Biotechnologie. Betekenis, 5 voorbeelden & impact

Biotechnologie. Wat is biotechnologie, wat is de betekenis voor ons als mens, het bedrijfsleven en de maatschappij? Wat zijn 5 voorbeelden van biotechnologie, zoals genetica, stamcellen, nanotechnologie, klonen en kweekvlees? Wat is de impact en wat zijn de nadelen? Waarom wordt biotechnologie steeds belangrijker?

Wat is biotechnologie?

Biotechnologie houdt zich bezig met de technieken om biologie te gebruiken voor praktische doeleinden. Het is een heel breed terrein, waar je veel onder kan scharen. Het gaat bijvoorbeeld om het fokken van dieren, het veredelen van gewassen, het kweken en printen van weefsels, nanotechnologie en genetische manipulatie. De naam komt van de Griekse woorden bios (dat staat voor ‘leven’) en technicus (dat staat voor ‘gebruik’). Letterlijk staat biotechnologie dus voor ‘het gebruik van het leven’.

De Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD) definieert biotechnologie als volgt: ‘Biotechnologie is de toepassing van wetenschap en technologie op levende organismen of delen daarvan, op producten en op modellen van levende organismen, met als doel om levende of niet-levende materialen te veranderen voor de productie van kennis, goederen en diensten.’

Gerelateerd aan biotechnologie is synthetische biologie.

NB . Wil je me inhuren voor een lezing over workshop over dit onderwerp? Doe dan een boekingsaanvraag!

Toekomst biotechnologie

De verwachtingen rond biotechnologie zijn hooggespannen. Door ontwikkelingen zoals genetica zijn wetenschappers in staat om de broncode van organismen in kaart te brengen én te wijzigen. Door de toename van big data, de ontwikkeling van krachtige computers, en betere algoritmes, zijn onderzoekers in staat om de oorsprong en ontwikkeling van biologie steeds nauwkeuriger te analyseren.

Om de ontwikkelingen te duiden heb ik dit artikel geschreven en onderstaande mindmap gemaakt.

Mindmap met een samenvatting van welke concepten ik belangrijk vind en hoe ze met elkaar samenhangen.

Video biotechnologie

In 2018 was ik met Pieter van Boheemen van het Rathenau Instituut te gast bij het NPO Radio 1 programma De Nieuws BV, om te praten over de mogelijkheden, risico’s en impact van biotechnologie en biohacking. Bekijk de video hieronder:

Biotechnologie betekenis

In 2016 organiseerde ik een Meetup over biotechnologie. Vanuit de Biohack Academy van de Waag Society kwam bioloog Roland van Dierendonck vertellen over DIY biologie. Onderzoeker Alessio Marcozzi legde uit hoe hij het DIY biologie laboratorium had opgezet in de stad Groningen.

In een interview met BNR Nieuwsradio van een paar weken eerder noemde ik dat biotechnologie steeds belangrijker wordt [link onderin]. De trigger voor mij was een interview dat magazine Wired hield met Bill Gates, de oprichter van Microsoft. In dat gesprek zegt hij dat als hij nu een tiener zou zijn, dat hij dan hij niet in computers zou hacken, maar dat hij biologie zou gaan hacken [link onderin].

Tijdens de Meetup benadrukte Allessio Marcozzi dit: ‘Waar wij nu staan met biologie, is te vergelijken met waar computers waren in de jaren zeventig.’ Toen waren er nog enorme kamers in universiteiten waar de computers in stonden. Tegenwoordig hebben we een stuk meer rekenkracht in onze mobiele telefoons die in onze broekzak zit. Roland van Dierendonck vulde hem aan: ‘De 21e eeuw wordt de eeuw van de biologie.’

In dit deel schrijf ik over vormen en voorbeelden van biotechnologie.

Vormen biotechnologie

Toepassingen in de biotechnologie bestrijken een breed gebied. Binnen de biotechnologie wordt daarom het onderscheid gemaakt met behulp van kleuren:

• rood: medisch (vaccins, medicijnen en diagnostische testen);
• wit: industrie (brandstoffen en afbreekbare plastics);
• groen: voeding en levensmiddelen (zoals gemodificeerde gewassen);
• blauw: marina (denk aan algen die water zuiveren).

Sommige vormen roepen meer weerstand op dan andere vormen. De meeste ophef ontstaat bij het ingrijpen op onze voeding. Dit is de groene biotechnologie. Zo was er veel ophef rond het bedrijf Monsanto, onder andere door schadelijke stoffen die werden ontdekt in gemodificeerde mais.

Een andere handige classificatie van biotechnologie komt van het OECD. Zij onderscheiden 7 vormen van biotechnologie:

1. DNA/RNA: analyseren, maken en bewerken van DNA en RNA;
2. Eiwitten en andere moleculen: analyseren, maken en bewerken van eiwitten, peptiden en andere moleculen;
3. Cellen en weefsels: analyseren, maken en bewerken van cellen en weefsels, waaronder het modificeren van embryo’s;
4. Proces technologie: voorbeelden hiervan zijn bioreactoren en fermentatieprocessen;
5. Genoom en RNA vectoren: gentherapie met behulp van vectoren (virussen);
6. Bioinformatica: databases met biotechnische informatie zoals DNA en systeem biologie;
7. Nanobiotechnologie: biotechnologie op kleine schaal.

Zoals je ziet is het domein van biotechnologie behoorlijk breed.

Biotechnologie voorbeelden (5x)

Wat zijn voorbeelden van biotechnologie? De belangrijkste voorbeelden en toepassingen op dit moment zijn genetica, stamcellen, nanotechnologie, kunstmatig vlees en klonen. Deze voorbeelden heb ik hieronder beschreven en toegelicht.

1 Genetica

DNA is het besturingssysteem van het leven. Door wetenschappelijke projecten zoals het Human Genome Project (HGP) zijn we in staat om het menselijke genoom in kaart te brengen en te analyseren. Maar omdat DNA de bouwblokken van al het leven bevat (dus ook dieren, planten, bacteriën en virussen), zijn we als mensheid tot nog veel meer in staat.

