Vaccinaties en GMO in begrijpelijke taal

https://www.nytimes.com/interactive/2020/05/20/science/coronavirus-vaccine-development.html

Het artikel in bovenstaande link legt uit hoe via verschillende benaderingen wordt gewerkt aan het maken van vaccins.
In dit artikel probeer ik in begrijpelijke taal uit te leggen hoe dat in elkaar steekt.

Het DNA

DNA kun je zien als de hele encyclopedie van je lichaam, er wordt in beschreven hoe je lichaam eruitziet, hoe het gemaakt wordt (in de baarmoeder) en geeft instructies mee om belangrijke processen draaiend te houden. Je kunt het ook vergelijken met de gebruikershandleiding van een IKEAkast. In het DNA staan recepten om eiwitten te maken, en al die eiwitten zijn als het ware de legoblokjes waar verschillende onderdelen van je lichaam mee gebouwd worden. Verschillende combinaties eiwitten bij elkaar, hebben verschillende uitwerkingen.

Het DNA zit opgeslagen in elke celkern in je lichaam, als een heel strak opgevouwen propje. Voordat DNA gelezen kan worden in je cellen, of eigenlijk, voordat er wat met dat IKEA plattegrondje gedaan kan worden, maakt je lichaam een leesbaar kopietje van het DNA, dat heet mRNA. Net alsof je een heel belangrijk boek in de bieb hebt staan dat niet wordt uitgeleend (DNA), maar door dat kopietje kan de inhoud van het boek verspreid worden (mRNA). mRNA kan verplaatst worden, als smsje in de cel, om er op een andere plek mee aan de slag te gaan. Dat mRNA wordt vervolgens gelezen en met de recepten die erin staan, worden nieuwe eiwitten gemaakt.

Op elke cel in je lichaam zitten deurtjes, die ervoor zorgen dat stofjes wel of niet de cel kunnen binnendringen. Aan de buitenkant van de cel zitten receptoren, die reageren op heel specifieke signaalstofjes. Zo kan de cel zichzelf beschermen tegen ongewenste indringers.

Virus als ziekmaker

Virussen hebben ook eigen genetische informatie, eigen DNA. Ze hebben echter geen cel-structuur om zich heen, en alle andere onderdelen die in een menselijk (of dierlijk) lichaam ook zitten. Virussen zin daarom van andere organismen afhankelijk om verspreid te worden, energie te maken, en feitelijk, om te overleven. Hoe aggressiever een virus, hoe beter in staat het in om de cel alsnog binnente dringen. Eenmaal binnen, dwingt het virus de geïnfecteerde cel om in hoog tempo heel erg veel kopietjes van het virus te maken. Dit verspreidt zich dan verder door het lichaam, en maakt je ziek.

Tegelijkertijd zit je lichaam ook niet stil. Het lichaam herkent het als vreemd, en gaat als een malle aan de slag met vechten. Eerst met een soort eerste redmiddel, als een luchtbuks, en tegelijkertijd zoekt je lichaam naar meer gerichte, virusspecifieke oplossingen om precies die ene binnendringer heel gericht aan te vallen. Een sniper in de maak.

Hoe complexer het virus, hoe langer je lijf erover doet om een gerichte tegenaanval te doen. Sommige virussen zijn sterker dan mensen, en kan je lichaam niet zelf opruimen. Hoe fitter en gezonder jouw lichaam is, hoe beter je lichaam in staat is om te vechten tegen de binnendringers.

Verschillende soorten vaccins

De medische wetenschap doet al decennialang onderzoek naar virussen, en manieren om deze onschadelijk te maken.

“Hele virus”-vaccins

Je krijgt met het vaccin een klein beetje van de ziekmaker ingespoten, of een zwakkere variant ervan, zodat je lichaam in aanraking komt met de ziekmaker. Jouw eigen immuunsysteem gaat dan aan de slag met het aanmaken van afweerstoffen. Op het moment dat je dan in aanraking komt met de ‘echte’ ziekmakers, heeft je lichaam al een soort instructie in huis waarmee ze tegen die ziekmaker kunnen vechten. Voorbeelden hiervan zijn de seizoensgebonden griepprik, mazelen, de bof, waterpokken, rode hond.

DNA-vaccins

Sommige experimentele vaccins werken een beetje anders; die nemen niet een heel stukje (zwakker) virus mee, maar een stukje DNA van het virus. Dat DNA wordt in ons lichaam vertaald naar mRNA, en dat gebruikt ons lichaam dan om zelf een virus mee te bouwen. Het lichaam herkent de viruseiwitten als indringer, en je afweersysteem gaat aan de slag om antistoffen te maken.

