Email   Print

Share

Het subtiele ontwerp van de natuur

Kennis van genen blijkt onze problemen niet te kunnen oplossen. Milieukenners en genetici lijken het daarover eens. Ondertussen ontstaat een nieuwe wijze van biotechnologie, die de natuur niet ziet als handelswaar, maar als mentor. Fritjof Capra doet verslag van een fascinerende ommekeer.

‘Uw genen bepalen uw gedrag’. Deze gedachte ligt ten grondslag aan de genetische manipulatie. Ze wordt sterk gepropageerd door de biotechbedrijven en voortdurend herhaald in de media. Wanneer we eenmaal de exacte volgorde van de DNA-bouwstenen kennen, horen we steeds, zullen we eindelijk begrijpen hoe kanker wordt veroorzaakt, hoe de mate van intelligentie of gewelddadig gedrag bepaald wordt en hoe landbouwgewassen plagen kunnen overleven. Dit genetisch determinisme – de gedachte dat alles is terug te brengen tot genen – was de afgelopen vier decennia het dominante model binnen de moleculaire biologie. Het heeft een groot aantal sterke metaforen voortgebracht. DNA wordt vaak de genetische ‘blauwdruk’ van het organisme genoemd, soms zelfs ‘het boek van het leven’. De genetische code wordt aangeduid als de universele ‘taal van het leven’. Door zich uitsluitend op genen te richten, besteden biologen niet meer voldoende aandacht aan het organisme als geheel. De neiging is ontstaan een levend organisme enkel te beschouwen als een verzameling genen, die willekeurige mutaties in de omgeving niet kan beheersen. Het wordt duidelijk dat dit dogma een regelrechte misvatting is. Volgens moleculair bioloog Richard Strohman is de verwarring als volgt ontstaan: er was een theorie die in eerste instantie uitstekend kon worden toegepast om de genetische code te ontcijferen, dus hoe genen informatie coderen ten behoeve van de productie van eiwitten. Daarna is deze uitgegroeid tot een theorie die genen als veroorzaker van biologische verschijningsvormen beschouwt. In een artikel in Nature Biotechnology concludeerde Strohman: ‘De onterechte uitbreiding van een genetisch model van een betrekkelijk eenvoudig niveau van genetische codering en decodering tot een complex niveau van cellulair gedrag vertegenwoordigt een kennistheoretische fout van de eerste orde.’ De problemen met dit dogma werden duidelijk aan het eind van de jaren 1970. In die tijd beperkten biologen hun genetisch onderzoek niet langer tot bacteriën. Zij ontdekten al snel dat er in hogere, meer ontwikkelde organismen geen eenvoudig verband meer bestaat tussen DNA-reeksen en reeksen aminozuren in eiwitten, zoals voorheen werd aangenomen. Het principe van ‘één gen – één eiwit’ moest worden losgelaten. Sterker nog, biologen bewezen dat de processen van eiwitsynthese complexer worden naarmate het organisme complexer is. Een andere vrij recente opmerkelijke ontdekking laat zien dat de dynamica van het cellulaire netwerk – het levende geheel van lichaamscellen – kan leiden tot het voortkomen van veel eiwitten uit een enkel gen, en tot vele functies van een enkel eiwit. Dat is dus heel anders dan de rechtlijnige keten van het genetisch determinisme. Deze dynamica bepaalt niet alleen welk eiwit uit een bepaald gen wordt gemaakt, maar ook hoe dit eiwit zich zal gaan gedragen. Het was al langer bekend dat een eiwit zich afhankelijk van de omgeving verschillend kan gedragen, maar nu toonden wetenschappers aan dat de complexe structuur van een eiwitmolecuul kan worden gewijzigd door een uiteenlopende reeks mechanismen op celniveau, en dat deze wijzigingen de werking van het molecuul kunnen veranderen. Laten we nu eens onze aandacht verschuiven van een enkel gen naar het genoom – het geheel van alle genen – en van de productie van een eiwit naar de productie van een totaal organisme. We zullen zien dat het genetisch determinisme totaal andere problemen oproept. Als cellen zich bijvoorbeeld tijdens de ontwikkeling van een embryo delen, wordt