CRISPR-Cas - nauwkeurige aanpassing van DNA

Op dit moment staat CRISPR-Cas in de belangstelling. Vijf jaar geleden beoordeelde het Europese Hof van Justitie dat de techniek onder de strikte wetgeving voor genetisch gemodificeerde organismen valt. Dat gaat misschien veranderen. De Europese Commissie heeft halverwege 2023 een nieuw voorstel gedaan waarin wordt geadviseerd om de regelgeving te versoepelen. Vanwege de brede toepasbaarheid van CRISPR-Cas biedt een soepelere regelgeving voordelen, maar het roept ook vragen op. Hieronder beantwoorden we een aantal vragen over CRISPR-Cas.

Wat is CRISPR-Cas?

CRISPR-Cas is een moderne techniek waarmee wetenschappers DNA van levende wezens nauwkeurig kunnen aanpassen, en zo bijvoorbeeld landbouwgewassen resistent kunnen maken tegen ziektes. Het CRISPR-Cas-systeem werkt op microscopisch niveau: met een soort sjabloon spoort het een specifiek stukje DNA op in een cel. Daar verwijdert, vervangt of plaatst het CRISPR-Cas-systeem een stukje DNA, waarmee ook een bepaalde eigenschap van een organisme kan worden aangepast. Wat CRISPR-Cas precies aanpast, hangt af van hoe de biologen het systeem ‘instellen’.

In welke organismen kunnen we CRISPR-Cas gebruiken?

In principe is het microscopische gereedschap te gebruiken in alle levende wezens. CRISPR-Cas kan dus het genetisch materiaal van planten, dieren, bacteriën, gist en ook mensen heel gericht aanpassen. Er bestaat ook een methode waarmee CRISPR-Cas het RNA van virussen kapot knipt en zo een virus uitschakelt. Hoewel de techniek in alle levende wezens zijn werk kan doen, wil dat niet zeggen dat dat altijd ethisch verantwoord is.

Waar komt CRISPR-Cas vandaan?

De technologie CRISPR-Cas is niet gemaakt in het lab, maar komt uit de natuur. Bacteriën bevatten het systeem als een afweer tegen virussen die hun cel proberen binnen te dringen. Het beschermingsmechanisme herkent het genetisch materiaal van zulke ziekteverwekkers en knipt het vervolgens kapot om het virus uit te schakelen. Wageningse wetenschappers, waaronder John van der Oost, brachten dit afweersysteem in bacteriën in kaart. In 2012 ontdekten onderzoekers dat ze het systeem zelf konden programmeren zodat het niet stukjes virus, maar ieder gewenst stukje genetisch materiaal herkent en knipt.

Hebben we CRISPR-Cas nodig in de landbouw?

In tijden van klimaatverandering, oorlog, en groeiende wereldbevolking, moeten we de aarde leefbaar houden en voldoende voedsel groeien voor mensen die erop leven. De zoektocht naar betere gewassen is al eeuwen aan de gang, en heet plantenveredeling. In eerste instantie draaide het vooral om een hogere opbrengst, later verschoof de nadruk naar kenmerken zoals smaak, voedingswaarde en houdbaarheid. Tegenwoordig zetten we plantenveredeling vooral in om onze planten bestand te maken tegen bijvoorbeeld droogte, ziektes en plagen. Dat kan met conventionele methodes, maar die nemen vaak vele jaren in beslag en zijn arbeidsintensief, vooral bij gewassen die genetisch complex zijn, zoals tarwe.

Kennis over genen en hun functie in combinatie met CRISPR-Cas, stelt veredelaars in staat om sneller en efficiënter planten te veredelen dan met conventionele veredeling. Binnen twee tot vier jaar kunnen veredelaars dan een verbeterd ras in handen hebben, bijvoorbeeld een tomaat met extra veel voedingsstoffen of een tarweplant die bestand is tegen droogte.

Om de plantaardige voedselproductie te verduurzamen en tegelijk op korte en lange termijn voldoende opbrengsten te blijven genereren, moeten we in de ogen van voorstanders naast andere methodes ook CRISPR-Cas inzetten. CRISPR-Cas moet daarbij niet gezien worden als een wondermiddel; we moeten ook bestaande plantveredelingsmethodes blijven benutten én ook op andere terreinen de huidige gangbare landbouw aanpassen. Denk bijvoorbeeld aan precisielandbouw, het sluiten van kringlopen en gewasdiversiteit (bijvoorbeeld in de vorm van strokenteelt). Door verschillende innovaties te combineren Met al die methodes samen kunnen we sneller inspringen op veranderende omstandigheden, zoals hogere temperaturen, lange periodes van droogte en zouter grondwater.

Hoe zit het met de regelgeving rond CRISPR-Cas?

Net als andere moderne technieken om DNA aan te passen, valt CRISPR-Cas in Europa onder de GMO-wet. Dat beoordeelde het Europese Hof van Justitie in 2018. Daarmee is de techniek niet verboden. Producten behandeld met CRISPR-Cas moeten wel een extra toelatingstraject doorlopen. Dat moet de veiligheid van de producten garanderen. Volgens veredelaars zijn de kosten die daarbij komen kijken dermate hoog en de procedures zo tijdrovend, dat voor hen het gebruik van CRISPR-Cas in de EU praktisch niet uitvoerbaar is.

In landen zoals de Verenigde Staten, China en Argentinië valt CRISPR-Cas buiten de GMO-wetgeving. In 2019 startte de Europese Commissie een langdurig traject om te onderzoeken of ook in Europa de regelgeving rondom moderne DNA-aanpassingstechnieken soepeler kan voor het gebruik bij gewassen. Halverwege 2023 komt de commissie met een voorstel voor vernieuwing van de richtlijn. Over dat voorstel moeten de lidstaten, waaronder Nederland, straks stemmen.

