Stel je eens voor: een wereld waarin elk therapeutisch eiwit veilig, goedkoop en in onbeperkte hoeveelheden geproduceerd kan worden. Met als enige ingrediënten water en zonlicht. En planten. Die wereld begint langzaamaan realiteit te worden. Transgene planten worden steeds vaker ingezet in de farmaceutische industrie voor de productie van medicinale eiwitten als hormonen en bloedproducten.
Bloed doneren
Menselijke eiwitten zijn onmisbaar voor het maken van de meeste vaccins en medicijnen. Neem bijvoorbeeld albumine: een eiwit in ons bloed waarmee patiënten met leverziekte en shock behandeld worden (zie kader). Daarnaast dient albumine ook als voedingsbodem voor celkweek, en is het eiwit een hulpstof voor het maken van vaccins.
Naar schatting is er wereldwijd dan ook meer dan vijfhonderd ton albumine per jaar nodig. Maar het is vaak lastig en duur om eiwitten uit hun natuurlijke bron – in het geval van albumine ons bloed – te halen. Eén bloeddonatie van een halve liter levert maar twaalf gram albumine op. Er zouden dus honderden miljoenen mensen per jaar bloed moeten donoren om aan de vraag te voldoen. Een duur en tijdrovend grapje, met bovendien een risico op besmetting met virussen als HIV en hepatitis die zich in het bloed op kunnen houden.
Albumine is een eiwit dat wordt verkregen uit donorbloed. Eén liter bloed levert vierentwintig gram albumine.
Albumine
Albumine is een eiwit in het bloed van mensen en zoogdieren, dat belangrijk is voor het in stand houden van het bloedvolume in de bloedvaten. Als er te weinig bloed in de vaten zit, trekt albumine water aan vanuit de omliggende weefsels. Andersom voorkomt albumine ook dat er te veel water naar de weefsels stroomt. Albumine is daarom een veel gebruikt medicijn om het circulerende bloedvolume te herstellen tijdens operaties, shock en ernstige brandwonden. Omdat albumine in de lever gemaakt wordt, krijgen ook patiënten met leverziekte albumine omdat hun eigen lever niet in staat is genoeg van het eiwit te maken.
Therapeutische eiwitten in melk
Al sinds de jaren tachtig spannen wetenschappers allerlei organismen voor hun karretje voor de productie van menselijke eiwitten. Via genetische modificatie bouwen ze menselijke genen in in het genoom van het organisme, zodat het menselijke stoffen gaat produceren. In het begin werden vooral bacteriën ingezet voor dit doel. Maar bacteriën zijn geen alleskunners: ze missen de uitrusting om de ingewikkelde structuur van veel van onze eiwitten te maken. Bovendien maakt één bacterie maar een piepkleine hoeveelheid eiwit. Niet echt optimaal dus voor de productie op grote schaal.
Transgene dieren zijn op dit moment de meest gebruikte organismen voor de productie van medicinale stoffen. Landbouwdieren zoals geiten en koeien kunnen bijvoorbeeld zo aangepast worden dat ze menselijke eiwitten uitscheiden in hun melk. Voor sommige van deze eiwitten lijkt de mate van expressie van het menselijke gen hoog genoeg om winstgevend te zijn. Sinds 2006 is er bijvoorbeeld een antistollingsmiddel verkrijgbaar in Europa en de Verenigde Staten, geproduceerd door transgene geiten. Maar genetisch gemodificeerde dieren hebben ook hun nadelen. De productie van eiwitten is nog steeds duur voor op grote schaal. Bovendien speelt ook hier het risico op besmetting met virussen die de dieren bij zich dragen, die voor ons ziekteverwekkend kunnen zijn.
Wat blijft er dan over? Precies, planten. Want wat met dieren kan, kan efficiënter en veiliger met planten. Wetenschappers zijn al ruim twintig jaar aan het sleutelen aan onder andere maïs, rijst, tabaksplanten en aardappelen om ze stoffen als bloedfactoren, hormonen en antilichamen te laten maken. Al in 1990 werd het eerste menselijke eiwit, albumine, geproduceerd door tabaksplanten, maar dat was meer een proof of principle: het gehalte albumine was slechts 0.02% van het totale eiwitgehalte dat de plant maakt.
