Nobelprijs voor toveren met genen

Nobelprijs voor toveren met genen
De muis als bouwpakket
noorderlicht.vpro.nl, oktober 2007
Twee Amerikanen en een Brit delen de Nobelprijs voor de geneeskunde 2007. Ze worden geëerd vanwege hun
werk aan het genetisch veranderen van muizen. Dankzij hun technieken - en de onvrijwillige medewerking
van miljoenen muizen - is na te gaan wat ieder gen voor functie heeft.
Zoek je als onderzoeker muizen met aanleg voor borstkanker, hart- en vaatziekten, taaislijmziekte of andere erfelijke narigheid?
Geen probleem, je kunt ze tegenwoordig gewoon bestellen. Dat is mede te danken aan het trio dat dit jaar de Nobelprijs voor de
geneeskunde in ontvangst mag nemen.
De Amerikanen Mario Capecchi (geboren in 1937) en Oliver Smithies (1925) bedachten onafhankelijk van elkaar een techniek
om genen gericht uit te schakelen of te vervangen. De Britse onderzoeker Martin Evans (1941) haalde als eerste stamcellen uit
muizenembryo's.
Gecombineerd maakten deze ontdekkingen de 'knock-out muis' mogelijk, een proefdier waarin een gen naar keuze onklaar is
gemaakt. In 1989 zagen de eerste muizen van dit type het licht. Daarna zijn deze diertjes snel onmisbaar geworden in het
biomedisch onderzoek. Ze staan model voor mensen met erfelijke ziekten en ze worden gebruikt om uit te zoeken welke rol ieder
gen speelt in het lichaam.
Een Nobelprijs van 1,1 miljoen euro, te verdelen met z'n drieën. Met dank aan ontelbare muizen.
Hoe maak je een netjes gemanipuleerde muis? Handleiding in zes stappen (Nobel comité voor fysiologie of geneeskunde)
Hoe begon het allemaal? Zoals wel meer biomedici zochten Capecchi en Smithies in de jaren zeventig van de vorige eeuw
fanatiek naar een manier om DNA bij cellen naar binnen te smokkelen. Dat lukte al wel door het in virussen te verpakken, maar
die plakten het nieuwe DNA lukraak tussen het oude, soms op tientallen plaatsen, en dat kon tot onvoorziene nieuwe
afwijkingen leiden. Het zou veel beter zijn om zelf te kiezen waar het nieuwe DNA terechtkwam.
Capecchi en Smithies wisten dat DNA in zoogdiercellen in een aantal lange slierten geordend is, de chromosomen. En dat die
chromosomen altijd in tweevoud voorkomen - eentje afkomstig van de vader en eentje van de moeder. Daarnaast kenden ze het
bestaan van 'homologe recombinatie', een fenomeen waarbij het chromosoom van vaderskant soms spontaan stukken DNA ruilt
met het chromosoom van moederskant.
Stel dat je ditzelfde mechanisme kunt gebruiken om kapotte genen in een cel te vervangen, dachten zowel Capecchi als Smithies.
Als je een kopie van dat stuk DNA in de cel brengt, maar dan zonder foutje, ruilt hij het defecte gen hopelijk spontaan in voor het
goede. Maar zou dat ook echt gebeuren, en vaak genoeg? Ze besloten het gewoon te proberen.
Bij ongeveer een op de duizend cellen waarin Capecchi met een heel dun glazen pipetje DNA inspoot, bleek een kapot gen
inderdaad vervangen te worden door de ingespoten, goede versie. Tegelijkertijd lukte het Smithies in zijn eigen lab ook om deze
wisseltruc toe te passen. Hij ontwikkelde bovendien een slimme manier om de geslaagde cellen te scheiden van de talrijke
mislukkelingen.
Het was inmiddels 1986 en het gericht repareren van kapotte genen was dus eindelijk mogelijk. Revolutionair, maar helaas, het
kon alleen nog in losse, gekweekte cellen. En dat is waar Martin Evans in beeld komt. Want hij had ontdekt hoe je van één cel in
een bakje een hele muis kunt maken.
Evans wist alles van muizenembryo's en had al rond 1980 ontdekt dat daaruit cellen te oogsten waren, die eindeloos konden
doorgroeien in het laboratorium. Injecteerde hij ze in een gezonde muis, dan groeiden ze uit tot alle mogelijke soorten weefsels.
Dit waren de embryonale stamcellen, alleskunners waarvan al ruim zeventig jaar eerder was bedacht dat ze moesten bestaan. Nu
waren ze eindelijk echt waargenomen.
Het team van Evans begon het DNA in deze embryonale stamcellen te voorzien van nieuwe genen, met behulp van virussen.
Evans wilde het ook wel proberen op de manier die Capecchi en Smithies in de Verenigde Staten toepasten, maar dat wilde de
Britse medische onderzoeksraad niet financieren.
Hoe maak je van een stamcel een muis? De onderzoekers brachten via het virus nieuw DNA bij embryonale stamcellen in. Ze
spoten die cellen in bij muizenembryo's, die ze vervolgens in de baarmoeders van vrouwtjesmuizen plaatsten.
Er werden jonge muisjes geboren met twee typen cellen in hun lijf. Soms waren hun voortplantingsorganen voortgekomen uit de
bewerkte stamcellen. Dat leverde ei- en zaadcellen op met het nieuwe gen erin, waaruit na bevruchting muisjes werden geboren
die dus óók voorzien waren van het nieuwe gen. Maar dat zat wel op een willekeurige plek in het DNA, want het was er door een
virus ingeplakt.
Met hulp van Evans gingen zowel Capecchi als Smithies ook embryonale stamcellen kweken, in de hoop dat ze daarmee hele
muizen konden maken met genen naar keuze, netjes op de juiste plek. Dat lukte rond 1989. Onderzoekers over de hele wereld
volgden dat voorbeeld al snel.
De grootste kracht daarvan was trouwens niet het repareren van foutjes, maar juist het introduceren ervan. Want als je een gen
uitschakelt, kun je kijken wat er misgaat in het muizenlijfje. En vervolgens afleiden wat het gen in een gezonde muis voor functie
heeft. Op die manier is inmiddels de rol van zo'n tienduizend genen in kaart gebracht.
Ook het onderzoek naar erfelijke ziekten heeft veel te danken aan de drie Nobelprijswinnaars. Het is nu mogelijk om bij muizen
precies dezelfde genetische fouten in te bouwen als bij mensen. Daarna kunnen de beestjes gebruikt worden voor allerlei
proeven die je menselijke patiënten niet kunt aandoen. Er zijn vandaag de dag meer dan vijfhonderd typen van deze knock-out
muizen verkrijgbaar voor onderzoek, en er komen iedere maand nog nieuwe bij.
Intussen is het belangrijkste doel dat de drie onderzoekers al vanaf het begin motiveerde, nog steeds niet bereikt. Het vervangen
van kapotte genen door goed werkende exemplaren in een patiënt is nog maar mondjesmaat gelukt, en altijd met gebruik van de
verfoeide virussen. Maar aan alternatieven wordt gewerkt.