Na de hype: synthetische biologie

Synthetische biologie, het herontwerpen van organismen, is een wetenschap die veel beloftes doet maar tot dusver weinig vruchten afwerpt. Het idee is aantrekkelijk: verbouw als een ingenieur met hulp van een computer een bacterie of een algencel, zodat hij nieuwe trucs kan uitvoeren die je met ouderwetse technieken, zoals het knippen en plakken van genen, nooit had kunnen bereiken. Zo’n verbouwde cel kun je daarom werkelijk van alles laten doen, is het idee. Denk aan milieuvriendelijke brandstof maken, zoals wetenschapper Craig J. Venter hoopt, afval opruimen, een idee van Groningse studenten, en medicijnonderzoek, zoals een goedkoop anti-malaria-middel van synthetisch bioloog Jay Keasling.

Om zulke verbouwde cellen werkelijkheid te maken, proberen synthetisch biologen steeds ingewikkeldere genetische bouwstenen te gebruiken en hun cellen steeds knappere dingen te laten doen. Vandaag verschijnt toevallig eveneens in het tijdschrift Nature een voorbeeld daarvan: Jeff Hasty en zijn collega’s van de Universiteit van Californië bouwden de bacterie Escherichia coli om tot een klok die om de zoveel minuten een lichtexplosie afgeeft.

Spectaculaire lichtshow, maar wat kun je ermee? Filmmateriaal is afkomstig van Jeff Hasty en Nature.

Maar ook al ziet dat er spectaculair uit, het lijkt erop dat synthetisch biologen het laatste jaar weinig nieuwe trucs in bacteriën klaarspelen. Dat schrijft journaliste Roberta Kwok in Nature naar aanleiding van overzichtsstudie van synthetische biologie die vorig jaar verscheen.

Hoe kan zo’n veelbelovende techniek afvlakken, en waarom is de beloofde revolutie uitgebleven? Kwok vroeg dat aan de meest actieve synthetisch biologen en komt met verklaringen, en redenen voor hoop.

De hype in Nederland

In Nederland leek minder een hype te bestaan rondom synthetische biologie dan in het buitenland. Vooralsnog liet de pers er wel stof over opwaaien, zoals deze Buitenhof-aflevering, maar merkten geïnterviewde Nederlandse wetenschappers dat toepassingen voorlopig wel even uit zouden blijven.

Belangrijkste obstakel voor het bouwen van nieuwe cellen zijn de nieuwe onderdelen: stukken DNA waarvan synthetisch biologen nog lang niet genoeg weten. Drew Endy van het Massachussetts Institute of Technology (MIT) probeert samen met andere wetenschappers een standaardbibliotheek te bouwen van genen waarmee je cellen kunt verbouwen, inclusief manieren waarop deze genen het best op elkaar passen. Vooral dat laatste is nodig, want veel laboratoria werken elk net iets anders – waardoor het gen niet altijd doet wat hij moet doen.

Daarnaast werken sommige genen niet goed samen, vertelt Endy, en wel om dezelfde redenen dat je op een Macintosh-computer in de regel alleen Mac-programma’s kunt installeren, en geen Windows-programma’s. Het zal veel tijd kosten om in detail uit te vogelen welke genen bij welk ‘genprogramma’ horen.

Zomaar stukjes DNA aan elkaar plakken is soms niet meer dan wild knutselen.

Een andere tegenvaller is hoe verdomd ingewikkeld cellen – van bacteriën, planten, mensen, noem maar op – in elkaar steken. Natuurlijk was dat al een verwachting, maar de wonderlijke complexiteit van leven ontpopt zich tot een liefde-haat-verhouding bij synthetisch biologen. “We zijn net als de gebroeders Wright”, citeert Kwok naar de woorden van Luis Serrano, een Spaanse bioloog. “We bouwen vliegtuigjes van papier en hout, en zien wel welk model beter vliegt.” Manke ontwerpen zijn het dus. Een gelukje voor synthetisch biologen is dat levende cellen met een mank ontwerp kunnen evolueren in betere cellen, zoals synthetisch biologen in 2009 al deden voor de productie van een rode kleurstof.

Bovenstaande tegenvallers zijn te omzeilen, zegt synthetisch bioloog Jay Keasling in Kwoks artikel, zolang je maar genoeg onderzoek doet. Maar dat kost immens veel tijd, geeft hij toe. Keasling bouwt in Californië een bacterie die goedkoop het anti-malaria-medicijn artemisinine kan produceren, maar had voor het in kaart brengen van de juiste genen een dikke 150 jaar aan werkuren nodig.

Gelukkig krijgt Keaslings onderzoeksveld veel geld, waardoor hij sneller klaar zal zijn. De Amerikaanse bioloog verwacht dat hij het goedkoopste anti-malaria-medicijn ooit ergens in 2012 op de markt kan brengen.

Kwoks conclusie: de hype is voorbij, maar de hoop blijft.