Knutselende zinkvingers

Zinkvingernucleasen kunnen plantengenen veranderen met en zonder soortvreemd DNA. Is dat nou een gentechgewas of niet? Jop de Vrieze

Het was de grote belofte van de biotechnologie in de jaren negentig: genetische modificatie. Oftewel, planten en dieren genetisch zo aanpassen dat ze ons beter van pas komen. Maar de wetenschap onderschatte de kloof met de maatschappij. Er zijn ethische bezwaren tegen transgene planten en dieren en vooral bij planten zou de techniek risicovol zijn. De producenten moesten onderzoek doen, onder andere naar de mogelijke langetermijneffecten en de kans op verspreiding van genetisch veranderde gewassen in de omgeving. Kosten: 10 miljoen euro per genetisch gemodificeerd gewas. En dus gingen biotechnologen op zoek naar technieken die misschien wel buiten de strenge wetgeving vallen voor wat tegenwoordig gentechgewassen of GMO’s (genetically modified organism) heten.

In de online versie van Nature verschenen afgelopen week twee publicaties waarin wetenschappers zeer gericht het genetisch materiaal van landbouwgewassen veranderden, met zogenaamde zinkvingernucleasen. Daarmee wisten ze een gen te muteren, waardoor het een andere functie kreeg en de plant resistent werd tegen een bestrijdingsmiddel. Het andere artikel beschrijft de introductie van een soortvreemd gen in de plant; ook om resistentie op te wekken en om meer fosfaten in zaden op te slaan.

EIWITTEN

Zinkvingernucleasen zijn enzymen die bestaan uit twee eiwitcomplexen: een zinkvinger en een eiwit dat DNA-strengen knipt, een nuclease. Zinkvingers zijn eiwitten bij elkaar gehouden door een zinkmolecuul. Ze herkennen een stukje genetische code met een bepaalde basenvolgorde en binden op die plaats aan het DNA. Dat doen ze in de natuur als onderdeel van grotere eiwitten die bijvoorbeeld het aflezen van genen regelen. Biotechnologen kunnen die eigenschap goed gebruiken door een nuclease aan een ontworpen zinkvinger te koppelen die het DNA in tweeën knipt.

Voor de nieuwe technologie zijn een gen voor een zinkvinger en voor een nuclease aan elkaar gekoppeld. De ontworpen zinkvingernucleasen knippen DNA op een gewenste plaats in tweeën. Daarna maakt deze technologie gebruik van het feit dat het natuurlijke herstelmechanisme soms niet perfect werkt.

In iedere celkern zijn enzymen actief die DNA-schade herstellen. DNA-moleculen raken dagelijks beschadigd en worden meestal goed hersteld. Bij de ingewikkelde dubbelstrengsbreuk van deze nucleasen gaat het echter in 1 tot 20 procent van de gevallen niet goed: er komt een verkeerde base in het gen, een puntmutatie. Dit kan betekenen dat het gen uitgeschakeld is, of dat de eigenschap van het eiwit waarvoor het codeert een klein beetje verandert.

In een van de twee Nature-publicaties beschrijven Amerikaanse onderzoekers hoe ze via de zinkvingernucleasetechnologie een tabaksplant resistent maakten tegen onkruidbestrijders. Handig voor boeren die hun eigen gewassen niet dood willen spuiten. Dan Voytas, onderzoeksleider, vanuit Minneapolis: “We hebben het ontstane gewas met een puntmutatie gericht veranderd, maar niet transgeen gemaakt. Weliswaar bouwden we eerst een bacteriegen in dat de cel opdracht gaf om zinkvingernucleasen te maken, maar dat haalden we er weer uit door de veranderde planten te kruisen met onveranderde planten. We selecteerden alleen de planten die wel resistent waren maar geen zinkvingernucleasen meer maakten.”

De andere studie, een samenwerkingsproject tussen de Amerikaanse bedrijven Dow Agrosciences en Sangamo Biosciences, ging verder. De onderzoekers brachten niet alleen een knip aan in maïs-DNA, maar bouwden ook een nieuw gen in, waardoor het gewas wel transgeen werd – en dus GMO – maar met meer kans op succes.

“Dit is een revolutie voor de agrobiotechnologie”, zegt Vipula Shukla van Dow. “Deze maïsstudie is slechts een voorbeeld. Er is nog geen gewas geweest waarbij onze technologie niet werkte. We kunnen nu heel gericht genen vervangen, verwijderen, toevoegen en zelfs aanpassen.”

MUTATIES

Volgens Shukla komt de verandering dankzij de zinkvingers precies op de plek waar hij bedoeld is. Ze vond geen mutaties elders in het DNA. Voytas is daar minder stellig over: “Wij troffen wel kleine veranderingen aan op andere plekken in het DNA. Misschien komt dat doordat onze zinkvingers niet zo ver ontwikkeld zijn als die van Sangamo.”

Dat bedrijf heeft sinds 2001 het monopolie op de techniek en bouwde in de afgelopen jaren een bibliotheek op waarin voor veel stukjes DNA de geschikte zinkvinger beschreven staat. Voytas richtte in 2005 het Zinc Finger Consortium op als academische tegenhanger van de commerciële reus. Hij gelooft niet dat de techniek al zo ver is als Sangamo beweert. Intussen wordt in Brussel flink gedebatteerd. In juni adviseert een werkgroep het Europees Parlement over regelgeving rondom nieuwe technieken. Dan zal blijken of de toepassingen van zinkvingernucleasen vrij baan krijgen, of toch het door de biotechindustrie gevreesde GMO-label.