Biotechnologie: de technische kant

Laatste update: 16 april 2002

Basiskennis

Biotechnologie is een enorm breed begrip. Het is dan ook onmogelijk om in een korte inleiding biotechnologie in al zijn facetten te bespreken. We beperken ons daarom tot een eenvoudige inleiding, waarin we toelichten wat gentechnologie is. Gentechnologie is een onderdeel van biotechnologie. Biotechnologie omvat meer dan alleen gentechnologie.

Wat is gentechnologie?

Om duidelijk te maken wat gentechnologie is moeten we eigenlijk beginnen bij de techniek kruisen. We nemen het kruisen van planten als voorbeeld. Stel, iemand heeft om een of andere reden paarse rozen nodig. Die zijn er niet en daarom gaat men rozen met elkaar kruisen om een paarse roos te maken. In figuur 1 is te zien hoe dit in zijn werk gaat.

Figuur 1: Kruising van rozen. De kleur van een roos wordt door meerdere genen veroorzaakt. Bij kruising van 2 rozen ontstaan dus allerlei genencombinaties die ieder hun eigen kleur opleveren. De paarse wordt eruit geselecteerd, de andere kleuren zijn overbodig. Dit proces zou versneld en vereenvoudigd kunnen worden door m.b.v. gentechnologie direct alleen die ene combinatie van genen te maken die leidt tot een paarse roos. In dat geval wordt het gen van de rode roos dat nodig is voor de paarse kleur in gebouwd in het DNA van de witte roos. Het resultaat is hetzelfde als bij kruising, maar al die andere overbodige kleuren worden niet geproduceerd. In feite is gentechnologie niet meer dan het plaatsen van een gen van organisme A in het DNA van organisme B.

Een ander voorbeeld van gentechnologie

In figuur 2 is een veel voorkomende vorm van gentechnologie weergegeven. Hierin wordt een gen van bacterie A ingebouwd in het DNA van bacterie B. Een bacterie (A) produceert van nature een enzym dat bruikbaar is in allerlei chemische productieprocessen. Maar bacterie A produceert hier maar heel weinig van. Daarom wordt het gen dat codeert voor dit enzym in gebouwd in een zgn. productie bacterie (B). De productie van bacterie B ligt veel hoger; hierdoor zal veel meer van het gewenste enzym geproduceerd worden.

Dezelfde verhoogde productie van het enzym zou ook bereikt kunnen worden door van het gen uit bacterie A een aantal kopieën te maken en deze in het DNA van bacterie A te plaatsen. Deze techniek heet multi copy. Hierin krijgt een organisme dus geen vreemd DNA (erfelijk materiaal), maar meer van het eigen DNA.

Figuur 2: Massaproductie van een enzym dat veel gebruikt kan worden in chemische productieprocessen.

Uit: NRC Handelsblad 15/04/00

Gentechnologie gaat verder dan kruisen

In beide voorbeelden van gentechnologie wordt gebruik gemaakt van 2 organismen binnen dezelfde soort. Het is ook mogelijk om 2 organismen die niet tot dezelfde soort behoren te gebruiken. Hierin onderscheidt gentechnologie zich van de natuurlijke methoden. Met gentechnologie kunnen de normale kruisingbarrières worden overschreden. Dat wil zeggen dat een gen van een dier ingebouwd kan worden in het DNA van een plant of micro-organisme en andersom. Zo kan bijvoorbeeld een gen uit een bacterie worden ingebouwd in een plant, om de plant resistent te maken tegen rupsen. Overigens zijn dit soort combinaties niet onbeperkt mogelijk; veel combinaties zijn niet, of slechts onder stringente laboratoriumomstandigheden levensvatbaar.

Over het algemeen wordt gentechnologie toegepast op micro-organismen. Micro-organismen worden gebruikt om enzymen of andere eiwitten te produceren. Dit kan om eigen eiwitten gaan, maar ook om eiwitten die normaal door planten of dieren geproduceerd worden. Daarnaast vindt in toenemende mate gentechnologie op planten plaats. Planten worden zodanig gemodificeerd dat ze beter bestand zijn tegen de omstandigheden waaronder ze groeien (klimaat, plagen, ziektes) of dat ze beter smaken, langer houdbaar zijn, technisch beter toepasbaar etc. Gentechnologie op dieren komt relatief weinig voor. Als het al voorkomt is het vrijwel altijd voor medische doeleinden. Het is opmerkelijk dat veel gesproken wordt over gentechnologie op planten en dieren, maar erg weinig over gentechnologie op micro-organismen, terwijl dat veel meer voor komt.

