capaciteit is bijna vijftig keer zo groot als die van de vorige generatie DNA-sequencers. Iedere dag ontcijfert elke machine een miljoen basen. De informatie wordt naar een computer gestuurd die alle gelezen stukken DNA in de juiste volgorde achter elkaar zet. Om de enorme stroom aan data te ontcijferen heeft Celera in oktober een contract gesloten met computerbedrijf Compaq. Dat gaat speciale hardware, software en netwerkapparatuur ontwikkelen. ``Vorige week hebben we de eerste dertig sequencers gekregen'', zegt Venter. ``We gaan ze nu installeren en binnen twee maanden beginnen we met sequencen. We testen het systeem eerst op de fruitvlieg Drosophila melanogaster en kijken of we zijn genoom in kaart kunnen brengen. Voor de zomer starten we met de mens. De tijd dringt: 1999 is alweer anderhalve week oud.''

Celera wil in korte tijd de `definitieve bron van genetische en geassocieerde medische informatie' worden. Volgens Venter zijn er op het moment pas 6.000 genen van de mens bekend. ``Blijven er nog 74.000 over, want we schatten dat de mens 80.000 genen heeft. Binnen enkele jaren heb ik die in handen.'' Celera wordt daarmee aantrekkelijk voor farmaceutische bedrijven die op basis van genetische informatie medicijnen proberen te ontwikkelen. De eerste heeft al toegehapt. Het Amerikaanse Amgen, onder andere producent van EPO, sloot vorige week een vijfjarige overeenkomst met Celera en mag gedurende die tijd door de DNA-databanken struinen.

Celera is niet het eerste bedrijf met zo'n DNA-databank. De afgelopen jaren zijn er minstens acht van dergelijke genomics-bedrijven uit de grond geschoten, waaronder Incyte Pharmaceuticals en Human Genome Sciences (HGS). Ze hebben voor tientallen miljoenen dollars contracten afgesloten met farmaceutische bedrijven. Roy Whitfield, directeur van Incyte, liet vorig jaar in Nature Biotechnology (16 juli, 1998) weten dat hij niet onder de indruk was van Celera's programma. Incyte zou een vergelijkbaar krachtige techniek in huis hebben die het samen met Molecular Dynamics (Sunnyvale, Californië) en Amersham Pharmacia Biotech (Uppsala, Zweden) ontwikkelde. Incyte verwacht in oktober 1999 zo'n 95 procent van het humaan genoom in kaart te hebben gebracht. Ook William Haseltine, directeur van HGS, vindt dat Venter overdrijft. Sterker nog, volgens Haseltine is de race naar de menselijke genen al gelopen. Hij beweert dat zijn bedrijf al 95 procent van alle genen in handen heeft, en de informatie over de meerderheid daarvan is beschikbaar op internet. Maar anderen doen zulke beweringen weer af als onzin. ``Pas als het hele genoom is gesequenced, zal het totaal aantal genen bekend zijn'', aldus Michael Morgan, hoofd van de afdeling genetica van de Wellcome Trust, een Britse organisatie die medisch onderzoek financiert.

Ook vanuit het Humaan Genoom Project barstte er vorig jaar een storm van kritiek los. Venter zou appels met peren vergelijken, aldus Maynard Olson, directeur van het University of Washington Genome Center. Olson rekende voor: het overheidsprogramma duurt weliswaar 15 jaar, maar daar zitten vele jaren van technische voorbereiding bij. Het sequencen-op-grote-schaal is pas twee jaar geleden begonnen en zal dus in totaal zeven jaar duren, niet vijftien. Ook het bedrag, drie miljard dollar, is niet te vergelijken met de 300 miljoen van Venter. Het Humaan Genoom Project bepaalt tegelijkertijd de DNA-volgorde van onder andere de fruitvlieg, de zandraket en de muis. En er verdwijnt veel geld in de voorbereidende fase. Al met al zou het sequencen van het humaan genoom zo'n 500 miljoen dollar kosten. Waarom dan toch nog ruim anderhalf keer zoveel als Venter? Omdat hij minder werk verricht, aldus Olson. De National Institutes of Health (NIH), die het Humaan Genoom Project subsidieert, volgt een driestappen-plan. Eerst wordt een grove map gemaakt die bestaat uit DNA-markers, kleine stukjes DNA die als bakens over het genoom verdeeld liggen. Het zijn er tienduizenden. Ze verdelen de volgorde van drie miljard basen in beter hanteerbare eenheden. En ze dienen als herkenningspunt tijdens `het grote sequencen'. Dan volgt stap twee, het echte sequencen. Om uit te leggen wat dat voorstelt is ooit de analogie van de verscheurde krant gebruikt. Neem tien kopieën van The Sunday New York Times (een dikke weekendkrant), scheur die in willekeurige stukken van elk 500 woorden en hussel ze door elkaar. Dan begint het puzzelen. Stukken die elkaar overlappen worden gedeeltelijk over elkaar geschoven. Zo krijg je langzaam een zin, een alinea, een pagina en uiteindelijk de hele krant. Als de genetici iets soortgelijks met DNA doen, moeten ze (het is de derde stap in het proces) alles nog corrigeren op fouten en de overgebleven gaten invullen.

