De toekomst is maakbaar (en alles kan kapot)

De biologie als oplossing voor al onze problemen. De auteurs van The Genesis Machine plaatsen meteen een kanttekening bij die hoopvolle stelling. Renée van Amerongen verdiepte zich in dit populairwetenschappelijke liefdeskind uit de pen van twee realistische optimisten: deels promotie voor een spannend nieuw vakgebied, deels bezorgd manifest – en continu laverend tussen deze twee uitersten.

Waarom ineens alle hoop gevestigd op de biologie? Dat is met name te danken aan de opkomst van de zogenaamde ‘synthetische biologie’. Van oudsher zijn biologen, nu ja, gebiologeerd door de dynamische complexiteit van de systemen die ze bestuderen. Omdat al het leven op aarde is opgebouwd uit één of meerdere cellen, worden deze kleine, waterige zakjes van een paar micrometer doorsnede beschouwd als de meest elementaire bouwstenen. Binnen in deze cellen krioelt het van de moleculen. Het is op dit niveau dat het gedrag van individuele cellen wordt bepaald. Maar hoe gebeurt dat? En hoe slagen verschillende cellen er uiteindelijk in om met elkaar te communiceren en zich zodanig te specialiseren en te organiseren dat ze met elkaar kunnen samenwerken in weefsels en organen, of, in het geval van eencellige organismen, in een grotere populatie? Het zijn basale, en tegelijk extreem complexe vragen, waar biologen al eeuwen hun tanden op stuk bijten. De nieuwe ondersoort van synthetisch biologen, daarentegen, denkt als ontwerper of ingenieur. Zij zien de cel als een ‘natte, biologische computer’, waarvan het gedrag aangestuurd kan worden als je de juiste moleculaire componenten maar aan elkaar weet te schakelen. Anders gezegd, waar de klassieke bioloog, met alle geavanceerde technologieën die hem of haar ter beschikking staan, ernaar streeft de geheimen van de natuur en het resultaat van miljarden jaren evolutie analytisch te ontrafelen, droomt de synthetisch bioloog ervan om diezelfde natuur nieuwe eigenschappen mee te geven, haar te veranderen en te verbeteren, en zo de loop van de evolutie te beïnvloeden.

Biologie als blokkendoos

De biologie als bouwpakket in plaats van puzzel. Het klinkt misschien als sciencefiction, een ver-van-mijn-bedshow, en van een afstandje bekeken staat alles inderdaad nog in de kinderschoenen. Maar vergis je niet, aldus Webb en Hessel, want de ontwikkelingen gaan snel. Zijn wet- en regelgeving daar klaar voor? Zijn politiek en burger voldoende in staat om hier een breed maatschappelijk debat over te voeren? Hun antwoord hierop is een alarmerend ‘Nee’. Ze noemen The Genesis Machine dan ook ‘hun eigen Asilomar’, verwijzend naar een in moleculair-biologische kringen beroemde bijeenkomst uit 1975 die vernoemd is naar het conferentieoord nabij de Californische kustplaats Monterey waar hij werd gehouden. Zo’n 150 wetenschappers, juristen en journalisten kwamen hier bijeen om de mogelijkheden, maar ook de eventuele gevaren en risico’s van de destijds revolutionaire ‘recombinant-DNA-technologie’ (kort gezegd het knippen en plakken met DNA) met elkaar te bespreken, wat resulteerde in een tijdelijk moratorium en concrete afspraken over het gebruik van deze technologie.

Dit knippen en plakken met DNA is inmiddels gemeengoed: bij ons leert iedere bachelorstudent biomedische wetenschappen het tijdens het practicum ‘Moleculaire Technieken’. Al die studenten komen er later, tijdens hun onderzoeksstages, ook achter dat het zo simpel nog niet is om precies de gewenste verandering aan te brengen met precies het gewenste effect, maar The Genesis Machine heeft een punt: er komt binnen afzienbare tijd een moment waarop we naar believen, vrij eenvoudig, en heel gericht de genetische code van individuele cellen kunnen veranderen en daarmee bacteriën, planten, dieren, mensen en zelfs niet-levende materialen van nieuwe biologische eigenschappen kunnen voorzien.

Door regelmatig parallellen te trekken met de ontwikkelingen in computer- en internettechnologie die we de afgelopen decennia hebben meegemaakt, zetten Webb en Hessel hun verhaal kracht bij. De exotische details van de moleculaire genetica zijn misschien niet voor iedereen te volgen, maar dat we ooit begonnen met een traag inbelmodem en nu overal in huis een snelle, draadloze netwerkverbinding hebben waarmee we op meerdere schermen tegelijk kunnen streamen, gamen en Zoomen zonder dat de verbinding hapert, dat is voor iedereen intuïtief en invoelbaar: zo snel kan het gaan.