In een bepaalde zin doen we niet anders; neem bijvoorbeeld het fokken van dierenrassen of het veredelen van planten. Wel zijn onderzoekers nu in staat om met behulp van de CRISPR/cas9 techniek direct in te grijpen op het DNA. In China en de Verenigde Staten worden al de eerste onderzoeken gedaan op menselijke embryo’s, op mensen zelf en zelfs door mensen op zichzelf.

Kunstmatig genoom

Een treffende uitspraak is van de Amerikaanse bioloog Tom Knight: ‘Biologie is nanotechnologie die werkt.’ Tom Knight wordt gezien als de grondlegger van synthetische biologie: het kunstmatig creëren van levende organismen [link onderin]. Door methoden zoals CRISPR/Cas9, is dit straks realiteit. In 2010 waren wetenschappers er voor de eerste keer in geslaagd om een cel te kweken met een kunstmatig genoom [link onderin].

Eerder schreef ik een uitgebreid artikel over genetica, genetische modificatie en de werking van CRISPR/Cas9 [link onderin]. Hier vertel ik ook regelmatig over tijdens lezingen en presentaties, zoals bij het Uitvoeringsbedrijf Rijk (UBR) in november 2017.

2 Stamcellen

Wat zijn stamcellen? Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die veranderd kunnen worden in gespecialiseerde cellen, zoals die in het hart, de hersenen, de huid, de longen en de lever. Kinderen hebben een heleboel stamcellen. Deze functioneren als een ingebouwd reparatiesysteem. Ze worden gestuurd naar plekken in het lichaam die een beschadiging hebben hebben, zoals een ontsteking.

Naarmate je ouder wordt, heb je steeds minder stamcellen tot je beschikking. Daarbij vermindert de kwaliteit en de werking van je stamcellen ook door genetische veranderingen die optreden omdat je ouder wordt.

Wetenschappers doen nu onderzoek naar de mogelijkheid om de populatie stamcellen in het lichaam te kunnen herstellen en te verjongen. Één van de opties hierbij is om de eigen stamcellen te gebruiken, deze bevinden zich bijvoorbeeld in het buikvet. Het nadeel van deze methode is dat deze stamcellen waarschijnlijk al genetische veranderingen hebben ondergaan.

Navelstreng

Een alternatieve methode is om stamcellen te gebruiken uit de placenta of de navelstreng. Het voordeel hiervan is dat deze in grote getale aanwezig zijn en nog geen of beperkte genetische veranderingen hebben ondergaan. Vervolgens kunnen deze stamcellen worden opgekweekt en later weer aan het lichaam worden toegediend. Toepassingen hiervan zijn om ontstekingen te verminderen, auto-immuunziektes te bestrijden, spiermassa te vergroten, gewrichten te herstellen, de huid te verjongen en het haar te laten groeien.

Om die reden zijn er stamcel-klinieken en banken waar je als consument je eigen stamcellen of die van je pasgeboren kinderen kan laten opslaan [link onderin]. De kosten hiervan zijn momenteel (2017) een kleine 300 euro eenmalig en ruim 120 euro jaarlijks.

3 Nanotechnologie

Op de Singularity University Summit Europe 2014 sprak ik met Raymond McCauley. Hij is wetenschapper, ingenieur en ondernemer.  Momenteel is hij voorzitter van het biotech programma bij de Singularity University en hij was eerder onder meer medeoprichter van BioCurious, een zogenaamde hackerspace voor biotech in Silicon Valley [link onderin].

Raymond McCauley ziet veel toepassingen in het modificeren van biologie op het allerkleinste niveau, zoals bacteriën en virussen. Dit is een vorm van nanotechnologie, naast andere vormen zoals minuscule elektronica en robots [link onderin].

Volgens hem staan we nog maar aan het begin van wat mogelijk is. ‘Het kost nu ongeveer 100 dollar om je darmflora te analyseren. Een jaar geleden was het nog 1.000 dollar! Over een paar jaar kun je dat doen voor 1 dollar, is mijn overtuiging.’

Bacterie updates

De mogelijkheden om je lichaam te meten, worden dus steeds goedkoper. Hij gelooft ook in de overgang van meten naar veranderen. ‘We zijn er zo aan gewend om onze computer of telefoons updates te geven. In de toekomst doen we dat ook met ons lichaam. We meten bijvoorbeeld dat we een bepaalde bacterie nodig hebben. Die kunnen we op een gegeven moment printen en op ons lichaam spuiten.’

Een tegenontwikkeling is dat steeds meer mensen terug gaan naar de natuur en zich afkeren van technologie. Raymond McCauley ziet hier geen tegenstelling in, maar denkt dat beide stromingen elkaar juist versterken. ‘Het wordt interessant als we door nieuwe technologie weten hoe bijvoorbeeld Otzi leefde. Wat hij at en welke bacteriën hij op zijn huid en in zijn darmen had.’

Volgens hem is probiotica straks ook ouderwets. ‘Je kan straks heel specifiek meten welke bacteriën je nodig hebt. Je hebt dan pillen of sprays die je dat gepersonaliseerd kunnen geven.’

4 Kunstmatig vlees

Op de Singularity University Summit Europe 2017 sprak ik met professor Mark Post van de Maastricht Universiteit. Hij doet onderzoek naar het kunstmatig maken van vlees en werd vooral bekend van de kweekburger die in 2013 nog ruim 250.000 dollar koste [link onderin].

Volgens hem kunnen we niet anders. Als inwoners van landen als China en India dezelfde hoeveelheid vlees willen eten als wij doen, dan is er niet genoeg ruimte op de aarde om al het vee te huisvesten. Naast ruimtegebrek is het qua methaan- en CO2 uitstoot ook niet mogelijk. Volgens een onderzoek van de Universiteit van Oxford bespaart kweekvlees ten opzichte van regulier vlees 90% landoppervlakte, 90% waterverbruik en 60% energie.