elke cel uitgerust met exact dezelfde genen, en toch ontwikkelen de cellen zich verschillend: het worden spiercellen, bloedcellen, zenuwcellen, et cetera. Op grond hiervan hebben ontwikkelingsbiologen tientallen jaren geleden al geconcludeerd dat celtypes van elkaar verschillen, niet omdat ze verschillende genen bevatten, maar omdat verschillende genen in de cellen actief zijn. Ofwel: de structuur van het genoom is in alle cellen identiek, maar de patronen van de genactiviteit zijn verschillend. De vraag moet dus zijn wat de verschillen in genactiviteit veroorzaakt. Weer anders gezegd: genen zijn niet alleen actief, ze moeten ook worden geactiveerd. Ze worden aan- en uitgezet als reactie op specifieke signalen. Daarom kán er niet zoiets bestaan als een gen dat gedrag bepaalt. Het wordt steeds duidelijker dat de biologische processen waarin genen een rol spelen – de getrouwheid van DNA-replicatie, de mutatiesnelheid, de omzetting van codeersequenties, de selectie van eiwitfuncties en de patronen van genactiviteit – allemaal worden gereguleerd door het cellulaire netwerk waarin het genoom is ingebed. Dit netwerk is zeer vertakt en bevat vele ‘feedbacklussen’, waardoor de patronen van genetische activiteit voortdurend veranderen als reactie op de gewijzigde omstandigheden. Biologische vormen en gedragingen zijn eigenschappen van de dynamica van een uiterst vertakt en complex netwerk. De toepassingen van biotechnologie in de landbouw zijn er een duidelijk voorbeeld van hoezeer het nauwe kader van genetisch determinisme problemen veroorzaakt. De biotechindustrie propageert een brave new world waarin de natuur volledig door de mens wordt beheerst. Genetisch gemanipuleerde planten zullen basisproducten worden, afgestemd op de behoeften van de klant. Nieuwe soorten gewassen zullen bestand zijn tegen droogte, insecten en onkruid. Fruit zal niet meer wegrotten of kneuzen. De landbouw zal niet langer afhankelijk zijn van chemische bestrijdingsmiddelen en het milieu daarmee niet langer belasten. Voedsel zal beter en veiliger zijn dan ooit tevoren en hongersnood zal tot het verleden gaan behoren. Van dat beeld klopt niets. De simpele waarheid is dat de meeste innovaties in de voedselbiotechnologie voortkomen uit winstbejag. Sojabonen bijvoorbeeld werden door Monsanto genetisch immuun gemaakt voor het onkruidbestrijdingsmiddel Roundup dat het bedrijf zelf produceert, om zo de verkoop van het middel te stimuleren. Door dergelijke technologieën worden boeren steeds afhankelijker van gepatenteerde, door intellectueel eigendomsrecht beschermde producten. Eeuwenoude methoden van vermeerdering, opslag en het delen van zaden zijn dan namelijk illegaal geworden. Bovendien berekenen de biotechbedrijven bovenop de prijs van de zaden een ‘technologietoeslag’ of dwingen ze de boeren abnormaal hoge prijzen te betalen voor zaad-pesticidepakketten. Recente proeven hebben aangetoond dat genetisch gemanipuleerde zaden de oogst niet in belangrijke mate verhogen. Sterker, een wijdverbreid gebruik van genetisch gemanipuleerde gewassen zal het hongerprobleem niet oplossen, maar juist bestendigen en verergeren. Als transgene zaden – die zijn voorzien van een vreemd gen – uitsluitend ontwikkeld en verkocht blijven worden door particuliere bedrijven, zullen arme boeren deze zaden niet meer kunnen betalen. Als de biotechbedrijven hun producten ook nog blijven beschermen door patenten die boeren verbieden zaden op te slaan en te verhandelen, zullen arme boeren steeds afhankelijker van hen worden en steeds vaker aan de zelfkant van de maatschappij belanden. De gevaren waaraan de landbouw door de toepassing van biotechnologie wordt blootgesteld, zijn een rechtstreeks gevolg van onze gebrekkige kennis van genetische processen. We hebben pas kort geleden ontdekt – zoals hierboven kort staat beschreven – dat alle biologische processen waarbij genen