Drieluik

The Genesis Machine is geschreven als klassiek drieluik. Het eerste deel schetst hoe we gekomen zijn waar we nu zijn. Dat verhaal begint met wat je achteraf zou kunnen bestempelen als de geboorte van de synthetische biologie, maar feitelijk het begin was van de hele moleculaire biologie – namelijk de ontwikkeling van de hierboven reeds genoemde recombinant-DNA-technologie. DNA is een informatiedrager: het bevat de genetische code, opgetekend in de vier letters van het genetische alfabet (A, C, G en T). Deze code (afhankelijk van het organisme bestaande uit miljoenen of miljarden letters) bevat alle informatie die nodig is om de identiteit van cellen te bepalen en hun gedrag aan te sturen. Slechts een klein deel van de code wordt op enig moment actief ‘gelezen’ door de cel – alsof het ene computerprogramma wel aan staat, maar het andere niet.

Dankzij een aantal fascinerende ontdekkingen uit fundamenteel wetenschappelijk onderzoek konden wetenschappers in de jaren zeventig voor het eerst stukken DNA uit hun natuurlijke context halen, in een willekeurige samenstelling weer aan elkaar plakken, en af laten lezen. In de oorspronkelijke, Engelstalige versie gebruiken Webb en Hessel het werkwoord splice voor het aan elkaar plakken van verschillende stukken DNA uit verschillende soorten. Dat riep, bij mij althans, direct de wat ongelukkige associatie op met de gelijknamige horrorfilm uit 2009, waarin een stel ambitieuze wetenschappers een hybride levensvorm maakt die, hoe kan het ook anders, ontsnapt uit het lab en een spoor van vernieling aanricht. In werkelijkheid bevatten recombinant-DNA-constructen – en ook de bouwstenen zoals die gebruikt worden voor het maken van genetische schakelaars in de synthetische biologie – doorgaans vrij simpele instructies voor een bacteriële of zoogdiercel, in de trant van ‘maak dit ene eiwit dat je anders niet zou maken.’ The Genesis Machine geeft de synthese van menselijke insuline als voorbeeld: voorheen werd dit geïsoleerd uit de alvleesklieren van miljoenen geslachte dieren per jaar. Dankzij de recombinant-DNA-technologie en de inzet van een groep jonge wetenschappers net ten zuiden van San Francisco, kwam er aan het begin van de jaren tachtig in het lab geproduceerde insuline op de markt voor patiënten met diabetes. Het is op dit soort momenten dat The Genesis Machine op z’n best leest – al leert een snelle check ook dat het hier en daar een vrij directe hervertelling van sommige bronmaterialen betreft. Je wordt meegezogen naar de tijd waarin Genentech, tegenwoordig één van de grootste en meest succesvolle biotechnologiebedrijven ter wereld, nog maar een kleine, onopvallende start-up was. Ook het Human Genome Project uit de jaren negentig, of liever gezegd de ontaarding van dit initiatief in een race tussen een publiek en een privaat consortium om als eerste de volledige menselijke genoomsequentie te bepalen, wordt in geuren en kleuren beschreven.

Uiteindelijk was er een omslag in denken nodig voor de opkomst van de synthetische biologie, door naar datzelfde DNA te kijken als een verzameling genetische componenten die analoog is aan de elektronische componenten op een chip. Hierop volgde een geslaagd initiatief om deze onderdelen te standaardiseren en eenvoudig verkrijgbaar en uitwisselbaar te maken in de vorm van ‘BioBricks’ of ‘BioParts’. Zo bestaat er nu al bijna twintig jaar een jaarlijkse iGEM-competitie, waarin wereldwijd teams van middelbare scholieren en studenten genetische schakelaars in elkaar knutselen om verschillende maatschappelijke vraagstukken te adresseren op het gebied van voeding en gezondheid, energie en milieu.

Het eerste deel van het boek eindigt met een waarschuwing en een oproep: als het fundamentele onderzoek te grote verwachtingen schept van deze nieuwe technologie, maar deze niet goed weet te managen, dan kleven daar grote risico’s aan. Aan de ene kant zullen investeerders en het bedrijfsleven dan te snel te grote toepassingen willen bewerkstelligen, waarvan het succes alleen maar kan tegenvallen. The Genesis Machine beschrijft de worsteling van Amyris, een spin-offbedrijf van UC Berkeley, dat zijn pogingen om onder andere een antimalariamedicijn en een biobrandstof succesvol op de markt te brengen tot nu toe jammerlijk zag mislukken. Kortom, hijgerige persberichten en agressieve verdienmodellen lijken een dodelijke combinatie. 