Smaak kweekburger

Is de smaak dan nog steeds hetzelfde? Mark Post vertelt over de 2 vrijwilligers die zijn kweekburger aten in 2013. Hun reactie: ‘Ja, het is vlees. Misschien wat droog, maar wel vlees.’ De verwachtingen van Mark Post? ‘De prijs voor een kweekburger zal in 2021 ongeveer 11 dollar zijn.’

Dan kan een kweekburger best een optie worden. Wellicht ook voor vegetariërs of veganisten. Hier had ik het onder meer over met sportdiëtist Saraï Pannekoek in een podcast interview. Als vlees in laboratoria gekweekt kan worden, dan bespaart dit ook dierenleed. Waarschijnlijk is het ook gezonder voor ons als mens, aangezien er geen antibiotica nodig is en fabrikanten de mogelijkheid hebben om extra voedingsstoffen zoals vitaminen en mineralen toe te voegen.

5 Klonen

Zhong Zhong en Hua Hua zijn ’s werelds eerste apen die ter wereld zijn gekomen door kloontechnologie. In 2017 kwam dit overal groot in het nieuws. Onderzoeksleider Mu-Ming Poo van het Chinese Instituut voor Neurowetenschappen in Shanghai zegt tegen de media (waaronder de Volkskrant) dat het in theorie nu ook mogelijk is om mensen te klonen [link onderin]. ‘Alleen regels kunnen het nu nog tegenhouden. De maatschappij moet hier scherper op letten.’

Gerelateerd aan klonen is xenotransplantatie. Onderzoekers zijn nu bezig om het menselijk hart in een varken of om de hersenen van een mens in een muis te kweken. Dit kan een oplossing zijn voor het donortekort. In dat geval hoeven we geen mensen te klonen voor onze reserveonderdelen zoals in de film The Island.

Overigens is het klonen van mensen voor de voortplanting in veel landen wettelijk verboden, zo ook in Nederland. Het klonen, zoals met Zhong Zhong en Hua Hua, is vooral bedoeld voor wetenschappers om met een reeks aan genetisch identieke dieren proeven te kunnen doen.

In dit deel schrijf ik over de verwachte impact van biotechnologie.

Impact

Biotechnologie is volgens Raymond McCauley nu nog vooral voor ‘geeks working on the edge‘. Maar: ‘That is the direction where we are headed.’

We bleven nog even zitten en ik vertelde hem over mijn persoonlijke experimenten [link onderin]. Hij reageerde enthousiast: ‘Ik ben blij met de ontwikkeling van quantified self.’ Volgens hem is het sowieso goed dat mensen door zelfmeting bewust worden van hun eigen lichaam en leven.

Raymond McCauley: ‘Dat zijn crossover studies. Onderzoekers zijn er steeds meer over eens dat het wetenschappelijk hele valide onderzoeken kunnen zijn. Het is ook relevanter om jezelf te meten over een aantal meetmomenten, dan jezelf te vergelijken met anderen.’

Wat de volgende stap is op het gebied van quantified self, is volgens hem dat we afstappen van draagbare technologie. Volgens hem gaan we naar meetinstrumenten die we dichter op ons lichaam dragen, kunnen doorslikken of zelfs implanteren. Dat bewees hij op de Summit. Op het podium liet hij een RFID chip in zijn linkerhand implementeren. Peter Diamandis volgde even later zijn voorbeeld, net zoals ik een paar maanden later ook deed [link onderin].

Vierde revolutie

Een paar jaar later, op de Get Into The Future Conference 2017 in Amsterdam, sprak ik daarover met Kris Verburgh. Hij is niet alleen auteur van het boek De Voedselzandloper, maar hij houdt zich ook bezig met zorginnovatie en biotechnologie. Volgens hem betreden we nu de vierde industriële revolutie, waarin een aantal technologieën samenkomen:

1. Stoommachine
2. Elektriciteit
3. Electronica
4. Combinatie van kunstmatige intelligentie, robotica, the cloud, Internet of Things en biotechnologie

Wat is de is de impact van deze revolutie? Volgens Kris Verburgh zijn we in de situatie dat veel ziekten genezen kunnen worden, het leven herschreven kan worden en dat geneesmiddelen precies en gepersonaliseerd werken. Een paar voorbeelden die hij noemde waren genetisch gemodificeerde salmonella bacteriën die kunnen dienen als anti-tumor medicatie, vormen van immunotherapie om heel gericht kankercellen aan te vallen, en Japanse wetenschappers die stamcellen uit de huid konden extraheren.

Voeding

Wat voor invloed hebben ontwikkelingen in de biotechnologie op onze voeding? Nora Khaldi sprak op de Singularity University the Netherlands Summit in Amsterdam in september 2016. Zij is wiskundige en gepromoveerd in moleculaire evolutie en bioinformatica.

Zij is nu Chief Scientific Officer van Nutritas en heeft het bedrijf mede opgericht. Doel van het bedrijf is om de invloed van de moleculen in voeding op het menselijk lichaam te onderzoeken. In het bedrijf combineren ze kunstmatige intelligentie, moleculaire technologie, moleculaire evolutie en voedingsonderzoek.

Ze is stellig over de toekomst van voeding en voedingsadvies. Nora Khaldi: ‘Voedingsadviezen van apps op je smartphone zijn nu nog veel te algemeen’. Als we meer over het effect van voeding op het lichaam weten, kunnen we veel gerichter voedingsadvies geven. Met een app op je smartphone. Nora Khaldi: ‘In de toekomst kijk je op je smartphone naar biomarkers over het ontstekingsniveau in je lichaam. Je krijgt dan direct advies over wat je moet eten of drinken’.

Innovatie in voeding

Niet alleen voedingsadviezen, maar ook voeding zelf kan geïnnoveerd worden. Het eerste onderdeel daarbinnen is om te weten hoe je lichaam om gaat met voeding. Zelf deed ze onderzoek naar peptides. Dat zijn moleculen die bestaan uit een keten van aminozuren.

Volgens haar zijn generieke uitspraken over categorieën voeding zoals rood vlees of koffie in de toekomst niet meer nodig. We weten dan specifiek hoe moleculen in voeding in je lichaam worden opgenomen en worden verwerkt.