Klonen

Gentechnologie kan ook gebruikt worden om te klonen. Klonen is een techniek waarmee je nakomelingen kunt maken die exact dezelfde eigenschappen hebben als het organisme waarvan je de kloon hebt gemaakt. Bacteriën vermenigvuldigen zichzelf d.m.v. klonen. Een bacteriecel splitst op een gegeven moment in 2 cellen, die genetisch identiek zijn. Dat is een natuurlijk proces. In feite is dit wat gebeurt in figuur 2 in het vat ‘massaproductie bacterie’. Ook bij planten gaat klonen vrij gemakkelijk, stekken is bijvoorbeeld een vorm van klonen. In feite kan uit iedere plantencel een compleet nieuwe plant groeien. Bij dieren ligt het wat ingewikkelder. Voor het klonen van een dier wordt uit 1 cel van dat dier al het DNA gehaald. Dat wordt in een lege eicel gestopt. Een eicel bevat van zichzelf DNA, dat er dus eerst uit moet worden gehaald. De lege eicel met het nieuwe DNA wordt in de baarmoeder geplaatst, alwaar de eicel ontwikkelt tot een jong met precies dezelfde genetische eigenschappen als het dier dat het DNA heeft geleverd. Klonen wordt veel gebruikt zoals in figuur 2. Daarnaast wordt voor onderzoek gebruik gemaakt van dieren en planten die genetisch identiek zijn en dus door klonen gemaakt. Dit is nodig omdat normaal gesproken geen enkel individu hetzelfde is en dat maakt onderzoek uitzonderlijk moeilijk.

Niet alle producten die geproduceerd zijn met gentechnologie zijn ook gemodificeerd Producten die gemaakt worden m.b.v. gentechnologie hoeven niet te verschillen van de producten die zonder gentechnologie gemaakt worden. Neem het voorbeeld uit figuur 2. Het enzym dat volgens figuur 2 geproduceerd wordt is chemisch identiek aan het enzym dat van nature door bacterie A wordt geproduceerd. Je zou het enzym ook gewoon uit bacterie A kunnen zuiveren, maar dat geeft een hele lage opbrengst. Door bacterie B te gebruiken wordt de opbrengst veel hoger. Bacterie B is gemodificeerd, maar zal het laboratorium of de fabriek niet verlaten. Aan het enzym dat op de markt komt is niet te zien of het uit bacterie A of uit Bacterie B is gezuiverd. Anders is het als het om planten gaat. De gemodificeerde planten worden, nadat allerlei testen in het laboratorium zijn gedaan, op den duur gewoon op het land verbouwd. Deze blijven dus niet in een gecontroleerde ruimte, maar komen gewoon in het milieu. Een gemodificeerde plant is uiteraard niet identiek aan een niet-gemodificeerde plant. Dus als de plant zelf het eindproduct is, zal er weldegelijk een verschil zijn. In sommige gevallen is echter niet de plant zelf het eindproduct, maar bijvoorbeeld de olie die de plant produceert. Deze olie kan wel chemisch identiek zijn aan de olie die door de niet-gemodificeerde plant wordt geproduceerd. In dit product is dan ook niet terug te vinden of het door een gemodificeerde of door een niet-gemodificeerde plant is geproduceerd. M.b.t. de etikettering geldt hetzelfde onderscheid tussen de producten (zie paragraaf regelgeving). Als het eindproduct chemisch gezien anders is dan het oorspronkelijke product, moet het product geëtiketteerd worden. Als dit niet het geval is hoeft het product ook niet geëtiketteerd te worden.

Toepassingen van gentechnologie

De toepassingsgebieden van biotechnologie kunnen onderverdeeld worden in farmaceutische, voedingsmiddelen- en technische toepassingen. Daarnaast wordt in fundamenteel onderzoek veel gebruik gemaakt van biotechnologie. Voor al deze toepassingen wordt gebruik gemaakt van dezelfde technieken. Vanuit technisch oogpunt is er dus geen verschil tussen de toepassingen. Gevoelsmatig zit er echter wel verschil in. Gentechnologie voor medische doeleinden zullen we sneller goedkeuren dan gentechnologie voor voedings- of technische doeleinden. En ook in onze beoordeling van de organismen waarop gentechnologie wordt toegepast zit verschil. Gentechnologie op micro-organismen wordt minder erg bevonden dan gentechnologie op planten of dieren.