Er zijn op dit moment geen DNA vaccins goedgekeurd voor mensen. Tot nu toe zijn er alleen maar DNA-vaccins die voor diegeneeskundige doeleinden worden gebruikt.

mRNA-vaccins

Onderzoekers kijken nu ook of ze meteen mRNA in het lichaam kunnen introduceren, om op die manier sneller het lichaam te laten kennismaken met de ziekmaker. Er zijn op dit moment nog geen mRNA-virussen die goedgekeurd zijn, maar er lopen wel clinical trials voor mRNA vaccins tegen MERS (een familielid van Covid) en andere virussen.

Virale Vector Vaccins

Eerder schreef ik al dat virussen heel goed zijn in het binnendringen van de cel. Daarom worden virussen zelf ook ingezet als boodschappenjongen, om stukjes genetische informatie over een schadelijke virus een levende cel in te krijgen. Het boodschappervirus wordt zelf dan onschadelijk gemaakt, zodat het zich niet in de gastcel kan vermeerderen. Op dit moment wordt er onderzoek gedaan naar dit type vaccin, en wordt gekeken of deze effectief ingezet kunnen worden tegen bijvoorbeeld HIV en Ebola.

Het artikel uit de NYT noemt nog een paar manieren die ik nu even onaangeraakt laat.

Genetische modificatie

Er is sprake van genetische modificatie wanneer een stukje van het DNA in één organisme wordt vervangen voor (een stukje van) het DNA van een ander organisme. Dit kan DNA zijn van een verwante soort, of van een totaal andere soort. Deze techniek wordt in de agrarische sector bijvoorbeeld toegepast om bepaalde gewassen beter bestand te maken tegen de invloed van ziektekiemen, zodat boeren minder last hebben van mislukkende oogst.

Om de gemodificeerde soorten geschikt te maken voor consumptie, moet deze gekruist worden met een plant die zaaddragend is, een die zich kan voortplanten. Hierdoor kunnen echter ook weer de ongewenste eigenschappen uit de ‘normale’ plant doorgeven worden, omdat natuurlijke voortplanting een onvoorspelbaar proces is. Je hebt geen invloed op welke eigenschappen worden doorgegeven. Daardoor kan het op de natuurlijke manier door te kruisen en veredelen wel 30 jaar duren voor je de perfecte plant hebt gemaakt. Genetische modificatie kan in dat geval gebruikt worden om deze nadelige eigenschappen tegen te gaan, of alleen díe eigenschappen door te geven die gewenst zijn. Het genetisch veranderen van levende organismen kan op die manier ineens in veel kortere tijd gerealiseerd worden. Het is moeilijk te zeggen wat de effecten hiervan zijn op lange termijn, en of er schadelijke gevolgen zijn. Per land en per situatie wordt beoordeeld of GMO mag worden toegepast. Daar waar in China bijvoorbeeld al onderzoek gedaan wordt met het genetisch modificeren van embryos (tot 12 weken oud), is dat in Nederland nog altijd verboden.

CRISPR-Cas

Bijna 20 jaar gelden ontdekten onderzoekers van Wageningen Universiteit in een bacterie uit een geiser in Yellow Stone een telkens terugkerend stukje van hetzelfde DNA. Eerder was een soortgelijk fenomeen ook ontdekt in cellen van de E. colibacterie. Men kon nog niet duiden waaom deze stukje DNA op deze manier in de bacterie herhaald werden. Ze ontdekten dat de bacterie op deze manier een eigen beschermingsmanier tegen virussen had gemaakt. Speciale afweereenheidjes patrouilleerden de bacterie-cel, met kopietjes van dat vijandige virusDNA op zak. Deze patrouilles noemen ze CRISPR-RNA.

Wanneer een vijandig stukje virus DNA de cel binnenkomt, herkent het CRISPR-RNA deze, en wurmt zich tussen het virus DNA om het kapot te maken. Een speciaal stukje eiwit dat samenwerkt met het CRIPR-deel, Cas, grijpt vervolgens in om het virus DNA aan stukken te knippen en zo onschadelijk te maken.

Vervolgens hebben ze ontdekt dat je deze CRISPR-Cas eenheidjes precies kunt vertellen op welke plek in het DNA ze moeten knippen. Hiermee is het heel erg makkelijk geworden om op specifieke plekken in het DNA aanpassingen te doen. Als je bijvoorbeeld een patiënt hebt met een genetisch aangeboren ziekte, dan zou in de toekomst met dit CRISPR-Cas mechanisme precies de plek in het DNA gezocht kunnen worden waar de ziekmakende genen zitten. Door dat stukje foute DNA eruit te knippen, kan die ziekte op die manier onschadelijk worden gemaakt.Soms is het niet genoeg om alleen het slechte DNA onschadelijk te maken. Soms moet het CRISPR-Cas ook een reparatiesetje met ‘goed’ DNA zich meebrengen en neerzetten op de plek van het kapotgemaakte DNA, om op die manier de ‘fout’ te herstellen.

