Studenten maken dé sensor die ons tegen nieuw biologisch wapen beschermt

Van een onschuldige Nederlandse huis tuin en keuken-mug een gevaarlijke malaria mug maken. Of een ziekte ontwikkelen die alleen gevaarlijk is voor mensen met een bepaalde oogkleur. Het klinkt vergezocht maar door een nieuwe methode van genetisch manipuleren, is dit mogelijk geworden.

De techniek heet CRISPRcas en is de aanduiding van een bepaald eiwit waarmee veel goedkoper en veel nauwkeuriger geknipt en geplakt kan worden in DNA. Een historische doorbraak met heel veel positieve maar ook veel negatieve gevolgen zoals goedkope en snelle productie van genetisch gemanipuleerde biologische wapens.

Studenten microbiologie Carina Nieuwenweg, Martijn van Galen en Angelina Horsting zijn er trots op. Met hun in Wageningen ontwikkelde CRISPR CLEAR apparaat wonnen ze een geldprijs van 27.000 euro. Dat geld stoppen ze in verder onderzoek om het apparaat te te verbeteren. De CRISPR CLEAR is een sensor die genetisch gemanipuleerde biologische wapens  op kan sporen. Het bestaat nog nergens in de wereld. Maar het is allerminst een overbodige luxe.

Het CRISPR CLEAR apparaat wordt ingezet tegen de Crisper-cas techniek. Deze CRISPR-cas techniek maakt het tegenwoordig veel gemakkelijker om genetisch te manipuleren. Door bepaalde genen weg te halen is er winst in bijvoorbeeld de kankerbestrijding te boeken. Maar de methode kan ook gebruikt worden om schadelijke veranderingen aan te brengen in genetisch materiaal.

Een ultiem biologisch wapen

Omdat je met de CRISPR-cas methode veel makkelijker en goedkoper aan DNA kunt sleutelen, komt het maken van een ultiem biologisch wapen ook een stap dichterbij. Een goed voorbeeld hiervan is de bestrijding van malaria. Malariamuggen  kunnen resistent worden gemaakt voor malaria en bovendien genetisch zo aangepast worden dat vrijwel alle nakomelingen óók resistent zijn. Maar andersom geredeneerd: de Nederlandse mug kan ook zodanig worden aangepast dat die uitermate geschikt is voor de malaria-parasiet.

Uiteraard geldt dit niet alleen voor malaria maar ook voor ziektes als Lyme, Zikavirus, knokkelkoorts en gele koorts.

Hoe werkt het?

CRISPR-cas is letterlijk het afweersysteem van een bacterie. Net als mensen hebben bacteriën ook last van virussen. Dringt er een virus de cel van een bacterie binnen, dan reageert het CRISPR systeem, zoekt heel snel het DNA van het virus en knipt het virus kapot. Tien jaar geleden werd dit systeem ontdekt en bleek het ook te werken in cellen van planten, dieren en mensen.

Het grote voordeel van het CRISPR-systeem is dat het veel beter de weg weet op het DNA. Met deze nieuwe techniek wordt het mogelijk om heel specifiek, op de goede plek, een nieuw stukje DNA in te bouwen of een foutief stuk DNA weg te halen.

Biologische wapens van ongekende vernietigende aard

Internationaal neemt de ongerustheid over de negatieve mogelijkheden van de CRISPR-cas methode snel toe. In juli vorig jaar waarschuwde John Sotos van Intel Health & Life Sciences  dat de CRISPR methode “ongekende mogelijkheden biedt voor het maken van biologische wapens van een ongekende vernietigende aard.”

Een jaar hiervoor liet Microsoft topman Bill Gates ook al van zich horen met een waarschuwing voor de negatieve mogelijkheden van CRISPR-cas.

Van chemisch gas in Syrië tot een Nederlands detectiesysteem

Er is nog een techniek die de CRISPR-cas-methode gevaarlijk maakt. Deze techniek heet een ‘Gene-drive’. Hierdoor kan bijvoorbeeld en muggenpopulatie binnen één generatie van DNA veranderen. Normaal zou dit veel langer duren. De veranderingen gaan nu veel sneller door deze “turbo-drive”. Bij de bestrijding van malaria is dit buitengewoon handig, maar als je van de mug een wapen wil maken: levensgevaarlijk.