In onderstaande tabel zijn enkele voorbeelden van toepassingen van gentechnologie weergegeven.

Risico’s

Het veranderen van genetisch materiaal brengt risico’s met zich mee. Dit is bij biotechnologie niet anders dan bij andere veranderingen. Je hoopt immers op een positief effect, maar dat weet je nooit zeker. Het is dus de kunst om de risico’s van te voren goed in te schatten en maatregelen te nemen die de risico’s tot een minimum beperken.

Genetische modificatie brengt veranderingen aan in het erfelijk materiaal van micro-organismen, planten, dieren en bij gentherapie ook bij de mens. Je wilt dat deze verandering alleen daar wordt aangebracht, waar je de verandering wilt hebben. Ook wil je dat die verandering daar blijft, met andere woorden, je wilt niet dat die verandering verder wordt doorgegeven. Aan de hand van twee voorbeelden wordt het omgaan met de risico’s toegelicht.

Risico’s bij de genetische modificatie van micro-organismen

Als voorbeeld nemen we de genetische modificatie van een micro-organisme, waarbij de ‘goede’ eigenschappen van een organisme worden overgebracht op een ander organisme (zie figuur 1). Bij de beoordeling van de risico’s spelen drie factoren een grote rol: het organisme dat veranderd moet worden (de gastheer), het organisme waaruit het erfelijk materiaal wordt gehaald (het donor-organisme) en het middel waarmee het erfelijk materiaal van het ene naar het andere organisme wordt overgebracht (de vector). Iedere factor wordt apart op risico beoordeeld en uiteindelijk wordt het nieuwe organisme in een gevarenklasse ingedeeld. Op basis van deze gevarenklasse worden maatregelen voorgeschreven om de risico’s te beheersen.

Voor zowel de gastheer, het donor-organisme als de vector worden bijvoorbeeld de volgende vragen gesteld: Welke gevaren zijn van dit organisme bekend? Is het organisme een ziekteverwekker? Maakt het organisme een giftige stof? Kan het organisme erfelijk materiaal uitwisselen met andere soorten ? Kan het organisme overleven buiten het laboratorium? Enz. De antwoorden op deze vragen bepalen de klasse waarin een organisme of vector wordt ingedeeld. Als de klasse bekend is, wordt voorgeschreven welke maatregelen genomen moeten worden. Dit betekent dat er eisen gesteld worden aan laboratoria waarin met dit organisme wordt gewerkt. Heeft het micro-organisme een lage klasse, dan moet worden gewerkt in een laboratorium waarin ramen en deuren gesloten zijn, laboranten een labjas dragen en voor het verlaten van de ruimte hun handen wassen. Als het organisme in een hogere klasse is ingedeeld, dan moeten de werkzaamheden bijvoorbeeld worden uitgevoerd in speciale kast waarin een filter is geplaatst (een zogenaamd veiligheidskabinet), zodat alle uitgaande lucht wordt gezuiverd en alle gemodificeerde organismen worden weggevangen. Bij een nog hogere klasse moet er in het laboratorium onderdruk zijn en wordt het afvalwater opgevangen in tanks. Voor alle laboratoria geldt dat al het levende materiaal wordt gesteriliseerd en daardoor vernietigd voordat het wordt weggegooid.

Al deze maatregelen moeten garanderen dat er geen genetisch gemodificeerde organismen ‘kwijt raken’. Al het gemodificeerde materiaal blijft in het laboratorium of wordt eerst gesteriliseerd voordat het uit het laboratorium wordt gehaald. Om te kijken of de modificatie verloopt zoals de onderzoeker dat wil, worden speciale testen uitgevoerd. Als de modificatie niet goed is, is het commercieel niet interessant en zal het dus gewoon vernietigd worden. Als de modificatie wel goed is dient een markttoelating aangevraagd te worden (zie regelgeving).