CRISPR-Cas en Covid-19

Er zijn verschillende manieren waarop CRISPR-Cas ingezet kan worden in de strijd tegen Corona.

Virus uitschakelen

Onderzoekers van Stanford University waren al bezig met onderzoek of CRISPR-Cas techniek ingezet kon worden bij virussen die familie zijn van Corona op het moment dat de pandemie losbarstte. Zij hebben hun onderzoek nu zo ingericht dat ze direct bezig zijn met Covid-19. Ze hebben een techniek ontwikkeld die de virus-herkennende CRISPR patrouilles in mensen kan stoppen, en ze noemen het grappig genoeg PAC-MAN. Hun onderzoek wees uit dat door PAC-MAN in te zetten, de hoeveelheid virus in hun testvloeistof met 90% werd verlaagd. Dat biedt perspectief om deze techniek toe te passen als geneesmiddel in Corona-patiënten.

Diagnostiek

De CRIPSR-CAs techniek is niet alleen geschikt om het virus uit te schakelen, maar ook om de aanwezigheid ervan in een patiënt vast te stellen. Het Nederlandse TNO onderzoekt of de CRISPR-Cas methodiek ingezet kan worden om vast te stellen of een patiënten die Coronaverschijnselen vertonen maar negatief getest werden, toch niet alsnog geïnfecteerd zijn met Covid-19. In deze test wordt de CRISPR technologie gebruikt om stukjes RNA te herkennen die uniek zijn voor SARS-CoV-2 (de veroorzaker van Covid-19), en wanneer CRISPR-Cas dan een virusdeeltje opknipt, wordt dat zichtbaar in de test. Deze methode is gevoeliger dan de nu standaard PCR-testmethode die wordt toegepast. Op deze manier kan binnen een uur al een nauwkeurige testuitslag komen.

Mensen immuniseren

Het Covid-19-virus is onderdeel van de familie nidovirussen. Om zichzelf te vermeerderen, zijn ze afhankelijk van eiwitten in hun gastcel, van de communicatiekanalen in deze gastcel, en van de verkeersroutes die bij de cel naar binnen en naar buiten kunnen gaan. In de gastcellen is een specifiek soort eiwit van de Cys-familie aanwezig (CysA) dat het virus hierbij helpt, en als een soort tourguide meeloopt en tegen de gastcel zegt dat het virus geholpen moet worden bij het vermeerderen (en dus gastcellen ziekmaken). Er wordt onderzocht of het uitschakelen van die Cys-eiwitten voorkomt dat zo’n nidovirus zich succesvol kan vermeerderen. De resultaten hiermee zijn wisselend, en moeten nog verder worden onderzocht.

Eerder legde ik al uit dat het DNA allerlei instructies bevat om processen in je lichaam draaiende te houden. Het aanmaken van dat CysA is één van die dingen die vastgelegd is in het DNA. Er wordt nu onderzocht of met behulp van CRISPR-Cas die specifieke plek in het DNA aangepakt kan worden waar bijvoorbeeld dat CysA mee geregeld is. In eenvoudige taal: er wordt dus gekeken of genetische manipulatie kan worden ingezet in het tegengaan van het Coronavirus. Op zich is daar niks geks aan- zodra jij op natuurlijke wijze in aanraking komt met een ziekteverwekker, en je lichaam slaagt er in deze succesvol op te ruimen, dan houd je een stukje van die genetische informatie bij je om een volgende keer dat je met deze ziekteverwekker in aanraking komt daar meteen tegen in actie te kunnen komen.

DNA aanpassen

Er zijn 2 manieren om in te grijpen in het DNA van mensen. Mensen die geboren zijn, lopen met een compleet pakketje genetische info rond waar in principe niks meer aan verandert. Je moeder heeft in de baarmoeder je lichaam laten groeien, en elke cel heeft een functie, een soort en een bepaalde vorm gekregen. In elke celkern ligt jouw complete DNA opgeslagen, en inhoudelijk verandert hier niks meer aan gedurende je leven. Een spiercel kan laten niet meer veranderen in een skeletcel. Jouw cellen vervangen zichzelf wel nog gedurende je leven. Elke cel heeft een beperkte levensduur. Cellen maken kopietjes van zichzelf en ruimen de oude op, om je lichaam te laten blijven werken. Door een stukje van menselijk DNA te modificeren, zou je op die manier dus anti-corona DNA kunnen inbouwen. Dit heet in het Engels Somatic Cell Editing.

