Biotechnologie is een tak van de levenswetenschappen die levende organismen en biologische systemen gebruikt om nieuwe organismen of producten te creëren. De kern ervan ligt in genetische manipulatie, een nauwkeurige methode om DNA te manipuleren om eigenschappen en functies te veranderen.

Terwijl de media biotechnologie vaak afschilderen als hightech laboratoriumwerk, dringt de reikwijdte ervan door tot in het dagelijks leven. Van de vaccins die u ontvangt tot de sojasaus, de kaas en het brood in uw supermarkt, het plastic waarmee u omgaat, de kreukvrije katoenen kleding en zelfs de schoonmaakwerkzaamheden na olierampen:levende microben zijn de verborgen drijfveren achter deze producten.

Geavanceerde diagnostiek, zoals bloedtesten voor de ziekte van Lyme, chemotherapie bij kanker en insuline-injecties, zijn allemaal producten van biotechnologische innovatie.

TL;DR

Biotechnologie is afhankelijk van genetische manipulatie:het modificeren van DNA om de functie of eigenschappen van levende organismen te veranderen. Historisch gezien begon dit met selectief fokken en strekt zich nu uit tot nauwkeurige genbewerking in de geneeskunde, voeding, productie en energie.

Genetische manipulatie:organismen veranderen

Moderne biotechnologie zou niet bestaan zonder genetische manipulatie. Dit proces maakt gebruik van laboratoriumtechnieken om het genetische materiaal van cellen te veranderen, waardoor het uiterlijk, het gedrag, de functie of de reactie van een organisme op zijn omgeving verandert. Het is van toepassing op alle levende cellen, inclusief bacteriën, planten, dieren en mensen.

De technieken variëren van directe genmodificatie tot het inbrengen van DNA-fragmenten van het ene organisme in het andere, waardoor transgene of recombinante cellen ontstaan.

Kunstmatige selectie:de vroegste vorm van genetische manipulatie

Kunstmatige selectie, of selectief fokken, is de eeuwenoude voorloper van de hedendaagse genetische manipulatie. Door specifieke paringsparen te kiezen op basis van wenselijke eigenschappen, hebben mensen deze eigenschappen geleidelijk over de generaties heen versterkt.

Hoewel er geen geavanceerde apparatuur voor nodig is, blijft selectief fokken een krachtige vorm van genetische manipulatie, die duidelijk zichtbaar is bij vee, sierplanten en proefdieren.

• Vee fokken op opbrengst en temperament
• Het ontwikkelen van bloemvariëteiten met unieke kleuren en geuren
• Het produceren van proefdieren met specifieke ziektegevoeligheid

Het eerste genetisch gemanipuleerde organisme

Honden (Canis lupus familis) vertegenwoordigen het vroegst bekende voorbeeld van door de mens geleide genetische verandering, die ongeveer 32.000 jaar teruggaat in Oost-Azië. Vroege jager-verzamelaars gaven waarschijnlijk de voorkeur aan volgzame wolven, wat tot domesticatie leidde. Duizenden jaren lang heeft selectief fokken de enorme diversiteit aan moderne rassen voortgebracht (tegenwoordig ongeveer 350), die nauw verwant zijn aan oude Chinese inheemse honden.

Andere oude vormen van genetische manipulatie

Terwijl samenlevingen overgingen op landbouw, breidde de kunstmatige selectie zich uit naar planten en andere dieren. De oude Egyptenaren gebruikten bijvoorbeeld rond 6000 voor Christus gist om brood te laten rijzen en wijn en bier te fermenteren, wat een voorbeeld is van vroege biotechtoepassingen.

Moderne genetische manipulatie

De hedendaagse genetische manipulatie gaat verder dan veredeling en gaat over precieze DNA-manipulatie in het laboratorium. Belangrijke hulpmiddelen zijn onder meer plasmiden (circulaire DNA-moleculen die voorkomen in bacteriën en gisten) en restrictie-enzymen die DNA op specifieke sequenties knippen. DNA-ligase voegt vervolgens vreemd DNA samen tot plasmiden, waardoor vectoren voor genoverdracht ontstaan.

Wanneer plasmiden DNA van een andere soort bevatten, wordt het resulterende recombinante DNA vaak een chimeer genoemd. Eenmaal opnieuw geïntroduceerd in de gastheercellen, worden de ingebrachte genen tot expressie gebracht en gerepliceerd tijdens de celdeling.

Het combineren van DNA van twee soorten

Het introduceren van vreemd DNA in niet-bacteriële cellen vereist gespecialiseerde technieken. Een genenkanon brengt met DNA gecoate metaaldeeltjes in plantaardig of dierlijk weefsel. Agrobacterium tumefaciens, een natuurlijke plantenziekteverwekker, is ontwikkeld om gewenste genen over te brengen naar plantengenomen, waarbij tumorinducerende genen worden vervangen door gunstige eigenschappen.

Virussen dienen als vectoren voor het afleveren van DNA in zoogdiercellen; ziekteveroorzakende genen worden verwijderd en vervangen door therapeutische genen of markergenen.

Moderne geschiedenis van genetische manipulatie

Het moderne tijdperk van het veld begon in 1973 toen Herbert Boyer en Stanley Cohen een antibioticaresistentiegen tussen bacteriestammen inbrachten. Het jaar daarop stopten Rudolf Jaenisch en Beatrice Mintz vreemd DNA in muizenembryo's, waardoor het eerste genetisch gemodificeerde dier ontstond.

Sindsdien heeft genetische manipulatie herbicideresistente gewassen, vergrote groenten en fruit en een groot aantal industriële en medische innovaties opgeleverd.

Verband tussen genetische manipulatie en biotechnologie

Genetische manipulatie is de motor van de biotechnologie. Van de oude hondenfokkerij tot de moderne farmaceutische productie:de reikwijdte van de biotechnologie is altijd gericht geweest op het benutten van levende organismen om aan de menselijke behoeften te voldoen.

Industriële biotechnologie en brandstoffen

Industriële biotechnologie stimuleert de productie van biobrandstoffen:microben zetten vetten om in ethanol, een hernieuwbare brandstofbron. Enzymen maken ook een schonere chemische productie mogelijk door afvalproducten af te breken.

Medische biotechnologie en farmaceutische bedrijven

Medische biotechnologie heeft een revolutie teweeggebracht in de gezondheidszorg; stamceltherapieën, geavanceerde diagnostiek en nieuwe geneesmiddelen zoals monoklonale antilichamen, antibiotica, vaccins en hormonen zijn allemaal producten van microbiële engineering.

Een mijlpaal is de productie van synthetische insuline:menselijke insulinegenen worden in bacteriën ingebracht, die vervolgens insuline synthetiseren die wordt geoogst en gezuiverd voor klinisch gebruik.

Biotechnologie en speling

De publieke perceptie is soms achtergebleven bij de wetenschappelijke vooruitgang. In 1991 ontwikkelde Ingo Potrykus rijst verrijkt met bètacaroteen (Gouden Rijst) om vitamine A-tekort in Azië te bestrijden. Ondanks zijn potentieel stuitte het product op weerstand van de toezichthouders en het publiek, waardoor de wijdverspreide adoptie ervan werd uitgesteld.

Deze controverses onderstrepen het belang van transparante communicatie tussen wetenschappers, toezichthouders en het publiek.