Nu… en straks

Hoe moet het dan wel? Webb en Hessel bieden geen kant-en-klaar antwoord, maar willen de lezer aanmoedigen om na en mee te denken over de uitdagingen en de mogelijkheden die de komende jaren op ons pad zullen komen – waarbij het vinden van een breed maatschappelijk draagvlak niet het minste probleem zal zijn. In deel twee presenteren ze hiertoe een uitgebalanceerde reeks voorbeelden op terreinen waar de auteurs de grootste impact van de synthetische biologie verwachten: medische diagnostiek en interventie, wereldwijde voedselvoorziening en het milieu. Vertrekpunt daarbij is de huidige stand van de wetenschap en natuurlijk ontbreken succesverhalen niet, zoals de snelle en succesvolle ontwikkeling van de COVID-19-mRNA-vaccins en de introductie van kweekvlees. Maar wat gaan we straks doen als genetische testen gemeengoed worden? Wie heeft er toegang tot ons DNA? Willen we genetisch gemanipuleerde ‘designer baby’s’ met specifiek versterkte of gewenste nieuwe eigenschappen? Misschien niet, want er is een grote kans dat zoiets niet alleen een sociaaleconomische maar ook een genetische tweedeling in de maatschappij zal creëren. Maar wat nu als diezelfde technologie ervoor zou kunnen zorgen dat LHBTQ-koppels nageslacht kunnen verwekken waarvan beide partners de biologische ouder zijn? Zorgt dat dan juist niet voor meer gelijkheid? En wat als ‘molecular farming’ onze voedselproductie niet alleen efficiënter, goedkoper en lokaler kan maken, maar tegelijkertijd onze etenswaren kan verrijken met positieve effecten op onze gezondheid? Zijn genetisch gemodificeerde gewassen echt zoveel artificiëler dan het dagelijks slikken van een voedingssupplement uit een potje? Vitamine D uit het basispakket – maar in onze rijst.

Webb en Hessel moeten het niet hebben van de gevestigde orde, die ze tussen de regels door afschilderen als te traag en te behoudend. De twee hebben duidelijk meer op met rebelse, creatieve geesten zoals bioloog-zakenmannen Craig Venter en George Church, die een grote rol spelen in het narratief van The Genesis Machine. Wat dat betreft denk ik dat er interessante tijden aanbreken, nu steeds meer academische wetenschappers snakken naar een omgeving waar schaarse onderzoekssubsidies en administratieve bureaucratie geen belemmering meer vormen. De eerste grote namen zijn gerekruteerd door Altos Labs, dat miljarden aan startkapitaal ontving van Amazon-voorman Jeff Bezos en dat cellulaire herprogrammering, herstel van verwondingen en ziektes en verjongingstherapieën belooft. Anderen kijken halsreikend naar Arcadia Science, dat financiering ontving van onder andere een blockchainmiljardair, en zich wil richten op het bestuderen en benutten van de biologische eigenschappen van de miljoenen soorten (micro)organismen waar de gevestigde wetenschap doorgaans niet naar kijkt, en dat al haar onderzoeksresultaten bovendien publiek toegankelijk wil maken.Hoe de toekomst eruit gaat zien, dat weten zelfs de futuristen Webb en Hessel niet. In deel drie (overigens niet het sterkste deel, ze hadden hier beter een professionele verhalenverteller in de arm kunnen nemen) schetsen ze vijf fictieve scenario’s. Wat de toekomst ook zal brengen, Webb en Hessel zijn er zeker van dat, alle goede intenties ten spijt, iedere technologie ook misbruikt zal worden door figuren met minder nobele doeleinden. Juist daarom is het zo belangrijk om tijdig een referentiekader met elkaar af te spreken en, zo hameren ze nog maar een keer, daarvoor bewegen onze politieke en juridische systemen op dit moment lang niet snel genoeg mee met de technologische ontwikkelingen. Alle partijen moeten straks om tafel om weloverwogen besluiten te kunnen nemen – over wat we kunnen, maar vooral over wat we wel en niet willen. En dat kan enkel als niet alleen de wetenschap en het bedrijfsleven, maar ook politieke en maatschappelijke instanties en kritische burgers goed zijn ingevoerd in de onderliggende materie. Hun uitsmijter is daarmee niet eens specifiek voorbehouden aan de synthetische biologie, maar moest de auteurs duidelijk van het hart: misinformatie is op dit moment de grootste vijand van onze maatschappij. Ik voorzie op elk van deze terreinen een eerste nobele uitdaging voor het onlangs door minister Robbert Dijkgraaf aangekondigde nationale centrum voor wetenschapscommunicatie. Hopelijk heeft hij The Genesis Machine al op het nachtkastje liggen.