Wereld

Op het Brave New World congres 2017 in Leiden sprak ik met schrijver, kunstenaar en wetenschapper Daisy Ginsberg [link onderin]. Volgens haar kan biotechnologie leiden tot een betere wereld. Ze noemt voorbeelden zoals biodiesel in plaats van fossiele brandstoffen en ‘gene drive‘. Dit is een technologie gebaseerd op CRISPR/cas9 met als doel om in gehele rassen en populaties van organismen veranderingen aan te brengen.

Haar promotieonderzoek ging over natuurlijke en synthetische biodiversiteit. Hoe kunnen we biotechnologie toepassen om diersoorten te redden van uitsterven of door zelfs soorten weer te herintroduceren? Ze houdt hierin wel een slag om de arm. Het is volgens haar een illusie dat we biologie of onszelf van bovenaf kunnen beheersen en controleren. Daarvoor zijn biologische systemen te complex en hebben ze een te grote onderlinge verwevenheid.

Wat doen onderzoeksinstituten en bedrijven rondom biotechnologie?

Bedrijven biotechnologie

In Silicon Valley, de bakermat van grote internet technologiebedrijven zoals Google, Apple en Facebook, wordt biotechnologie steeds populairder. De reden daarvoor is de ontdekking van CRISPR/cas9 als methode voor genetische modificatie. In een artikel voor Wired schrijft journalist Megan Molteni: ‘Biologie wordt het volgende computerplatform, met DNA als de besturingscode en CRISPR/cas9 als de programmeertaal’ [link onderin].

Een paar veelbelovende voorbeelden zijn Synthego, Inscripta en Twist Bioscience [links onderin]. Synthego is opgericht door de broers Paul en Michael Dabrowski. Zij hebben geen achtergrond in biotechnologie, maar werkten een paar jaar lang bij SpaceX. Met Synthego maken ze nu maatwerk CRISPR kits waarmee onderzoekers wereldwijd veel sneller experimenten en ingrepen met genetische modificatie kunnen doen. Inscripta maakt een enzym voor genetische bewerkingen, terwijl Twist synthetische DNA en RNA maakt.

Om die reden geeft durfinvesteerder Sean Parker in een interview met Wired jonge mensen het advies om biologie, biotechnologie of bioinformatica te studeren [link onderin]. ‘Dit domein gaat door dezelfde transformatie als dat er twintig jaar geleden gaande was in de informatietechnologie’.

In dit deel schrijf ik over kritiek en uitdagingen op biotechnologie, zoals biologische wapens, als ook hoe Nederlanders hier tegenover staan.

Biologische wapens

Eind 2018 gaf ik een lezing bij het Dawes Centre for Future Studies van de University College London (Engeland) over biotechnologie en het gebruik daarvan door criminelen, terroristen en veiligheidsorganisaties [de presentatie staat onderin]. Met de komst van computertechnologie en informatietechnologie hebben we de criminele en terroristische weerslag daarvan gezien met cybercriminaliteit.

Dus waarom zou dat niet optreden met biotechnologie? Volgens Adam Hessel en Marc Goodman in een artikel in magazine Wired zijn we wat dat betreft aanbeland in het jaar 1979 [link onderin]. Maar wat als we dat doortrekken? Dan zijn de volgende vormen van criminaliteit niet ondenkbaar:

• SPAM: geld verdienen door een virus te verspreiden waardoor de aandelen van een medicijnfabrikant stijgen.
• Phishing: analyseren van DNA om daarmee iemand’s gezondheid aan te vallen.
• DOS (Denial of Service): gericht een groep mensen tijdelijk uitschakelen met een virus (zoals werknemers van een bepaald bedrijf).
• Identiteitsfraude: het DNA van een ander gebruiken en daarmee je identiteit vervalsen.
• Spoofing: het DNA van iemand anders achterlaten om daarmee de politie te misleiden.
• Piraterij: het namaken van gepatenteerde vormen van synthetische biologie en dat illegaal verkopen.
• Terreur: het maken van een dodelijk virus, gericht op een enkele individu.

Aan de andere kant gaan overheidsorganisaties op haar beurt ook mee met de tijd. Hedendaagse voorbeelden zijn DNA spray als vorm van forensische preventie of de investeringen die DARPA (onderdeel van het Amerikaanse leger) doet in het ontwikkelen van synthetische biologie toepassingen [link onderin].

Sceptisch

In het rapport Leven Maken van het Rathenau Instituut uit 2007 gaan de auteurs in op de veiligheid van biotechnologie en dan specifiek toepassingen voor oorlogsvoering en terrorisme [link onderin]. Verschillende experts binnen het Zwitserse Forum Genforschung achten de kans op misbruik met biotechnologie verwaarloosbaar.

Raymond Zilinskas is onderzoeker Chemical and Biological Weapons Nonproliferation Program aan het Middlebury Institute of International Studies [link onderin]. Hij acht de kans op misbruik klein, omdat het moeilijk is om biologische wapens te maken die effectief zijn.

Je moet namelijk aan een groot aantal voorwaarden voldoen om een organisme te ontwerpen als biologisch wapen.

• Het organisme moet makkelijk kunnen infecteren in een gastheer (mens of dier), besmettelijk zijn, overleven voor en na verspreiding, resistent zijn voor medicijnen en programmeerbaar zijn;
• Het organisme moet op een effectieve manier verspreid worden (via de lucht, een injectie, een explosie, voeding of drank);
• De werking en de verspreiding van het organisme moeten uitgebreid getest worden.

De beste biologische wapens hebben een lange incubatietijd. De ebola uitbraak in 2017 kon relatief eenvoudig worden beteugeld omdat het patiënten snel duidelijk was dat ze de ziekte hadden. De instanties konden de patiënten snel in quarantaine plaatsen om te voorkomen dat de infectie werd doorgeven. Als de ziekte later optreedt, dan kan het biologische wapen zich veel sneller en verder verspreiden.

Kritiek

Zoals ik al eerder schreef bij het voorbeeld van probiotica, verwacht Raymond McCauley een synergie tussen de nieuwe technologie en de menselijke principes uit de oudheid.