Proeven met genetisch gemodificeerde planten

Het modificeren van planten is niet zo anders dan het modificeren van micro-organismen. Het erfelijk materiaal wordt bijvoorbeeld uit een plant of een bacterie gehaald en met verschillende technieken in de plant gebracht. Dit gebeurd met verschillende technieken. De risico’s zijn in wezen gelijk aan de risico’s zoals hierboven beschreven voor micro-organismen. Het wordt wat anders als de plantencellen moeten groeien tot planten. Ook dan wordt een aantal vragen gesteld om de risico’s te kunnen beoordelen: Worden de planten zo ver opgekweekt dat ze gaan bloeien? Op welke wijze wordt stuifmeel overgebracht? Is de gemodificeerde plant toxisch? Kan uitkruisen met in het wild voorkomende planten plaats vinden? Enz. Op basis van de risico-beoordeling worden maatregelen genomen. Zo moeten plantenkassen worden voorzien van insectengaas om te voorkomen dat insecten in en uit vliegen of moeten proefvelden zover van andere akkers worden gehouden dat er door de wind geen ongewenste bestuiving plaats kan vinden.

Bovenstaande voorbeelden geven alleen aan dat voor ieder experiment eerst een risico-beoordeling wordt uitgevoerd voordat de proeven mogen beginnen. Dit geldt niet alleen voor modificatie van micro-organismen, voor de productie van enzymen of voor planten die resistent zijn tegen een bepaald bestrijdingsmiddel. Ook voor toepassing van de producten wordt een risico-beoordeling gemaakt. Zo zijn er procedures voor de beoordeling van nieuwe medicijnen en voedingsmiddelen.

Risico’s voor werknemers

De bovenstaande risico-beoordeling is in eerste instantie gericht op risico’s voor het milieu en de volksgezondheid. Ook werknemers die met genetisch gemodificeerde organismen werken lopen echter risico’s. Deze risico’s zijn dezelfde als de risico’s die gepaard gaan met het werken met biologische agentia. Te denken valt aan allergie door enzym(product)en, ziek worden door pathogenen en stoflongen door inademing van sporen van schimmels. De volgende maatregelen, die genomen worden conform het Besluit GGO (zie regelgeving), dragen zorg voor de bescherming van de werknemers. Ieder bedrijf moet een zogenaamde biologische veiligheidsfunctionaris (BVF) in dienst hebben. Deze BVF moet een onafhankelijke positie krijgen en hij/zij dient te controleren op naleving van de voorschriften. Verder moet de BVF iedere medewerker beoordelen op vakbekwaamheid. Voor het toezicht op de dagelijkse uitvoering van de werkzaamheden moet ieder bedrijf één of meerdere verantwoordelijke medewerkers (VM) benoemen. Door deze opzet is gewaarborgd dat alleen medewerkers met GGO’s werken die bekend zijn met de risico’s, dat toezicht wordt gehouden op de veilige uitvoering van de werkzaamheden en dat een onafhankelijke functionaris controleert of de regelgeving daadwerkelijk in praktijk wordt nageleefd.

De eerste stap tot veilig werken is ervoor zorgen dat werknemers goed op de hoogte zijn van de risico’s en de maatregelen die genomen zijn om risico’s tot een minimum te beperken. Hierbij gaat het niet alleen om de bepalingen uit het Besluit GGO, maar ook de Arbo-wet en in het bijzonder het Besluit biologische agentia spelen een rol. In het laatst genoemde besluit wordt geregeld dat een werkgever maatregelen moet nemen om te voorkomen dat werknemers worden blootgesteld aan biologisch materiaal. Microbiologische laboratoria maken gebruik van de zgn. veilige microbiologische technieken. Dit zijn werkmethoden die verspreiding van biologisch materiaal beperken. Als deze werkmethoden nog niet voldoende zijn om de risico’s tot een minimum te verlagen, wordt ook nog gewerkt in veiligheidskabinetten (speciale kast waarin de uitgaande lucht door een filter wordt geleid).

Regelgeving

De Nederlandse regelgeving m.b.t. biotechnologie bestaat uit 2 niveaus. Het eerste niveau betreft ingeperkt gebruik. Ingeperkt gebruik is een term uit de regelgeving; er wordt mee bedoeld dat alle werkzaamheden in een afgesloten ruimte plaatsvinden. Dit kan een laboratorium, een plantenkas of bijvoorbeeld een dierenverblijf zijn. In ieder geval is er altijd duidelijk sprake van ruimtelijke begrenzing. Het tweede niveau wordt introductie in het milieu genoemd. Hieronder vallen alle activiteiten die niet in een begrensde ruimte plaatsvinden. Dit niveau is weer in tweeën gesplitst: veldproeven en gentherapie enerzijds en markttoelating anderzijds.