Tot die tijd gebruiken wetenschappers CRISPR-Cas vooral in laboratoria. In zulke afgesloten, gecontroleerde ruimtes mag de techniek wel gebruikt worden zonder extra controles. Met de moderne techniek verwijderen of veranderen onderzoekers bijvoorbeeld stukjes DNA (genen) in planten en bacteriën om zo de functie ervan beter te begrijpen.

Hoe zit het met de patenten rondom CRISPR-Cas?

“Vanaf het begin van de ontwikkeling worden toepassingen rond CRISPR-Cas al ruim geoctrooieerd”, zegt octrooispecialist Paul van Helvert. Ondertussen zijn er al duizenden patenten. Sommige daarvan beschrijven een heel specifiek eiwit of specifieke toepassing van CRISPR-Cas, andere zijn veel breder. “Toen de CRISPR-Cas-techniek nieuw was, waren het vooral kennisinstellingen die de patenten in handen hadden”, vertelt Van Helvert. “Tegenwoordig ligt de meerderheid ervan bij bedrijven.”

Als CRISPR-Cas straks eenvoudiger te gebruiken is in Europa, zitten daar financiële gevolgen aan. Veredelaars en andere gebruikers betalen dan licentiekosten om bepaalde CRISPR-Cas-technieken te mogen gebruiken. Voor sommige aanpassingen is één patent voldoende, voor andere aanpassingen hebben veredelaars misschien wel twee of drie verschillende nodig. Dat verhoogt de kosten. “Dan gaat het om de afweging tussen kosten en de ontwikkeling,” zegt Van Helvert. Als de techniek veel tijd bespaart en snel nieuwe eigenschappen aan gewassen toevoegt, loont de investering in een licentie.

Enkele onderzoeksinstituten, waaronder Wageningen University & Research, hebben CRISPR-Cas-octrooien gratis beschikbaar gesteld voor ngo’s. Zo kunnen zij, op non-profit basis, de wereldvoedselvoorziening verbeteren zonder te hoeven betalen voor de CRISPR-Cas-techniek.

Welke zorgen leven er over de toepassing van CRISPR-Cas?

Zorgen over de toepassing van CRISPR-Cas variëren van veiligheid van de techniek tot wie er nou eigenlijk met name belang heeft bij toepassing van de techniek. Zijn dat bijvoorbeeld agrariërs, consumenten en onze natuur die snakt naar vergroening van de landbouw, of worden vooral bedrijven er financieel wijzer van? In dit interview gaan onze CRISPR-Cas-expert John van der Oost en interdisciplinaire sociale wetenschapper Phil Macnaghten in op een aantal van deze zorgen en vragen.

Lees het interview:

Werkt WUR samen met bedrijven en veredelaars?

Wageningen University & Research werkt regelmatig samen met bedrijven en dat is niet voor niets. Sebastiaan Berendse, directeur Waardecreatie, begrijpt dat die samenwerking soms vragen oproept en legt uit waarom het toch erg belangrijk is:

Hoe borgt WUR haar onafhankelijkheid?

Onafhankelijkheid van wetenschappelijk onderzoek is voor universiteiten een belangrijk beginsel. In een tijd waarin universiteiten meer dan in het verleden samenwerken met overheden, ngo’s en het bedrijfsleven zijn garanties voor deze onafhankelijkheid extra belangrijk. Wageningen University & Research hanteert verschillende regelingen en procedures die er op gericht zijn om de onafhankelijkheid van onderzoek te garanderen.

Is CRISPR-Cas bij dieren ethisch verantwoord?

Omdat ook de technologische mogelijkheden van CRISPR-Cas bij dieren toenemen, vindt Wageningen University & Research het belangrijk dat er een maatschappelijke dialoog plaatsvindt over het gebruik van nieuwe DNA-aanpassingstechnieken bij dieren. Vooruitlopend op de wetgeving moeten we nu al de discussie voeren over de mogelijkheden en de grenzen die we willen stellen aan deze technologieën. WUR organiseert daarom zowel intern als extern dialogen over CRISPR-Cas.

Dierethicus Bernice Bovenkerk waarschuwt bijvoorbeeld voor de gevolgen van de technologie bij dieren. “Omdat CRISPR-Cas nieuw onderzoek mogelijk maakt, bestaat er een groot risico dat de technologie leidt tot meer dierproeven”, zegt Bovenkerk. “Dat leidt dus tot meer dierenleed en dierdoding.” Een voorbeeld van gebruik van CRISPR-Cas in dieren is bij xenotransplantatie, Daarbij worden met name varkens genetisch gemodificeerd zodat hun organen kunnen worden getransplanteerd naar menselijke patiënten, zonder dat er een afstotingsreactie plaatsvindt. “Die dieren leven solitair en in een steriele omgeving, waardoor ze hun natuurlijk gedrag niet kunnen uitvoeren”, zegt Bovenkerk. “Dat leidt tot welzijnsproblemen.”

Ook in de veeteelt zou CRISPR-Cas een rol kunnen spelen. Door kleine aanpassingen in het DNA maakt het dieren bijvoorbeeld immuun voor bepaalde ziekten. Ook is het mogelijk om met CRISPR-Cas meer of sneller vee te fokken. “Beide zijn in mijn ogen vormen van het dier aanpassen aan de veehouderij in plaats van de veehouderij aan het dier”, zegt Bovenkerk.