Is het leven maakbaar? 5.1a Diergentechnologie, AquAdvantage GG zalm: het genconstruct

Niet alleen micro-organismen en planten worden genetisch gemodificeerd, maar ook dieren en daarover gaan de verschillende onderdelen van Essay 5. Het mag dan bij planten een gecompliceerd en langdurig acceptatieproces zijn van concept tot consumptie, bij dieren lijkt dat wel een gebed zonder end. Na dertig jaar is de genetisch gemodificeerde AquAdvantage GG zalm eindelijk ‘op de markt’, maar daarmee is niet gezegd dat dit eerste dierlijke GG-voedsel daadwerkelijk ook ‘publiekelijk’ is geaccepteerd.
Het Nederlandse voorbeeld bij uitstek van zo’n ‘eindeloos gebed’ is onze transgene stier Herman. Vanaf zijn geboorte beginjaren ‘90 in de schijnwerpers en in opspraak, nu opgezet in het Leidse museum Naturalis. Sla er Wikipedia maar op na, of bezoek Naturalis en ‘bekijk’ zijn enerverende levensverhaal.

Hans Tramper is emeritus-hoogleraar Bioprocestechnologie Wageningen Universiteit en reflecteert in een aantal essays op de geschiedenis van zijn vakgebied. Zijn stukken werden tot nu toe gepubliceerd op 18 juni, 30 juni, 11 juli, 22 juli, 19 augustus, 10 september, 21 september, 30 september, 10 oktober, 31 oktober, 8 november, 2 december en 26 december 2018, en 21 april, 28 mei en 26 augustus 2019.

Waarom genetisch gemodificeerde dieren?

Dieren worden om de volgende toepassingsgerichte redenen genetisch gemodificeerd:
(1) Ter verkrijging van ‘betere’ (landbouw)huisdieren en vissen
(2) Om ze geschikt te maken voor productie van hoogwaardige (humane) eiwitten, met name geneesmiddelen
(3) Om ze meer geschikt te maken als orgaandonor voor xenotransplantatie, het transplanteren van dierlijke organen naar de mens
(4) Om geschiktere proefdieren te maken
(5) Om schadelijke insecten en ander ongedierte onder controle te houden.
In Essay 5 werk ik uit elke categorie tenminste één voorbeeld uit. In dit eerste deel komt de ontwikkeling van een GG zalm aan bod. Het is het eerste transgene dier dat goedgekeurd is voor consumptie.

AquAdvantage-zalm

In mijn boek Moderne biotechnologie: Een nieuwe doos van Pandora? (2009) schrijf ik er voor het eerst over. Een enigzins aangepaste versie hiervan volgt nu. ‘De AquAdvantage-zalm is gemaakt door in het genoom van de Atlantische zalm een groeihormoongen te zetten van de chinookzalm met eromheen de promotor- en terminatorregio’s van het antivrieseiwitgen van de puitaal. Daardoor groeit deze GG zalm twee keer sneller. Dat hij ook zes keer zo groot zou worden als een normale zalm is een fabeltje, de eindgrootte is dezelfde. Het belangrijkste voordeel voor viskwekers is dat de AquAdvantage-zalm ook onder koude omstandigheden blijft doorgroeien. Hierdoor zijn de gemodificeerde zalmen eerder op ‘marktgewicht’. Ze hebben ook minder voer nodig om dit gewicht te bereiken. AquaBounty Technologies, de maker, verwacht dat deze GG zalm in 2011 op de markt zal zijn.’ Dit was de nogal optimistische informatie die toen beschikbaar was.

GG zalm: daar kikker je van op!

In C2W Life Sciences van 28 april 2012 staat mijn column GG-vis op uw dis: lekker en gezond! Begin 2014, mijn pensioneringsjaar, heb ik er een geactualiseerde versie van gemaakt voor mijn afscheidsboek Genenfluisteren – Kunst en Kunde, een verzameling van vijftig columns over gentechnologie. In de betreffende column, GG zalm: daar kikker je van op!, schrijf ik, sterk ingekort:
‘Depressief? Slechtziend? Neem vaker een lekker vette zalm en je ziet de wereld weer door een roze bril. Maar geldt dat ook als je regelmatig GG zalm op tafel zet? Volgens de FDA, de Amerikaanse tegenhanger van onze Voedsel- en Warenautoriteit, wel. In ieder geval als het gaat om de AquAdvantage-zalm. Half oktober 2011 verklaarde de FDA deze GG zalm consumptiegeschikt, maar ploegt zich nu, begin 2014, nog altijd moeizaam door een berg van dertigduizend aanvechtingen. Maar ook dit jaar weer (al sinds 2010) is de verwachting dat deze GG zalm nu toch echt op de markt gaat komen. […] Het Amerikaanse gentechbedrijf AquaBounty Technologies, de maker, werkt al sinds 1995 aan de marktgang en heeft in overleg met de FDA alle denkbare risico’s uitgesloten. […] Deze voorzorgsmaatregelen neemt het bedrijf om anti-GG-activisten de wind uit de zeilen te nemen. […] Het gentechbedrijf rekent er echter op dat de doorsneeburger zal inzien dat deze voorzorgsmaatregelen een veilige en profijtelijke productie garanderen van een heel gezonde en eiwitrijke voedselbron, die als bonus een hoog gehalte aan omega-3-vetzuren heeft. […] Het wachten is op een definitief groen licht van de FDA en de finale zegen van Washington.’
Sinds 2014 is er veel gebeurd, maar het gebed gaat nog altijd door.