Als een bedrijf in Nederland biotechnologisch onderzoek wil doen, is daarvoor toestemming van de overheid nodig. Eerst heeft een bedrijf een vergunning volgens de Wet milieubeheer nodig. In deze vergunning wordt geregeld welke voorzieningen aanwezig moeten zijn om werk van een bepaalde gevarenklasse veilig te kunnen uitvoeren. Deze vergunning wordt afgegeven door de gemeente of de provincie.
Naast deze vergunning is voor ieder soort experiment een vergunning vereist volgens het Besluit Genetisch Gemodificeerde Organismen (Besluit GGO). In deze vergunning wordt geregeld welk onderzoek daadwerkelijk gedaan mag worden. Voordat de vergunning wordt afgegeven, wordt een risico-beoordeling uitgevoerd zoals hierboven beschreven. De vergunning volgens het Besluit GGO wordt afgegeven door het Ministerie van VROM. Zowel de gemeente, provincie als het ministerie kunnen zich laten adviseren door een onafhankelijke commissie, de COGEM. In de COGEM hebben onafhankelijke deskundigen op het gebied van biotechnologie zitting.

In de vergunning Wet milieubeheer zijn dus de omstandigheden waaronder aan biotechnologie gedaan mag worden vast gelegd. De omstandigheden zijn afhankelijk van de risicoklasse waarin de werkzaamheden vallen. In het Besluit GGO wordt bepaald welke experimenten wel en welke niet mogen worden uitgevoerd. Dit gebeurt op basis van een nut/risico afweging.

Controle op de naleving van de Wet milieubeheer gebeurd door gemeente of provincie. De naleving van het Besluit GGO wordt uitgevoerd door ambtenaren van de Milieu-inspectie.

Als het voor het onderzoek nodig is dat er bijvoorbeeld veldproeven worden uitgevoerd is er een andere vergunning nodig. Deze vergunning heeft betrekking op ‘introductie in het milieu’. Hiervoor wordt ook conform het Besluit GGO een risicobeoordeling gemaakt voordat de vergunning wordt afgegeven. De eisen die aan experimenten worden gesteld zijn hoger, omdat er nu geen sprake meer is van een duidelijke ruimtelijke inperking. De vergunningverlening en de handhaving verlopen in grote lijnen hetzelfde als beschreven bij ingeperkt gebruik.

Uiteindelijk kunnen experimenten leiden tot het op de markt brengen van producten. Je hierbij denken aan enzymen die gebruikt worden bij de productie van voedingsmiddelen, nieuwe medicijnen of planten die resistent zijn voor een bestrijdingsmiddel. Voor de markttoelating van genetisch gemodificeerde producten binnen de Europese Unie moet een procedure doorlopen worden waarbij alle lidstaten van de EU worden geraadpleegd. De lidstaten maken een risicobeoordeling op basis van het dossier dat volgens een Europese Richtlijn bij de aanvraag tot toelating aangeleverd moet worden. In dit dossier zijn zaken als wie maakt het product, voor wie is het product bedoeld, wat is de modificatie die is aangebracht, zijn er soort gelijke producten op de markt, zijn er risico’s aan het product verbonden, enz. aangegeven. Op basis van de risicobeoordeling wordt het product toegelaten of niet. Bij onenigheid binnen de EU lidstaten wordt gestemd over de toelating. Dezelfde procedure geldt ook voor genetisch gemodificeerde producten waarvan het gebruik buiten de EU al is toegestaan.
Verder moeten alle genetisch gemodificeerde producten ook voldoen aan de regelgeving die voor soortgelijke producten die niet gemodificeerd zijn gelden. Een gemodificeerd voedingsmiddel moet dus net als alle voedingsmiddelen voldoen aan de Warenwet.

Ten slotte is er nog regelgeving die voorschrijft of producten die gemaakt zijn met behulp van biotechnologische technieken geëtiketteerd moeten worden (zie figuur 3).

Klik hier voor Figuur 3: etikettering genetisch gemodificeerd voedsel (uit brochure ‘eten en genen’)

Meer info

Voor wie meer wil weten over biotechnologie geven we hier nog een aantal internetsites die kunnen worden geraadpleegd:

www.voedingscentrum.nl/biotech/info_watis.asp

www.biotechnologie.net/informatie.htm
www.minlnv.nl/thema/kennis/biotech/brochure/inftkbb02.htm
www.platformgentechnologie.nl
www.biotechnologie.minvws.nl
www.minvrom.nl onder gezondheid en veiligheid, biotechnologie (GGO’s)
www.consumentenbond.nl zoek naar biotechnologie
www.greenpeace.nl onder biodiversiteit