Genen bevatten de recepten voor eiwitten, die in en buiten de cel het eigenlijke werk doen: eiwitten zorgen dat chemische reacties verlopen en dat bindweefsel en bot stevig zijn, ze transporteren stoffen, communiceren tussen cellen en ga zo maar door. Samen bepalen de genen zo de eigenschappen en daarmee het functioneren van een individu.
Alle cellen van een organisme beschikken over hetzelfde pakket genetische informatie, maar elke cel gebruikt alleen de informatie die hij nodig heeft. Hemoglobine komt bijvoorbeeld alleen voor in rode bloedcellen. Alle cellen in het menselijk lichaam beschikken over het hemoglobine-gen, maar alleen de rode bloedcellen schakelen dit gen aan.
Van het grootste deel van de genen weten we niet wat ze doen. Om achter de functie van een gen te komen, kunnen we het – met of zonder aangebrachte wijzigingen – inbrengen bij een dier en kijken wat het effect daarvan is. Dit heet transgenese. Een proefdier bij uitstek hiervoor is de muis.
Genen injecteren
Om genen toe te voegen aan muizen, injecteren we het DNA in de celkern van een bevruchte eicel. Dat gebeurt onder een microscoop, met een holle, glazen micronaald. De cel bouwt het geïnjecteerde DNA zelf in het eigen genoom in. Vervolgens plaatsen we de geïnjecteerde eicellen terug in de eileiders van een draagmoedermuis. Na zo’n drie weken zal het nestje dat geboren wordt, pups bevatten die het extra gen (of transgen) doorgeven aan hun nageslacht.
Een nieuw gen inbouwen is op zichzelf niet voldoende. We moeten ervoor zorgen dat het gen in de muis tot uitdrukking komt. Daarvoor moet het transgen beschikken over een promoter: een stukje DNA dat zich vóór het gen bevindt, en dat bepaalt of, wanneer en in welke mate het gen ‘aan’ staat. Daarbij kan een promotor worden gebruikt die het transgen in alle weefsels tot expressie laat komen, of alleen in bepaalde celtypen en ontwikkelingsstadia, of zelfs op commando.
Deze techniek is ook geschikt voor onderzoek naar de promotor van een bestaand gen. Als we willen weten waar en wanneer een bepaald gen tot uitdrukking komt, moeten we achterhalen wanneer de promotor van dat gen actief is. Daartoe koppelen we aan die promotor een gen dat een groen fluorescerend eiwit aanmaakt (het gen is afkomstig van een lichtgevende kwallensoort). Precies op de plaatsen en tijden dat het oorspronkelijke gen tot uitdrukking komt, gaan de cellen nu het groenfluorescerende eiwit produceren.
Erfelijke ziekten worden veroorzaakt door veranderde of uitgeschakelde genen. Voor onderzoek aan een aangeboren afwijking wordt dit genetische defect nagebootst in muizen Daartoe isoleren we het betreffende muizengen en halen er een stukje uit, zodat het niet meer werkt. Het heet nu een knock-out-gen. Vervolgens brengen we het veranderde gen in embryonale stamcellen van muizen in. Dit zijn cellen uit heel jonge embryo’s, die nog het vermogen bezitten uit te groeien tot een volledige muis.
Sommige van de behandelde stamcellen wisselen zelf het ingebrachte knock-out-gen uit met een van de twee eigen kopieën van het gen in de celkern. Dit geldt slechts voor een klein gedeelte van de stamcellen, zodat het nodig is om die cellen te selecteren waarin het knock-out-gen is ingebouwd in het genoom. Dat doen we door het knock-out-gen tevoren te koppelen aan een gen dat de cel resistent maakt tegen een bepaald antibioticum. Vervolgens stellen we de cellen bloot aan dit antibioticum, met als gevolg dat alleen de cellen die het knock-out-gen hebben opgenomen, overleven.
Chimere muis
De cellen met het knock-out-gen injecteren we vervolgens in een zeer jong muizenembryo dat nog slechts een klompje cellen is. Het klompje bestaat na die injectie uit twee soorten cellen: normale cellen en cellen met het knock-out-gen. Plaatsen we het prille embryo terug in de draagmoedermuis, dan ontwikkelt het zich tot een chimere muis: een muis die gedeeltelijk bestaat uit cellen met het knock-out-gen en gedeeltelijk uit normale cellen. Door onderling kruisen van deze muizen kunnen we nakomelingen krijgen waarin beide genen knock-out-genen zijn. Vertonen deze muizen andere eigenschappen dan normale muizen, dan moet dit te wijten zijn aan het knock-out-gen, dat op deze manier zijn functie verklapt. Dit onderzoek leert ons veel over erfelijke ziekten en bijvoorbeeld kanker.
Het werken met genetisch gemodificeerde dieren is aan strenge wetgeving gebonden. In Nederland moeten de dierexperimenten-commissie, de Commissie Genetische Modificatie en de commissie Biotechnologie toestemming verlenen voordat het experiment mag plaatsvinden.