Ik was namelijk benieuwd of hij een spanning ervaart tussen de nieuwe technologieën en de leefstijl. Nieuwe technologieën, zoals 3D printen, zelfrijdende auto’s, virtual reality, klonen, kunstmatige intelligentie en robots. Kan de mens dat nog wel aan? De mens heeft immers geen grote update gekregen in de laatste vijfduizend jaar.

Hij is vooral nieuwsgierig hoe wij als mens kunnen omgaan met de sociale veranderingen: ‘Als mens zijn we geprogrammeerd om met een bepaald aantal mensen verbindingen aan te gaan.’ Met de huidige informatietechnologie communiceren we dagelijks met een veelvoud daarvan.

Menselijke maat

Hij is echter positief. ‘Technologie zorgt er juist voor dat de menselijke maat terugkomt. Het zou me niets verbazen als we als mens juist weer in kleinere communes gaan leven.’ Grootschalige ontwikkelingen met een gigantische impact op de mens en al het leven op de planeet zoals biotechnologie zorgen voor een drang van de mens om beter en gelukkiger met elkaar te leven.

Is dat zo? Of is zijn blik vertroebeld en is hij te optimistisch, tegen het utopische aan? Wat dat betreft gaf Daisy Ginsberg op Brave New World 2017 in mijn beleving een beter beeld. Volgens haar is het een illusie dat we als mens onze en andere biologieën volledig kunnen beheersen, controleren en vormen.

Mening Nederlanders

Hoe kijken Nederlanders aan tegen de kansen en bedreigingen van biotechnologie? Voor de Nationale Toekomstmonitor 2016 van Stichting Toekomstbeeld der Techniek zijn 1.000 Nederlanders ondervraagd naar hun opvatting over biotechnologie [link onderin].

In algemene zin waren de respondenten positief. Positief zijn ze over de mogelijkheden om langer en gezonder te leven. Negatief waren de respondenten aan het ingrijpen op ongeboren kinderen en dat de technologie vooral wordt ingezet door bedrijven om meer winst te maken.

Nog een opvallend ding is de waarde ‘natuurlijkheid’. Deze waarde is moeilijk onder woorden te brengen, maar het is voor de respondenten van een groot emotioneel belang. Wellicht herken je dit zelf ook wel: wat de natuur heeft gemaakt, dat zal wel goed zijn. Als wij er als mens aan gaan sleutelen met de intentie om het te verbeteren, dan zal het wel ergens niet kloppen.

In 2019 volgde ik de opleiding Biohack Academy bij De Waag in Amsterdam. Hieronder lees je wat ik heb geleerd over biotechnologie.

Biohack Academy 2019

In 2019 rondde ik de Biohack Academy van de Waag Academy in Amsterdam af [link onderin]. De reden dat ik me had ingeschreven voor de opleiding is dat ik meer ervaring wilde opdoen met biotechnologie. Hierin kwam ik aan mijn trekken. Een groot deel van de opleiding bestond namelijk uit workshops en tijd in het laboratorium, om aan ons eigen project te werken.

In mijn artikel over DIY-biologie schreef ik meer over de inhoud van de opleiding, de inhoud van de workshops en de invulling van mijn project [link onderin]. Daarnaast heb ik wekelijks een pagina bijgehouden op Github met de vorderingen van mijn project [link onderin].

Term biohacking

Aan het einde van de opleiding moesten we een presentatie houden over ons project, voor de andere studenten, én mochten we een tentoonstelling opzetten over de eindproducten. De tentoonstelling was openbaar toegankelijk. Wat mij opviel was de diversiteit in de onderwerpen. Enkele studenten waren net als ik geïnteresseerd in genetica, anderen wilden juist kunst maken, aan de slag met gewassen (zoals Candyce, een medestudent uit London) of maatschappijkritische vragen opwerpen. Een presentatie waarin elke student in één pagina zijn of haar project mocht tonen staat onderin dit artikel.

De presentatie die ik heb gegeven staat hieronder:

De inspiratie voor mijn project komt uit meerdere hoeken. Ten eerste betreft het de definitie van de term ‘biohacking’. In grote lijnen zijn er drie definities, namelijk mensverbetering, een gezonde leefstijl en de democratisering van biotechnologie.

1. Biohacking als synoniem van mensverbetering is de lijn die ik aanhoud in mijn eigen boek [link onderin]. Hierbij gaat het over het toepassen van genetische modificatie, het inbrengen van electronica in het lichaam en het vervangen van lichaamsdelen voor protheses.
2. Biohacking als stroming van mensen die een gezonde leefstijl nastreven gaat om methoden zoals ijszwemmen, gadgets om dingen van je leven te meten of te verbeteren en aanpassingen in voeding of suppletie. Het bekendste voorbeeld van de laatste categorie, waar ik ook mijn presentatie mee begon, is bulletproof coffee. Dit is een ontbijtdrank die bestaat uit koffie, boter en MCT olie (een extract van kokosolie).
3. Biohacking als beweging van initiatieven om biotechnologie te democratiseren is de term die ook binnen de Waag Academy wordt gebruikt. Binnen mijn eigen model van Biohacking duidt ik deze definitie als DIY-biologie. Dit heeft minder toepassing op mensverbetering (definitie 1) en al helemaal niet op leefstijlverbetering (definitie 2).

Overigens kwam de eerste definitie van mensverbetering vaak terug in de opleiding, zowel in de lessen als in de gesprekken met andere studenten. Dit ging dan over de ingreep van de Chinese wetenschapper He, die eind 2018 de eerste kinderen ter wereld heeft geholpen die genetisch aangepast zijn. In mijn artikel over genetische modificatie heb ik hier meer over geschreven [link onderin].

Aan de slag bij een workshop:

Toekomst

Het tweede inspiratiemoment dat me stimuleerde in het bedenken van het concept van mijn project, is een video van Joi Ito [link onderin]. Joi Ito is de directeur van het MIT Media Lab. In de video geeft Joi Ito een lezing die hij afsluit met de volgende quote (die ik in het Engels heb gehouden, want dat vangt beter de essentie wat mij betreft): ‘The design of the future is hardware, it’s software, it’s biology and it’s complex.’