Gaten en fouten

Venter zet alleen stap twee. En dus, zo zeggen de critici, zal het genoom van de genenjager vol met gaten en fouten zitten. Bovendien zit Venter met nog een ander probleem waar hij tot nu toe weinig mee te maken heeft gehad. Venter heeft vooral DNA van micro-organismen gesequenced. Dat zijn kleine, makkelijk hanteerbare genomen. Ze bevatten geen junk-DNA. Het menselijk genoom bestaat voor 95 procent uit junk-DNA (waarvan de functie nog niet bekend is) en slechts vijf procent uit genen (DNA dat codeert voor eiwitten). Dat junk-DNA zit bovendien vol met repeterende sequenties, stukken DNA die zich herhalen. Het zogeheten LINE-element is 6.000 tot 7.000 basen lang en komt 50.000 keer voor in het humaan genoom. Critici betwijfelen of Venter weet te bepalen waar al die duizenden identieke stukken zich op het genoom precies bevinden. De mensen van het Humaan Genoom Project vrezen dat Venter zijn werk slordig doet, maar wel met de eer gaat strijken. En zij mogen het vuile werk, het opvullen van de laatste gaatjes, opknappen.

Venter kent de kritiek, maar het zal hem nergens van weerhouden. Hij wil verder. ``Het Humaan Genoom Project ging me veel te langzaam'', zegt de Amerikaan. ``Op het moment is pas vijf procent van het humaan genoom bekend. In het huidige tempo zijn we voor 2010 nog niet klaar. En zo lang wil ik niet wachten. Er zijn veel te veel problemen die schreeuwen om een oplossing. Kanker, Alzheimer, noem maar op. En met het hele humane genoom in handen kunnen we misschien beter leren begrijpen hoe we zelf functioneren. We moeten voort. Ik heb niet het eeuwige leven.''

Leven en dood

Het ongeduld dat Venter kenmerkt, is een erfenis van de Vietnamoorlog waarvoor hij in 1967 werd opgeroepen. Hij was toen 21 jaar. De jonge Venter werd gelegerd bij een militair kamp in Danang en kreeg daar een medische spoedopleiding. Ineens moest hij beslissen over leven en dood. Hij bepaalde wie van de zwaar gewonde soldaten nog in aanmerking kwam voor een medische behandeling en wie niet meer. Met de dood voortdurend in zijn ogen, werd tijd ineens vreselijk kostbaar. ``Elke minuut van elke dag moet tellen'', zei Venter vorig jaar tegen The New York Times.

Venter ging naar de University of California in San Diego. Daar studeerde hij fysiologie en farmacologie en aansluitend promoveerde hij. Dat alles binnen zes jaar. In 1976 verhuisde hij naar de State University of New York in Buffalo. Daar ontmoette hij Claire Fraser, op dat moment studente microbiologie. Ze trouwden en samen ontrafelden ze vervolgens hun eerste gen, eentje dat actief is in de hersenen. De klus duurde tien jaar. Venter ergerde zich gruwelijk over de trage gang van zaken.