Gebed zonder end

In den beginne, A.D. 1989, leggen onderzoekers van de Memorial University in Newfoundland, Canada, de basis voor ontwikkelingsonderzoek aan een transgene zalm door het maken van het AquAdvantage-genconstruct. Dit gencontruct (zie ter vergelijking ook het Arctic-appelgenconstruct in Essay 4.7) zit ingebouwd in de pUC18-vector (Figuur 1), maar bij het maken van de benodigde intermediairen voor het in elkaar zetten van dit construct zijn ook een drietal soortgelijke bacteriële plasmiden (pUC9, pUC13 en pUC14) gebruikt; dit gegeven is van belang in het FDA-goedkeuringstraject. De gebruikte plasmiden zijn vermeerderd in en geïsoleerd uit de E. coli K12 stam DH5α; E. coli K12 is een in-het-laboratorium-veel-toegepaste bacterie die ook gebruikt wordt voor productie van chymosine (stremselenzym) en door de FDA als GRAS (generally regarded as safe) gedefinieerd is. Standaard moleculair-biologische techieken zoals selectief openknippen van plasmiden met specifieke restrictie-enzymen (endonuclasen) en weer aan elkaar plakken van nieuwe uiteinden door DNA-ligasen zijn voor de constructie gebruikt. Een dergelijke multi-stap synthese is kenmerkend voor die tijd. In het uiteindelijke construct zit het cDNA (GHc2) van het groeihormoon van de chinookzalm waarvan de expressie gereguleerd wordt door promotor- en terminatorregio’s van het antivrieseiwitgen (AFP) van de puitaal (ocean pout). Ze coderen dit ‘all fish’ genconstruct als opAFP-GHc2 (Figuur 2a). Op basis van gegevens en informatie die het bedrijf aan de FDA verstrekt, concludeert de FDA dat noch in het eindgenconstruct noch in de intermediaire constructen coderende sequenties aanwezig zijn die afgeleid zouden kunnen zijn van bekende toxines, pathogenen, oncogenen en/of tumorsuppressorgenen. Ook sequenties afgeleid van transposable-elementen of retrovirussen waardoor het construct zich zou kunnen verplaatsen met mogelijk onvoorspelbare nadelige gevolgen, kunnen er niet inzitten.

Datzelfde jaar nog, 1989, injecteren de onderzoekers dit construct in bevruchte eieren van een wilde Atlantische zalm. Eerst wordt daartoe het plasmide opengeknipt aan weerszijden van het genconstruct met het restrictie-endonuclease EcoRI (Figuur 2a), gevolgd door fenol/chloroform extractie en ethanol precipitatie. Het precipitaat met daarin het gelineariseerde plasmidefragment en het uitgeknipte genconstruct met aan de linker- en rechterkant een resterend klein stukje pUC18 (20 bp) respectievelijk pUC9 (25 bp), worden opgelost in een steriele fysiologische zoutoplossing (0,9% NaCl in water). Een dosis van 2-3 nL hiervan wordt geïnjecteerd in de bevruchte eieren. Uit de eerste generatie hiervan is in 1992 de ‘stamouder’ geselecteerd (EO-1 gedoopt) van de AquAdvantage^â-zalmen. Noch in de eerste generatie, noch in opvolgende generaties vinden de onderzoekers iets terug van het plasmidefragment (behalve dan de twee kleine zijstukjes); hierbij is specifiek ook naar (fragmenten van) het ampicillineresistentiegen gezocht. De FDA concludeert daarom dat het niet in de GG zalmen zit en dat er in het verdere goedkeuringstraject geen rekening mee gehouden hoeft te worden. De productiecyclus van deze GG zalm is 16-18 maanden hetgeen de helft is van die van de wilde ‘voorouder’ (Schipani, 2016).