Rijstkorrel als bioreactor
De opbrengst is sindsdien erg verbeterd: door te knutselen met de genetische machinerie wordt de mate van expressie van menselijke genen in transgene organismen steeds hoger. Onlangs is er weer een succes geboekt, die beschreven werd in het tijdschrift PNAS. Chinese wetenschappers van de Universiteit van Wuhan is het gelukt om albumine in grote hoeveelheden te laten maken door rijstkorrels. In de loop der jaren is de rijstkorrel erg populair geworden onder transgene planten. Rijstkorrels zijn namelijk zaden, en zaden zijn van nature hét orgaan waar de plant zijn eiwitten maakt en opslaat. In de afgelopen jaren zijn de menselijke eiwitten lysozym (eiwit dat de bacteriewand aanvalt) en lactoferrine (ontstekingsremmend eiwit) al in grote hoeveelheden geproduceerd in rijst.
Nu dus ook albumine. Uit het Chinese onderzoek bleek dat van alle eiwitten in de rijst bijna elf procent menselijk albumine was. En met de functie van dit door planten gemaakte eiwit zat het ook wel snor: het had dezelfde eigenschappen als albumine uit ons bloed. Cellen groeiden bijvoorbeeld even goed op een voedingsbodem met bloedplasma albumine of met albumine uit rijstkorrels. Ook ratten met leverziekte knapten van beide albumines even goed op. Na het zuiveren van het eiwit uit de rijstkorrels bleek dat de opbrengst 2,75 gram albumine per kilogram rijst was. En dat is veel. Als richtlijn geldt dat een transgene plant 0.1 gram albumine per kilogram plant moet opleveren om efficiënt te produceren.
Medicijn op de markt
Het balletje begint dus eindelijk te rollen. Binnenkort komt in de Verenigde Staten het eerste therapeutische eiwit gemaakt door genetisch gemodificeerde wortelen op de markt. Het gaat om taliglucerase alfa: een enzym om de ziekte van Gaucher – een stofwisselingsziekte die ontstaat doordat patiënten een gebrek hebben aan dit enzym – te behandelen. Naar verwachting komen er komende jaren nog meer van dit soort medicijnen op de markt. Er wordt bijvoorbeeld getest met eiwitten voor de behandeling van taaislijmziekte en non-Hodgkin’s lymfoom (een vorm van lymfklierkanker).
Wat ook makkelijk is aan transgene planten, is dat planten geschikt zijn voor de productie van eiwitten die niet eerst uit de plant gezuiverd hoeven te worden. Voor medicijnen die je ingespoten krijgt moet het eiwit natuurlijk helemaal schoon zijn, maar plantenextracten kunnen in sommige gevallen meteen als medicijn toegepast worden, bijvoorbeeld in een zalfje tegen eczeem. En eetbare plantendelen kunnen direct verwerkt worden tot een pil. Of je kunt ze natuurlijk gewoon gelijk opeten. Je neemt niet snel een hap uit een transgeen beest, maar wel uit een plant. Dat zou handig zijn. Heb je hoofdpijn? Neem gewoon een hap transgene groenten die pijnstillende stoffen maken. Heb je ook nog eens gelijk je vitaminen binnen.
Bronnen:
- Yang Dauchang e.a. Large-scale production of functional human serum albumin from transgenic rice seeds. Proceedings of the National Academy of Sciences, online publicatie 31 oktober 2011.
- Jianfeng Xu e.a. Green factory: Plants as bioproduction platforms for recombinant proteins. Biotechnology Advances, online publicatie 7 september 2011
- Alisa Opar. ‘Pharmers’ hope for first plant drug harvest. Nature Reviews Drug Discovery, februari 2008
Zie ook:
- GM-dieren: meer dan muizen (Kennislinkartikel)
- Het gekloonde schaap Dolly (Artikel Natuurwetenschap & Techniek)
- GM-planten: voedselverbetering of volgend milieuprobleem (Kennislinkartikel)
- Chinese boeren beter af met gm-rijst (Artikel Bionieuws)
- Gentechvrij is dweilen met de kraan open (Artikel Ditisbiotechnologie.nl)
- Gentech in de landbouw is omkeerbaar (Artikel Ditisbiotechnologie.nl)
- GM-eten kan een kans zijn (Artikel Ditisbiotechnologie.nl)
- Duurzaam dankzij gentech (Kennislinkartikel)