De studenten kwamen op het idee voor een sensor-apparaat waarmee genetisch gemanipuleerde biologische wapens  kunnen worden opgespoord door de aanvallen met chemisch gas in Syrië. Voor chemische wapens bestaan al soortgelijke meetmethodes. Maar voor biologische wapens niet. Laat staan voor genetisch gemanipuleerde biologische wapens.

Een handig militair wapen

Ze besloten een sensor te bouwen die een met CRISPR-cas gemaakt biowapen kan detecteren. Het is een zwart doosje met hierin twee buisjes waar DNA van een verdacht organisme in kan worden gestopt. Vervolgens worden de buisjes verhit tot 65 graden en vindt er een chemische reactie plaats. Kleurt het buisje geel, dan is er sprake van een organisme dat gemanipuleerd is met de CRISPR-cas methode.

Martijn van Galen: “Een detectiesysteem dat direct vertelt of er een mutatie in het DNA van een organisme is aangebracht, kan in geval van oorlog erg handig zijn. Zo zou je snel en ter plekke kunnen vaststellen of een mug ziektes bevat.”

Het veranderen van genen is een handig militair wapen. Bij andere biologische en chemische wapens was er altijd het risico dat je zelf geraakt werd. Als de wind verkeerd staat , heb je al een probleem. Met de nieuwe CRISPR-cas methode is dit risico veel kleiner. Het biowapen is nu zo te bouwen dat het wapen alleen dodelijk is voor mensen met een specifiek genetisch kenmerk.

'Doctor Death': de lugubere praktijken van Wouter Basson 

De ontwikkeling van biologische wapens die alleen een bepaalde groep mensen aanvallen is niet nieuw. De Zuid-Afrikaan Wouter Basson, bijnaam ‘Doctor Death’, was hoofd van de 7th Medical Division van het Zuid-Afrikaanse leger. Hij was van 1981 tot 1993 de leider van ‘project Coast’.

Deze afdeling die zich bezig hield met de ontwikkeling en productie van chemische en biologische wapens, ontwikkelde T-shirts met vergif. Dit gif zorgde op den duur voor dodelijke hartafwijkingen. Zijn afdeling liet ook onderzoek doen naar een pil met een stof erin waardoor zwarte vrouwen onvruchtbaar zouden worden. Had Basson in die tijd de beschikking gehad over de CRISPR-cas methode, dan had dit zijn baan op zijn zachtst gezegd een stuk makkelijker gemaakt.

Interview met Wouter Basson:

Onrust over de verspreiding is groot

Omdat de genetische veranderingen heel snel door een populatie kunnen gaan is de ongerustheid over onbedoelde verspreiding groot. Want hoe de werking van een genetisch gemanipuleerde mug of muis uitpakt is niet bekend. Er wordt volop geknutseld met de CRISPR-methode en in het verleden gebeurde dit niet altijd achter gesloten deuren.

Zo maakte fruitvlieg-geneticus Ethan Bier in 2015 allemaal gele fruitvliegen met een gene-drive. Hij deed dit in een gewoon laboratorium zonder extra beveiliging. Zou er een vlieg of een eitje ontsnapt zijn uit het lab, dan had het zo maar gekund dat het merendeel van alle fruitvliegen nu geel zou zijn geweest.

CRISPR-Cas op de keukentafel

Een andere zorg over genen veranderende CRISPR-cas methode, is de toegankelijkheid van de techniek. Voor het maken van biologische wapens was voorheen een serieus laboratorium nodig. Met CRISPR-cas kan gewerkt worden in een schuur of garage.  

Een Amerikaanse ondernemer verkoopt nu de ‘doe-het-zelf-CRISPR-cas box’, voor 159 dollar. Hiermee kan de consument zelf aan de knutsel met het DNA van verschillende volgens de fabrikant ongevaarlijke bacteriën en gisten om bijvoorbeeld lichtgevend bier te maken. Onlangs kwam deze doe–het-zelf kit in opspraak omdat er naast onschuldige bacteriën ook een aantal kwalijke organismen in zaten.

De vinding van de drie studenten heeft ondertussen de interesse gewekt van het ministerie van defensie. Andere studenten zijn al bezig met de verfijning van de methode waardoor het apparaat uiteindelijk goed inzetbaar zal zijn in het veld.