Aanvankelijk vinden de onderzoekers dat op twee plekken in EO-1 een nieuw stuk DNA is ingebracht die ze als α- en β-integrant bestempelen. Alleen de α-integrant blijkt de groei te versnellen en door selectief kweken hebben ze de niet-functionele β-integrant weten te verwijderen. Eerst zijn hiervoor wilde zalmen uit rivieren in de Canadese provincies Newfoundland en Labrador gebruikt, maar sinds 2000 voornamelijk met een gedomesticeerde soort die oorspronkelijk afkomstig is uit de St. John River (provincie New Brunswick). De huidige AquAdvantage-zalm is dus een gedomesticeerde transgene Atlantische zalmsoort. De locatie van het genconstruct in het genoom is belangrijk voor het goed functioneren van de authentieke genen en van het ingebrachte construct. De onderzoekers laten zien dat het op een plaats zit waar de interactie met de authentieke genen miniem is. Ook is het aantal ingebrachte basenparen (bp), te weten 4205, verwaarloosbaar ten opzichte van het zalmgenoom dat 2,97 miljard basen (nucleotiden) telt, oftewel de transgene en wilde zalm zijn voor 99,99986% hetzelfde (Bodnar, 2019). Daar komt bovendien bij dat het groeihormoongen van de chinookzalm vrijwel hetzelfde is als dat van de Atlantische zalm; dit blijkt uit BLAST-vergelijkingsonderzoek (Bodnar 2010). Het mRNA van beide kan in genenbanken gevonden worden, respectievelijk S50867.1 (1138 basenparen) en X14305.1 (1169 basenparen). BLAST-vergelijking laat zien dat 90% van de nucleotidensequentie hetzelfde is. Als de aminozuursequenties van de overeenkomstige groeihormooneiwitten vergeleken worden blijken die zelfs 95% identiek te zijn. Al met al betekent dit dat de GG zalm nagenoeg niet verschilt van de voorouder, de Atlantische zalm. Dit betekent eigenlijk ook dat de enige echt nieuwe stukjes in het genoom afkomstig zijn van de puitaal (plus piepkleine stukjes pUC9 (25 bp) en pUC18 (20 bp); Figuur 2b). De onderzoekers hebben voor regulerende regio’s van de puitaal gekozen omdat deze de genen die ze reguleren altijd aanzetten, dat wil zeggen dat die altijd tot expressie komen; het eigen zalmgroeihormoompromotorgen daarentegen alleen onder bepaalde omgevingscondities, zoals daglicht en temperatuur. De AquAdvantage-zalm is daardoor sneller volgroeid dan de wilde voorouder, maar wordt dus niet groter. Wel is de benodigde hoeveelheid voer 25% minder voor dezelfde hoeveelheid vis; bij viskwekerijen is voer een van de belangrijkste kostenposten (Van Eenennaam, 2019).

Gezien,
(1) de minieme verschillen die er op DNA-niveau bestaan tussen de ‘all fish’ AquAdvantage-zalm en de wilde voorouder, die bovendien in het niet vallen bij
(2) de relatief grote verschillen op genoomniveau die door natuurlijke mutaties tussen de zalmsoorten zelf zijn ontstaan,
(3) het vroegtijdig overleg dat AquaBounty Technologies had met de regelgevende instanties van de VS en Canada,
(4) de vracht aan wetenschappelijke gegevens die dit bedrijf heeft aangeleverd aan deze instanties, en
(5) de overdaad aan voorzorgsmaatregelen die het bedrijf neemt,
verbaast het mij zeer dat de GG zalm nog niet allang ruim op de markt verkrijgbaar is. Het tegendeel is waar. In de VS is het na veel vertragende activiteiten nu vooral nog politiek getouwtrek. In Canada zijn ze gelukkig wat kordater. Zowel in 2018 als in 2019 zijn er vijf ton verhandeld van de GG zalm.

Wat het in ieder geval wel heeft opgeleverd is een stortvloed aan oppervlakkige kranten- en tijdschriftverhalen over de stand van zaken en de ‘voortgang’. Anastasia Bodnar heeft er op 14 maart 2019 zelfs een dertigjarige Regulatory Timeline over gepubliceerd. Zij is ook de auteur van een aantal informatieve en goed gedocumenteerde artikelen waar ik dankbaar gebruik van heb gemaakt (zie boven). Echter, de meest informatieve bronnen voor dit essay zijn de Science Response 2013/023 van het Canadian Science Advisory Secretariat en de ‘vrije-informatiesamenvatting’ van 19 november 2015 over de FDA-goedkeuring van de AquAdvantage-zalm. Ik vond het buitengewoon leerzaam en interessant ze te lezen. Een aanrader. Een ding is zeker: deze instanties gaan geen van beide over één nacht ijs. De Canadese wetgeving is duidelijk productgericht en pragmatisch. Die van de VS is ‘event-gebaseerd’ zoals ze het zelf noemen, hetgeen wil zeggen dat elke stap in het hele proces wetenschappelijk verantwoord moet worden, oftewel een ‘hiërarchische’ opbouw van wetenschappelijke kennis. Ter vergelijking: het EU-beleid is op basis van het voorzorgsprincipe waarmee de toegang van GGOs tot Europa nagenoeg is geblokkeerd.

In Deel 1b van dit essay schrijf ik over het implementatie- c.q. goedkeuringstraject.

Interessant? Lees dan ook:
Omega-3 vetzuren gemaakt uit maïs door mariene algen
Genetisch veranderd voedsel
Moderne biotechnologie: ontwikkelt die zich te snel?