Aangezien ik me in mijn lezingen en onderzoek veel bezighoudt met de toekomst, leek het me leuk om de drie elementen uit de quote van Joi Ito te ervaren:

• hardware
• software
• biologie (wetware)

Per onderdeel werk ik hieronder uit wat ik binnen mijn project heb gedaan en hoe zich dat verhoudt tot de toekomst, zoals Joi Ito dat mooi had verwoord.

Laboratorium thuis

Als je zou willen, dan kun je na het afronden van de opleiding thuis een eigen laboratorium hebben. Elke week werd namelijk een ander type apparaat besproken met de functie, onderdelen en bouwinstructie. Van een incubator (om organismen in te laten groeien) en een microscoop, tot een spectrometer en een thermocycler (een PCR, een apparaat om DNA mee te vermeerderen). Het kenmerk van deze apparatuur is dat het een fractie kost om zelf te maken dan wanneer je het apparaat zou kopen.

Guerrilla laboratorium

Neem mijn medestudent Inger. Haar doel was om zoveel mogelijk labapparatuur zelf te maken zodat ze thuis verder kon met biotechnologische experimenten en onderzoek. In Ierland kwam Cathal Garvey een paar jaren geleden in het nieuws in een artikel op Technologie Review [link onderin]. In het interview vertelt hij hoe hij een slaapkamer in het huis van zijn ouders heeft omgebouwd naar een volwaardig laboratorium.

Alhoewel, volwaardig?

Medestudent Mischa noemde het laboratorium bij De Waag treffend een ‘guerrilla biotechnologie laboratorium’. Het ziet er een stuk minder flitsend en high-tech uit dan je zou aantreffen bij een rijke onderzoeksinstelling of biotechnologiebedrijf. Dat neemt overigens niet weg dat het allemaal wel werkt, soms met wat hulp van ducktape of elastiekjes.

Steriele paraplu

In het wetlab op de Waag stonden deze apparaten uit eerdere jaren van de opleiding. Als groep begonnen we de eerste week met het samen maken van een sterile hood. Dit is een werkruimte met constante luchtcirculatie om steriel in te kunnen werken. Als alternatief hebben we ook veel rond een gasbrander gewerkt. De stroming van de hete lucht rondom de vlam zorgt namelijk voor een steriele zone, door docent Roland de ‘steriele paraplu’ genoemd.

Binnen mijn eigen project heb ik één apparaat gemaakt, namelijk een webcam microscoop. Hiervoor heb ik een ontwerp op Thingiverse gedownload en met een Pruse 3D printer de componenten van de microscoop geprint. Aangevuld met een webcam (waarvan je de lens moet omdraaien), enkele bouten en moeren was de microscoop af.

Genetische bewerking

Het allerliefste had ik binnen mijn project gewerkt met CRISPR/Cas9. Dit is een tamelijk recente ontdekte methode voor genetische modificatie. Eerder heb ik daar een uitgebreid artikel over geschreven [link onderin]. Ten opzichte van eerdere methodes zoals de veredeling van gewassen, het fokken van rassen of TALEN en ZINC fingers is CRISPR sneller, goedkoper en efficiënter.

Doe het zelf CRISPR

Bijna wekelijks had ik het in het projectoverleg over genetica of genetische modificatie. Het leek me mooi om zelf met CRISPR te werken. In zekere zin had ik dat al een keer gedaan. In 2017 was ik bij een bijeenkomst van De Waag over deze technologie. Als groep doorliepen we alle stappen tot de allerlaatste.

Die stappen staan beschreven in de handleiding van de kit van The Odin [link onderin]. Bij dit Californische bedrijf kun je een kit bestellen om thuis te ‘crisperen’. Het probleem is echter dat CRISPR niet toegestaan is in Europa (in tegenstelling tot de rest van de wereld zoals Verenigde Staten, Canada en China).

Wetgeving Europa

In Europa zijn genetische gemodificeerde organismen niet toegestaan. Althans, dat volgde uit een uitspraak van de hoogste rechter in de zomer van 2018 die zich beriep op de huidige Europese wetgeving. Het argument dat bijvoorbeeld dr. René Smulders van de Wageningen Universiteit hiertegen maakt, is dat CRISPR genetische aanpassingen kan versnellen die ook in de natuur zouden kunnen voorkomen. Aanpassingen die voorkomen door natuurlijke evolutie, worden sysgenetica genoemd.

Hiervoor moeten Europese onderzoekers nu oudere (en meer slordige en slechtere) methoden gebruiken. Transgenetica (het toevoegen van een gen dat in de natuur niet bij het organisme zou kunnen voorkomen) is nog steeds verboden, maar volgens Smulders een hele andere discussie.

Handhaving Nederland

Het aardige van de Biohack Academy is dat medestudente Inger wel de kit heeft besteld bij The Odin. Zij was benieuwd of het zou worden tegengehouden door de douane vanwege de Europese regels en handhaving door de Nederlandse overheid. Lachend vertelde ze later dat de douane haar bestelling een paar dagen heeft vastgehouden maar dat de reden was om te berekenen hoeveel BTW ze moest betalen.

Tijdens de tentoonstelling bij De Waag hield ze een kleine enquete met de vraag om mensen vonden dat ze het experiment zou moeten doen en of ze zouden denken of zij het zou doen. Ze zou ons nog op de hoogte houden van de uitkomst van de enquete en of ze het experiment vervolgens zelf nog thuis zou gaan doen.

Restrictie enzymen

Zelf ben ik binnen mijn project aan de slag gegaan met restrictie-enzymen. Werken met restrictie-enzymen zou je kunnen zien als een voorloper van CRISPR/Cas9. Met deze methode knip je in DNA, maar je voegt geen (nieuw of ander) DNA in. Daarnaast werkte ik met een kit van Bio-rad waarbij alleen bewerkingen op het DNA werden gedaan.