Wanneer een embryo in de baarmoeder zit, is nog lang niet alles klaar. Stamcellen – een soort blanco pagina – worden naar verschillende delen in het lichaam gestuurd, en krijgen daar een rol, bijvoorbeeld als spiercel, of als levercel, of als onderdeel van je skelet. Met die toegewezen rol gaat een cel zich vermeerderen, en staat de opmaak van dat klontje cellen vast voor de rest van het leven van die cel. In deze fase van het ontstaansproces van het lichaam, kan er nog van alles veranderd worden aan de genetische opmaak. Dat is waarom er zoveel onderzoek gedaan wordt met stamcellen – deze hebben nog de potentie in zich om alles te worden. Dat betekent dus ook, dat als je ervoor wil zorgen dat je nog kunt ingrijpen in de genetische informatie in een levende cel, en het menselijk lichaam dat hier uiteindelijk uit opgroeit, je dit het makkelijkst kunt doen in de embryonale fase, in spermacellen, en in eicellen.  Op die manier is het mogelijk om je nakomelingen corona-bestendig DNA mee te geven. Het is makkelijker om aanpassingen te doen in een conceptdocumentje voordat het naar de drukker gaat, dan wanneer je allemaal gedrukte flyers moet gaan typexen. Deze variant heet Germline Cell Editing.

Germline cell editing is controversieel: meer dan 40 landen hebben deze vorm van GMO verboden bij wet. De vraag is of het ethisch verantwoord is om in te grijpen in de genetische opmaak van ongeboren babies. Is alles maakbaar in de wereld van vandaag? Spelen we niet voor god als we op deze manier willen ingrijpen in het leven – in de strijd tegen een virus? Een virus waarvan gegarandeerd nieuwere varianten zullen opduiken? En.. waar stopt het? Welke genetische modificaties zullen nog meer mogelijk worden? Welke effecten heeft dit op de toekomst, en de maakbaarheid van de samenleving?

De toekomst

In een race tegen de klok worden wereldwijd allerlei methodes ingezet om te vechten tegen het Coronavirus. Eén van die middelen is dus genetische modificatie. GMO wordt ingezet in het vaststellen van een diagnose, en mogelijk ook het opruimen van het virus in zieke patiënten. Daarnaast wordt er onderzocht op welke manier deze techniek ingezet kan worden om het menselijk lichaam imuun te maken tegen het Coronavirus, door gerichte aanpassingen in het DNA te doen. Wat is ethisch? Wat is wettelijk? Hoe denk jij hierover? Hoe ver mogen we gaan?

Bronnen

Ford, D. K. & Guidry, B. (2009). Accessing and citing in-press journal of management articles: The role of OnlineFirst and the Digital Object Identifier. Journal of Management, 35, 197-198. doi: 10.1177/0149206309333552

Chekzani-Azar et al. (2020) CRISPR-Cas9 gene editing technology and its application to the coronavirus disease (COVID-19), a review. Journal of Life Science and Biomedicine  2020-01-25

TNO Nederland (2020) https://www.tno.nl/nl/over-tno/nieuws/2020/5/massaspectometrie-en-crispr-cas-als-corona-diagnose/ geraadpleegd op 2020-07-11

Regalado, A. (2018) Chinese scientists are creating CRISPR babies. MIT Technology Review: https://www.technologyreview.com/2018/11/25/138962/exclusive-chinese-scientists-are-creating-crispr-babies/ geraadpleegd op 2020-07-11

Soni, S. (2020) COVID-19 and gene editing: ethical and legal considerations TheConcersation.com https://theconversation.com/covid-19-and-gene-editing-ethical-and-legal-considerations-138164 geraadpleegd op 2020-07-11

Wageningen University & Researsch: https://www.wur.nl/en/Dossiers/file/Genetic-modification-1.htm geraadpleegd op 2020-07-10

Wageningen University & Researsch Quick and simple gene repairs. WUR: https://www.wur.nl/en/show-longread/Quick-and-simple-gene-repairs.htm geraadpleegd op 2020-07-10

Weintraub, A. (2020) Stanford team deploys CRISPR gene editing to fight COVID-19 in FierceBioTech.com: https://www.fiercebiotech.com/research/stanford-team-deploys-crispr-gene-editing-to-fight-covid-19 geraadpleegd op 2020-07-11