betrokken zijn, worden gereguleerd door cellulaire netwerken, dat het genoom in het cellulaire netwerk is ingebed en dat de patronen van genetische activiteit voortdurend veranderen als reactie op wijzigingen in de cellulaire omgeving. Biologen hebben nog maar weinig kennis van hun complexe werking van deze netwerken. Inmiddels is ook bekend dat alle planten onlosmakelijk zijn verbonden met complexe ecosystemen, zowel ondergronds als bovengronds, waarin alle materie zich in een ononderbroken kringloop beweegt. Van de werking van deze ecologische kringlopen en netwerken is nog maar weinig bekend, niet in de laatste plaats overigens omdat het dominante genetisch determinisme gedurende tientallen jaren tot een ernstige vertekening van biologisch onderzoek heeft geleid en er meer geld in moleculaire biologie dan in ecologie werd gestoken. Aangezien de cellen en regulerende netwerken van planten relatief eenvoudig zijn in vergelijking met die van dieren, kunnen genetici veel gemakkelijker vreemde genen in planten aanbrengen. Het probleem is echter dat het transgene gewas, wanneer het vreemde gen eenmaal deel uitmaakt van het DNA van de plant en het gewas is geplant, onderdeel wordt van een compleet ecosysteem. De wetenschappers die voor biotechbedrijven werken, weten maar weinig af van de biologische processen die hierna plaatsvinden. Ze hebben doorgaans geen kennis van de ecologische gevolgen van hun daden. De meeste biotechactiviteiten zijn gericht op het ontwikkelen van gewassen die bestand zijn tegen chemische bestrijdingsmiddelen om uiteindelijk de verkoop van deze middelen te bevorderen. Echter, KAN ERUIT het is zeer waarschijnlijk dat transgene planten zich door kruisbestuiving zullen vermengen met wilde soorten in hun omgeving en met andere landbouwrassen, waardoor er een ‘superonkruid’ ontstaat dat bestand zal zijn tegen steeds meer chemische bestrijdingsmiddelen. Er zijn duidelijke aanwijzigen dat dergelijke kruisbestuivingen al hebben plaatsgevonden. Een ander gevaar ontstaat wanneer transgene soorten zich vermengen met biologisch geteelde gewassen in nabijgelegen velden. Hierdoor zouden biologische boeren flink in de problemen kunnen komen, omdat hun producten dan mogelijk niet het certificaat ‘biologisch’ zullen krijgen, aangezien de normen voor biologische landbouw genetische manipulatie niet toestaat. Voorstanders van biotechnologie voeren vaak aan dat genetische manipulatie vergelijkbaar is met conventionele voortplanting. Zo zou deze technologie kunnen worden gezien als een voortzetting van de eeuwenoude boerentraditie van het mengen van genen om betere gewassen en een betere veestapel te krijgen. Sommigen stellen zelfs dat de moderne biotechnologie de laatste fase van de evolutie van de natuur vertegenwoordigt. Niets is minder waar. Om te beginnen ligt het tempo waarin de biotechnologie veranderingen in de genen aanbrengt vele malen hoger dan het tempo waarin de natuur dit doet. Een gewone kweker zou onmogelijk in drie jaar tijd de genomen van de helft van de sojabonen op aarde kunnen veranderen. Genetische manipulatie van gewassen wordt met ongelooflijke haast toegepast. Transgene gewassen worden massaal geplant, zonder dat van tevoren behoorlijk onderzoek wordt gedaan naar de effecten op de korte en lange termijn op de ecosystemen en de menselijke gezondheid. Deze niet-geteste, potentieel gevaarlijke, gemanipuleerde gewassen verbreiden zich nu over de hele wereld, waar zij mogelijk onherroepelijke schade aanrichten. Een ander verschil tussen genetische manipulatie en traditionele kweekmethoden is dat traditionele kwekers alleen genen overplaatsen in soorten die zich in de natuur of in de landbouw ook vermengen, terwijl biotechnologen in staat zijn volledig nieuwe en vreemde genen in het genoom van een plant te plaatsen – een gen van een andere plant of dier waarmee de plant zich nooit zou kunnen