Genoomdesign en -synthese zetten de deur open naar resistente planten en zelfs een wereld zonder genetische ziektes.
De coronapandemie was nog niet lang uitgebroken toen Chinese wetenschappers in genetische databanken de volledige genetische sequentie van het virus uploadden. Die sequentie is zowat de blauwdruk van het virus. Een Zwitserse onderzoeksgroep ging aan de slag met de sequentie. Ze kon het volledige genoom synthetiseren en daaruit het virus produceren. De wetenschappers hoefden niet te wachten op fysieke monsters om er onderzoek naar te verrichten – ze hadden het virus al in hun lab. Het is een voorbeeld van hoe volledige genoomsequentie de geneeskunde en andere domeinen vooruithelpt.
Met genoomdesign kunnen onderzoekers microbes inschakelen als fabrieken
Genoomsequentie is een extensie van het bloeiende veld van de synthetische biologie. Onderzoekers gebruiken software om gensequenties te ontwerpen en die vervolgens effectief te produceren en in te voeren in een microbe. Die microbe herprogrammeren ze als het ware om een gewenste opdracht uit te voeren, zoals een medicijn produceren. Tot nu toe kregen genomen vooral lichte bewerkingen. Maar verbeteringen in de synthesetechnologie en -software maken het mogelijk om steeds grotere delen van het genetisch materiaal af te drukken en de genomen uitgebreider te wijzigen.
Virale genomen – klein in formaat – werden het eerst geproduceerd. Dat begon in 2002, met de ongeveer 7.500 nucleotiden of codeletters van het poliovirus. Net als bij het coronavirus konden onderzoekers dankzij deze gesynthetiseerde virale genomen inzicht verwerven in de manier waarop verwante virussen zich verspreiden en ziektes veroorzaken. Sommige genomen worden ontworpen zodat wetenschappers ze kunnen inzetten voor vaccins en immunotherapie.
Dat was 2002. Vandaag kunnen wetenschappers genomen schrijven die miljoenen nucleotiden bevatten, zoals in bacteriën en gisten. In 2019 drukte een team een versie van het Escherichia coli-genoom af. Dat zette de deur open voor codes waarmee onderzoekers de bacterie naar wens kunnen programmeren. Een ander team heeft een eerste versie van het gistgenoom geproduceerd, bestaande uit bijna 11 miljoen codeletters.
Genoomdesign en -synthese op deze schaal zullen het mogelijk maken om microbes te gebruiken als fabrieken. Die staan dan in voor de productie van niet enkel geneesmiddelen, maar ook van andere stoffen. Je kunt ze ontwerpen om chemicaliën, brandstoffen en nieuwe bouwmaterialen duurzaam te produceren uit biomassa of zelfs uit afvalgassen als koolstofdioxide.
Potentieel wapen
Veel wetenschappers willen grotere genomen kunnen schrijven, zoals van planten, dieren en mensen. Dat vraagt aanzienlijke investeringen in ontwerpsoftware en in snellere, goedkopere methodes om DNA-sequenties van meerdere miljoenen nucleotiden te synthetiseren en assembleren. Met voldoende financiële middelen zou dat voor het einde van dit decennium een feit kunnen zijn.
Onderzoekers hebben vele toepassingen voor ogen. Ze willen planten ontwerpen die resistent zijn tegen ziekteverwekkers. Of een ultraveilige menselijke cellijn, die niet vatbaar is voor virusinfecties, kanker of straling, en die de basis kan vormen voor celtherapieën of voor biomateriaal. Het vermogen om ons eigen genoom te schrijven zal onvermijdelijk naar voren komen, waardoor artsen vele, zo niet alle, genetische ziektes kunnen genezen.
Natuurlijk kan de techniek verkeerd worden gebruikt. De voornaamste angst is dat individuen of groepen met kwaad opzet onder meer ziekteverwekkers inzetten als wapens. Wetenschappers en ingenieurs zullen een biologische veiligheidsfilter moeten ontwikkelen: een reeks van bestaande en nieuwe technologieën die in staat zijn om de verspreiding van nieuwe bedreigingen in realtime te detecteren en te monitoren. Ze zullen teststrategieën moeten ontwerpen die snel kunnen worden opgeschaald. Overheden van over de hele wereld zullen daarvoor veel intensiever moeten samenwerken dan nu het geval is.
Het Genome Project-Write, een consortium dat in 2016 is opgericht, kan zo’n vangnet faciliteren. Het project omvat honderden wetenschappers, ingenieurs en ethici uit meer dan een dozijn landen. Ze ontwikkelen technologieën, delen best practices, voeren proefprojecten uit en onderzoeken ethische, juridische en maatschappelijke implicaties.