In 1986 haalde hij de eerste automatische sequencer, gemaakt door Perkin Elmer, in huis. Binnen twee jaar had Venter acht nieuwe genen gesequenced. Maar het ging de Amerikaan nog steeds niet snel genoeg. In 1991, een jaar nadat het Humaan Genoom Project officieel van start ging, vond Venter een kortere route om genen te karakteriseren. Althans, stukken van genen. Daarvoor maakte hij gebruik van zogeheten cDNA-banken. Het cDNA bevat alleen de coderende onderdelen van een gen, de exonen. Een gen is opgebouwd uit blokken, de intronen en exonen. Bij het aflezen van een gen worden de intronen er tussen uit geknipt. De overgebleven exonen worden in de goede volgorde aan elkaar geplakt en daaruit ontstaat een zogeheten boodschapper RNA (messenger RNA, of mRNA). De informatie op dit mRNA wordt tenslotte vertaald in een eiwit. mRNA laat zich moeilijk bewaren want het is erg instabiel. Daarom hebben genetici die informatie opgeslagen in de vorm van DNA, dat veel stabieler is. Dat zijn de cDNA's (c staat voor copy).

Venter begon kleine stukken van cDNA's te sequencen en kreeg zo binnen de korste keren talloze `genetische snippers' in handen. Hij noemde ze expressed sequence tag's (EST's). In 1991 had hij er 347; een jaar later waren dat er 2.375 en nog eens zes maanden later had hij 4.448 EST's in handen. Venters EST-methode is inmiddels ingeburgerd. Veel genetici sporen genen op via EST's waarvan er nu naar schatting 1,2 miljoen in de EST-databanken zitten. Hoeveel genen ze vertegenwoordigen weet niemand. Het is een hels karwei om uit te zoeken welke EST's bij elkaar horen en welk gen ze precies vormen. Daarom is niet iedereen even blij met deze overvloed. Volgens sommigen zijn de EST-banken een grote puinhoop.

In 1992 verliet Venter het NIH. Hij richtte zijn eigen bedrijf op en noemde het The Institute of Genomic Research (TIGR, spreek uit als het Engelse `tiger'). Ook daarmee maakte hij zijn reputatie als genenjager meer dan waar. Hij begon het erfelijk materiaal van micro-organismen te sequencen. Eerst het genoom van de bacterie Haemophilus influenzae, daarna onder andere de spirocheet Borrelia burgdorferi, de verwekker van de ziekte van Lyme, en Deinococcus radiodurans, een bacterie die bestand is tegen hoge doses radio-actieve straling. Tot op heden zijn er vijftien genomen van micro-organismen opgehelderd. Ruim de helft staat op naam van TIGR.

Nu Venter zijn aandacht heeft verschoven naar het humaan genoom, krijgt zijn vrouw de leiding over het bedrijf in Rockville, een voorstad van Washington D.C. Venters nieuwe kantoor staat enkele honderden meters verderop. Of hij daadwerkelijk voor de zomer met het grote sequencen van het humaan genoom kan beginnen is nog niet duidelijk. Sceptici hebben zich ook al afgevraagd wat Celera met zijn data gaat doen. Houdt het bedrijf de vrijkomende informatie achter, of wordt alles openbaar gemaakt? Celera heeft beloofd iedere drie maanden alle nieuwe data betreffende de `basic sequence' op internet te zetten. Wat het bedrijf niet zal vrijgeven is de interpretatie van die data. Gegevens over polymorfismen, de kleine genetische verschillen tussen individuen, houdt het bedrijf zelf. Zo zijn er drie vormen van het ApoE-gen (E2, E3 en E4). Wie een ApoE4-variant in zich draagt heeft een hoger risico op het krijgen van de ziekte van Alzheimer. Farmaceutische bedrijven willen in de toekomst naar een steeds individueler gerichte behandeling van patiënten. Daarvoor is kennis over polymorfismen onontbeerlijk.

Bestellijst

Met de oprichting van Celera heeft Venter het genoomprogramma in een hogere versnelling gegooid. Binnen het NIH is een discussie gestart over de best mogelijke manier om grote projecten te financieren. En het Humaan Genoom Project heeft zijn programma inmiddels aangepast. Diverse laboratoria staan al op de bestellijst van Perkin Elmer. Ze willen de nieuwe, krachtige DNA-analyzer zo snel mogelijk in huis hebben. Maar of een paar machines het halen tegen de brute kracht van Celera? Tijdens zijn lezing in Den Haag blufte Venter dat het overheidsprogramma geen kans maakt. En er verscheen een triomfantelijke grijns op zijn gezicht. ``Als uit onze eerste tests met de fruitvlieg blijkt dat onze aanpak werkt, kan het Humaan Genoom Project zich beter met iets anders gaan bezighouden. Misschien moeten ze zich richten op de functie van al die genen. Daar valt nog wel het een en ander te bereiken.''