kruisen. Het wereldwijde gevecht om marktaandeel bepaalt niet alleen het tempo van de productie en het planten van transgene gewassen, maar ook het terrein van onderzoek. Dit is misschien wel het meest verontrustende verschil tussen genetische manipulatie en de traditionele methoden van genenvermenging via evolutie en natuurlijke voortplanting. De onlangs overleden biofysicus Donella Meadows zei ooit: ‘De natuur selecteert op het vermogen te gedijen en zich in de omgeving te vermenigvuldigen. Boeren hebben al tienduizend jaar keuzes gemaakt op basis van de voedingsbehoeften van de mens. Tegenwoordig is het criterium wat er gepatenteerd en hoeveel er verkocht kan worden.’ Omdat tot dusverre de toename van de verkoop van chemische landbouwproducten een belangrijke doelstelling van de landbouwbiotechnologie is geweest, zijn veel van de ecologische risico’s gelijk aan de risico’s van de conventionele landbouw, die gebruikmaakt van kunstmest en chemische bestrijdingsmiddelen. De tendens om brede, internationale markten te creëren voor een enkel product brengt uitgestrekte monoculturen voort die een bedreiging vormen voor de biodiversiteit, ofwel de verscheidenheid aan plant- en diersoorten. Daarom neemt de gevoeligheid voor plantenziekten, insectenplagen en onkruid toe. Genetisch gemanipuleerde gewassen die bestand zijn tegen bestrijdingsmiddelen – zoals de ‘Roundup Ready’-sojabonen van Monsanto – brengen milieuschade met zich mee, vanwege het almaar toenemende gebruik van het bijpassende bestrijdingsmiddel van het bedrijf. Aangezien het enige voordeel van dit gewas de resistentie tegen dit bestrijdingsmiddel is – een voordeel waarvoor overal reclame wordt gemaakt – worden boeren gestimuleerd de onkruidverdelger in grote hoeveelheden te gebruiken. Het is echter in de ecologie uitgebreid gedocumenteerd dat een massaal gebruik van hetzelfde soort bestrijdingsmiddel de weerstand tegen bestrijdingsmiddelen van onkruid enorm versterkt, waardoor er een gevaarlijke opwaartse spiraal ontstaat: er moet steeds meer en intensiever gespoten worden. Een dergelijk gebruik van giftige bestrijdingsmiddelen in de landbouw is niet in de laatste plaats schadelijk voor de consument. Als planten regelmatig worden bespoten met een onkruidverdelger, blijven er chemische resten achter die wij via onze voeding naar binnen krijgen. Bovendien kunnen planten die veelvuldig blootstaan aan grote hoeveelheden pesticiden ‘gestresst’ raken, waardoor ze bepaalde stoffen te veel of te weinig aanmaken. We weten dat bonen die bestand zijn tegen bestrijdingsmiddelen, grotere hoeveelheden plantenoestrogeen aanmaken en dat deze stof grote schade kan veroorzaken in de menselijke voortplantingsorganen, met name bij jongens. In hun pogingen alle facetten van de biotechnologie te patenteren, exploiteren en monopoliseren, hebben de grote agrochemische bedrijven zichzelf omgedoopt tot ‘biowetenschappelijke’ bedrijven. Dit hebben ze gedaan door ondernemingen die zaden produceren op te kopen. Hierdoor zijn de traditionele grenzen tussen farmaceutische, agrochemische en biotech-industrieën snel verdwenen. Onder het vaandel van de biowetenschappen zijn de afgelopen jaren gigantische concerns ontstaan. Zo fuseerde Ciba-Geigy met Sandoz tot Novartis, dat op zijn beurt met Zeneca fuseerde tot Syngenta, gingen Hoechst en Rhone Poulence samen op in Aventis, dat weer werd opgekocht door Bayer, en bezit en beheert Monsanto nu verschillende grote zaadproducerende bedrijven. Wat al deze biowetenschappelijke bedrijven met elkaar gemeen hebben, is een bekrompen ERUIT levensbeschouwing, gebaseerd op de overtuiging dat de mens de natuur kan beheersen. Daarbij wordt de zelfgenererende en zelfregulerende drijfkracht van de natuur – de essentie van het leven – volkomen genegeerd. Levende organismen worden beschouwd als machines die kunnen worden bestuurd, gepatenteerd en verkocht