Als ik de bewerking in een organisme had gedaan, dan was er strikt gezien wel sprake van genetische modificatie. Na een check bij onze docent en begeleider Roland kon ik met het experiment aan de slag. In mijn artikel over DIY biologie staat een uitgebreidere uitleg van dit experiment en wat ik ervan heb geleerd [link onderin].

Synthetisch DNA

Naast mijn fascinatie met CRISPR/Cas9 heb ik nog een ander interessegebied, namelijk synthetisch DNA. Dit betekent dat je kunstmatige DNA of RNA code kan bestellen. In Nederland kan dat bijvoorbeeld bij Baseclear (gevestigd in Leiden) of Eurofins (een Duits bedrijf).

Toekomst

Mijn interesse voor dit gebied komt mede door de brede toepasbaarheid. Neem het werk van Jef Boeke. Hij is de directeur van het Institute for Systems Genetics in New York. Hij leidt daar een team van een paar honderd wetenschappers. Hun doel is om het volledige genoom van gist kunstmatig te fabriceren [link onderin]. In het interview zegt hij hierover: ‘In de toekomst kunnen we nog makkelijker organismen aanpassen en ontwerpen. Neem algen die brandstof maken, organen die tegen allerlei ziekten kunnen of het terugbrengen van uitgestorven diersoorten.’

Nieuw platform

Als je deze ontwikkeling beschouwt in relatie tot genetische modificatie dan zijn de gevolgen nu nog amper te overzien. Neem een beschouwing in technologiemagazine Wired [link onderin]. De journaliste schrijft treffend: ‘Biologie wordt het volgende computerplatform. DNA is de code en CRISPR is de programmeertaal.’ Bedrijven als Twist, Synthego en Inscripta werken aan radicale diensten en producten met biologie als basis.

Bioinformatica

Binnen mijn eigen project heb ik de DNA-code van de lambda bacteriofaag in Benchling geladen. Benchling is een programma dat wordt gebruikt door bedrijven en onderzoeksinstellingen om hun experimenten in bij te houden, samen te werken en simulaties in te draaien.

De lambda bacteriofaag had ik gekozen omdat het ook het DNA was waarin ik met restrictie-enzymen heb geknipt. In Benchling ben ik op zoek gegaan naar de plekken in het DNA waar ik kon knippen met de enzymen. Die basiscode heb ik vervolgens besteld bij Eurofins, maar niet voordat ik nog een paar berekeningen moest doen. Dit had onder meer betrekking op de selectie van de primers. Primers gebruik je om DNA te vermeerderen in de thermocycler. Naast Benchling zijn er tal van bioinformatica programma’s. Bioinformatica staat hierbij voor de samensmelting van informatica met biologie.

Snelheid

Uiteindelijk heb ik 248 basenparen synthetisch DNA bij Eurofins besteld voor 150 euro. De productie en verzending duurde ongeveer 7 werkdagen. Het is mijn overtuiging dat de prijs snel naar beneden gaat en de snelheid fors omhoog.

Dit is anno 2019 al zichtbaar als het gaat om DNA sequencing, het analyseren van DNA. In een interview zegt vooraanstaand genetics George Church dit hierover: ‘De prijs is in de afgelopen 14 jaar gezakt met een factor van 10 miljoen.’ In hetzelfde gesprek zegt hij dat de prijs op een gegeven moment bijna gratis zal worden. Zoals ik al eerder schreef wordt dit de ‘Carlson curve’ genoemd, een (snellere) equivalent van de Wet van Moore.

Met betrekking tot DNA sequencing denkt Church overigens aan deze volgende stappen:

• Live sequencing. Met fluorescerende middelen en augmented reality kun je de namen van genen direct in het weefsel zien.
• Wearable sequencing. Een apparaat dat je bij je draagt en dat continu de allergenen en pathogenen in de omgeving scant.

Biologie en computertechnologie

Dezelfde ontwikkeling zouden we ook kunnen zien bij synthetisch DNA. In een aflevering van Tegenlicht haalt onderzoeker en ondernemer Andrew Hessel dit ook aan. Als je nu software wil maken, dan maak je gebruik van vaste stukjes computercode in de vorm van programmeertaal of applicaties. Je programmeert niet meer op het niveau van nullen en enen als bits. Dat doen we in de biotechnologie nu nog wel.

Wat als biotechnologie zich op dezelfde wijze ontwikkelt als computertechnologie? De implicaties daarvan kan ik nu nog amper overzien, maar het is zowel geweldig als verontrustend. Het is geweldig omdat het enorm veel kan betekenen in de gezondheidszorg, tegen het voedselprobleem en tegen de klimaatcrisis. Aan de andere kant is het verontrustend, want zoals ik al eerder schreef zullen militaire organisaties, criminelen en terroristen ook van deze technologie gebruik gaan maken.

Lessen Biohack Academy

Roland en ik kennen elkaar al wat langer. Na mijn presentatie stelde hij mij de vraag hoe de Biohack Academy mijn ideeën over biotechnologie en biohacking hadden veranderd. ‘Naast meer kennis en vaardigheden voor in het laboratorium, heeft de opleiding me vooral meer nuance en context gegeven.’

Die nuance wordt mooi verwoord door Joi Ito. Het laatste deel van zijn uitspraak is namelijk: ‘And it’s complex’. Veel artikelen over de toekomst van biotechnologie schetsen een beeld waarin het ontwerpen en wijzigen van biologische organismen heel eenvoudig is. Begrijp me niet verkeerd: dat gaat zeker gebeuren.

Complexiteit

Maar nog steeds zullen wetenschappers en biotechnologen de komende jaren veel onderzoek doen over de complexiteit van biologie. Om de analogie van computertechnologie erbij te pakken: de gevolgen van het aanpassen van computercode kun je redelijk goed inschatten. Daarnaast weet je, zeker als je zelf een keer wat hebt geprogrammeerd, dat je het meestal snel kan testen.

Bij biotechnologie werken beide elementen net wat anders.