alsof ze industriële middelen zijn. Het leven zelf is het ultieme verkoopproduct geworden. De roep om een radicaal andere aanpak van de biotechnologie komt niet alleen van de kant van ecologen, gezondheidsdeskundigen en bezorgde burgers, maar steeds vaker ook van vooraanstaande genetici. Zodra de opvatting van het leven als een geheel van onderling verbonden systemen door wetenschappers, deskundigen, bestuurders van grote bedrijven en politiek leiders algemeen wordt geaccepteerd, is een fundamenteel ander soort biotechnologie mogelijk. Een eerste stap zou het verlangen zijn om van de natuur te leren in plaats van haar te willen beheersen, de natuur als mentor te beschouwen en niet alleen maar als een leverancier van grondstoffen. In plaats van het web van levende materie als handelswaar te behandelen, zouden we het kunnen eerbiedigen als een universeel geheel waarmee wij wezenlijk zijn verbonden. De nieuwe biotechnologie zou zich niet bezighouden met het genetisch manipuleren van levende organismen, maar de methoden van genetische manipulatie aanwenden om inzicht te krijgen in de subtiele ‘ontwerpen’ van de natuur en deze gebruiken als model voor nieuwe, menselijke technologieën. We zouden onze ecologische kennis integreren in het ontwerpen van materialen en technologische processen. We zouden van planten, dieren en micro-organismen leren hoe we onschadelijke en afbreekbare vezels, plastic en bestrijdingsmiddelen kunnen maken, die continu worden gerecycled. Dit zouden biotechnologieën volgens een nieuwe betekenis zijn, [omdat de grondstoffen van het leven zijn gebaseerd op eiwitten die wij alleen kunnen vervaardigen met behulp van enzymen die door levende organismen worden aangemaakt.] Het ontwikkelen van deze nieuwe biotechnologieën zal een enorme uitdaging zijn voor ons intellect, omdat wij nog steeds niet begrijpen hoe de natuur in haar evolutie van tientallen miljarden jaren ‘technologieën’ heeft ontwikkeld die vele malen beter zijn dan de technologieën die de mens heeft ontworpen. Hoe produceren spieren lijm die aan alles in water vastkleeft? Hoe spint een spin een zijden draad die vijf keer zo sterk is als staal? Hoe maken zeeoren een schelp die dubbel zo sterk is als hoogwaardig keramiek? Hoe maken deze dieren hun bijzondere materialen in water, op kamertemperatuur, in stilte en zonder giftige afvalproducten? Het vinden van de antwoorden op deze en vele andere vragen en ze vervolgens gebruiken voor de ontwikkeling van technologieën die geïnspireerd zijn [door] op de natuur, zou wetenschappers en genetici de komende decennia interessant materiaal kunnen leveren voor onderzoeksprogramma’s. Enkele van deze programma’s zijn inmiddels al begonnen. Ze maken deel uit van een nieuw gebied van manipulatie en ontwerp dat ‘biomimicry’ wordt genoemd, ook wel ‘ecodesign’, en dat de kans van de mensheid op een duurzame toekomst enorm vergroot. In haar boek Biomimicry (Perennial, 1998) neemt auteur Janine Benyus ons mee op een fascinerende reis langs laboratoria en onderzoeksstations. Hier bestuderen wetenschappers en genetici uit allerlei disciplines uitgebreid de chemische eigenschappen en moleculaire structuren van de meest complexe natuurlijke grondstoffen om ze te gebruiken als modellen voor de nieuwe biotechnologie. Zij ontdekken dat de natuur al veel van onze grote technologische problemen zeer efficiënt en ecologisch verantwoord heeft opgelost. Nu proberen zij deze oplossingen geschikt te maken voor menselijk gebruik. Wetenschappers aan de Universiteit van Washington hebben de moleculaire structuur en het [assemblage]bouwproces bestudeerd van de gladde deklaag die aan de binnenkant van de schelp van de zeeoor zit. Deze heeft delicate, wervelend gekleurde patronen en is zo hard als onze nagels. Ze hebben het [assemblage]bouwproces bij omgevingstemperatuur nagebootst en een harde, doorzichtige stof gemaakt die ideaal