• Vertaling. RNA, een afschrift van het DNA, wordt door het ribosoom omgezet naar codons van aminozuren. Die codons, inclusief start en stoptekens, vormen eiwitten. Die eiwitten zijn verantwoordelijk, samen met of afhankelijk van andere eiwitten, voor allerlei processen in en buiten de cel. Kortom, er zijn veel meer schakelingen en interacties die hier een rol spelen.
• Tijd. Biologische processen kosten meestal tijd en zijn soms afhankelijk van allerlei andere factoren, zoals temperatuur, beweging en de juiste dosering. Dit maakt dat het werken in het laboratorium voor mij soms meer voelde als het koken van een recept aan de hand van een kookboek, dan aan het programmeren van een stuk software.

Persoonlijke noot

Naast inhoudelijke leerpunten heb ik ook op persoonlijk vlak veel geleerd van de opleiding. Zo haal ik veel kennis en inzichten over biotechnologie uit boeken, artikelen, conferenties en interviews. In de aanloop naar de opleiding realiseerde ik mij dat praktijkervaring me een veel rijker beeld geeft van de werkelijkheid, inclusief de huidige (on)mogelijkheden.

Daarin ben ik niet teleurgesteld. Juist de experimenten en de tijd in het laboratorium waren een waardevolle aanvulling op de kennis die ik al had en die ons werd bijgebracht in de wekelijkse lezingen. Het klinkt heel cliché: maar het mengen van theorie en praktijk, van doen, reflecteren en opnieuw doen, zorgt voor de sterkste leerervaring.

Open lab

Voor mij blijft het qua laboratoriumtijd en uitrusting daarbij. In tegenstelling tot Inger en Candyce, ben ik niet van plan om in onze keuken of slaapkamer een eigen laboratorium te bouwen. Voor het vervolg van mijn experimenten moet ik naar één van de Open Wetlabs, bijvoorbeeld die bij De Waag, bij A-lab of in andere steden in Nederland [link onderin]. Tot het moment dat we thuis allemaal een biologische printer hebben staan die DNA, gist en andere organismen kunnen maken. Wat voor impact dat gaat hebben op onze levens, daar kan ik nu alleen nog maar naar gisten (pun intended).

In dit laatste deel deel ik mijn conclusie en mijn visie op dit onderwerp.

Conclusie

Mijn visie op biotechnologie is dat er veelbelovende toepassingen zijn, zoals gentherapie, stamceltherapie, het creëren van kunstmatig weefsel en leven, nanotechnologie, biobrandstoffen, biosensoren, nieuwe materialen, en onverwachte kansen – zoals het opslaan van data in DNA [link onderin over genetische modificatie].

Dit zijn nog maar een paar voorbeelden. In de 21e eeuw van de biotechnologie gaan er waarschijnlijk nog veel meer kansen komen, alleen hebben we nu nog niet de kennis om dat allemaal te doorzien. Een extreem voorbeeld is de visie dat het door synthetische biologie mogelijk zou moeten zijn om in de ruimte, zoals op de planeet Mars, leven te kunnen printen [link onderin].

Wel zijn er nog voldoende uitdagingen. Deze zijn verschillend van aard. Op technisch gebied moet nog veel fundamenteel onderzoek worden gedaan en de huidige computermodellen worden doorontwikkeld. Het echt gebruiken van technologie is vaak nog een grote stap van het laboratorium naar de markt. In deze fase moeten niet alleen wetenschappers, maar ook beleidsmakers en filosofen denken over ethiek, wetgeving, veiligheid en sociaal-demografische gevolgen.

Visie

Het probleem is dat we de nadelen niet altijd goed kunnen voorzien. Vaak wordt technologie anders gebruikt dan de ontwikkelaars dat in eerste instantie hadden voorzien. De telefoon werd gemaakt om slechthorenden te helpen als gehoorapparaat. Een typemachine was bedoeld om slechtzienden te helpen met schrijven. Hetzelfde geldt voor biotechnologie. Sommige hondenrassen zijn zo ver doorgefokt dat ze nu allerlei fysiologische gebreken en gezondheidsproblemen hebben, die niet heel eenvoudig meer terug te draaien zijn.

In mijn visie vereist dit een balans tussen experimenteren om vooruitgang te blijven boeken en uitgebreid discussiëren over de impact van de experimenten. Op die manier is het mogelijk om met biotechnologie zowel het menselijk ras alsook andere organismen, de natuur en de wereld verder te helpen.

Wellicht blijft het dan niet alleen beperkt tot onze eigen aarde en kunnen we dan zelfs ooit leven printen op Mars. Overigens heb ik hierbij niet de illusie dat we ooit in staat zijn om biologie volledig onder onze regie te krijgen.

Dat is misschien maar goed ook.

Een lijst met bronnen.

Bronnen

Iedereen die mee deed aan de Biohack Academy maakte een pagina aan in de onderstaande presentatie. Daarmee krijg je een idee van de verscheidenheid aan projecten.

Hier kun je mijn podcast interviews luisteren. Je kan je ook abonneren op mijn podcast via iOS (iPhone) of Spotify (en via je smartphone de interviews luisteren). Luister vooral naar mijn interviews met Nadine Bongaerts en Roland van Dierendonck.

Dit zijn externe links die ik heb gebruikt:

• Interview met Bill Gates
• Onderzoek naar synthetische DNA
• Website Biocurious
• Artikel kweekburger
• Website stamcellen
• Rapport Leven Maken
• Artikel over klonen
• Artikel in Wired over biotechnologie en criminaliteit
• Website wijlen Raymond Zilinskas
• Artikel over biotechnologie in Silicon Valley
• Bedrijf Synthego
• Bedrijf Inscripta
• Bedrijf Twist Bioscience
• Website Daisy Ginsberg
• Artikel leven printen op Mars
• Onderzoek naar mening Nederlanders
• Website Biohack Academy van De Waag
• Blog van mijn project op Github
• Website Open Wet Lab
• Platform Benchling
• Platform BLAST
• Artikel over Cathal Garvey
• Artikel over synthetische DNA gist
• Interview George Church
• Artikel Wired over biotechnologie

PS. Wil je me inhuren voor een lezing over workshop over dit onderwerp? Doe dan een boekingsaanvraag!

Hoe denk jij hier over? Laat een reactie achter!