zou zijn voor de vervaardiging van voorruiten van ultralichte elektrische auto’s. Duitse onderzoekers hebben het minuscule, bobbelige en zelfreinigende oppervlak van de lotusbloem nagemaakt om een verf te produceren die hetzelfde effect geeft op gebouwen. Zeebiologen en biochemici hebben jarenlang onderzocht hoe de blauwe mossel een kleefstof afscheidt om zich onder water vast te hechten. Nu onderzoeken ze de potentiële medische toepassingen ervan om chirurgen in staat te stellen gewrichts- en bindweefselbanden in een vloeibare omgeving aan weefsels te laten hechten. Artsen en biochemici werken samen in verschillende laboratoria om de complexe structuren en processen van fotosynthese te onderzoeken in de hoop dat deze in nieuwe soorten zonnecellen kunnen worden gebruikt. Terwijl deze interessante ontwikkelingen plaatsvinden, houden veel genetici – zowel in de wereld van de biotechnologie als in de academische wereld – nog steeds vast aan de stelling van het genetisch determinisme, namelijk dat genen het gedrag bepalen. Waarom? In gesprekken met moleculair biologen werd mij duidelijk dat daarvoor verschillende redenen zijn. Zo worden wetenschappers in het bedrijfsleven vaak aangenomen voor specifieke, nauw omlijnde projecten. Zij werken onder streng toezicht en mogen de ruimere implicaties van hun werk niet bespreken. In verband hiermee moeten zij zelfs een geheimhoudingsbeding ondertekenen. Met name in biotechbedrijven is de druk om zich te aan te passen aan het dogma van het genetisch determinisme erg groot. In de academische wereld is de druk weliswaar anders, maar niet minder groot. Door de enorm hoge kosten van genetisch onderzoek werken wetenschappelijke instituten steeds vaker samen met grote biotechbedrijven om aanzienlijke subsidies te bemachtigen. Het onderscheid tussen onderzoekers die bij universiteiten en onderzoeksinstellingen werken en onderzoekers die bij bedrijven werken, is voorbij. Tegenwoordig worden zelfs speciale prijzen toegekend voor samenwerkingsprojecten tussen beide sectoren. Vroeger werden dergelijke initiatieven als belangenverstrengeling beschouwd. Verder zijn biologen gewend geraakt hun verzoeken om subsidie te formuleren in termen van genetisch determinisme, omdat ze weten dat zij daarvoor financiële steun kunnen krijgen. Zij doen financiers de belofte dat bepaalde resultaten zullen worden afgeleid uit toekomstige kennis over genetische structuren, ook al weten ze dat wetenschappelijke ontwikkelingen altijd onverwacht en onvoorspelbaar zijn. Al tijdens hun afstudeerperiode op de universiteit leren zij deze dubbele standaard toe te passen en zij blijven dit doen in hun academische loopbaan. Tot slot moeten we niet vergeten dat wetenschap een kwestie is van gezamenlijke inspanningen. Wetenschappers hebben een grote behoefte om deel uit te maken van een intellectuele gemeenschap en zullen hierop niet snel negatieve kritiek uitoefenen. Zelfs wetenschappers die een briljante carrière achter de rug hebben en gerenommeerde prijzen hebben gewonnen, zijn vaak onwillig een kritische noot te laten horen. Verandering is hoe dan ook op komst. De wereldwijde oppositie tegen het patenteren, marketen en het op de natuur loslaten van genetisch gemanipuleerde organismen groeit. Tel daarbij op de onlangs bekend geworden beperkingen van genetische manipulatie, en iedereen ziet dat het bolwerk van genetisch determinisme begint af te brokkelen. Ik stem graag in met een conclusie van wetenschapshistoricus Evelyn Fox Keller, die in The Century of the Gene (Harvard University Press, 2000) schreef: ‘Het is duidelijk dat de vooraanstaande plaats van het gen als het belangrijkste verklarende concept van de biologische structuur en functie in de twintigste eeuw thuishoort, en niet in de eenentwintigste eeuw.’ Volgens mij heeft de biotechnologie een wetenschappelijk, filosofisch en politiek keerpunt bereikt.