Gentechnologie maakt het misschien mogelijk om te voorkomen dat een soort überhaupt ooit uitsterft. Maar moeten we dat wel willen?
Het blijkt verontrustend eenvoudig – en helemaal niet zo duur – om te knutselen aan de genetische code van een levend wezen. Voor een paar duizend dollar kun je een goede microscoop kopen, een injectieopstelling en een buisje CRISPR-Cas9: het gereedschap waarmee je het DNA van een embryo kunt herschrijven. Voeg daar een stapel petrischaaltjes aan toe, een incubator die het precies 28,5 graden houdt en een beetje hand-oogcoördinatie, en je komt een heel eind.
Het lastigste is nog het vinden van een constante stroom vers bevruchte zebravisembryo’s. In het Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, waar ik tien dagen leerde hoe je genetische editing in de praktijk toepast, is dat geen probleem. Elk uur kan het lab een nieuwe batch produceren. Ik leg tientallen eencellige embryo’s op een rij langs de rand van een glaasje. Onder de microscoop zien ze eruit als vergeelde parels. Met een piepkleine glazen naald prik ik in de cellen. Als ik mis, voelen ze aan als tapiocabolletjes in een glas bubble tea; als ik raak, spuit ik er een precies afgemeten dosis CRISPR-Cas9 in, ontworpen om een gen voor oogontwikkeling uit te schakelen.
Onder de microscoop zien ze eruit als vergeelde parels.
Een paar dagen later komen de larven uit hun ei. De correct geïnjecteerde dieren hebben geen ogen. Als ik ze zou laten opgroeien – wat ik niet van plan ben – zouden ze zich kunnen voortplanten met andere blinde vissen, tot ik een aquarium vol genetisch bewerkte wezens had. Het procedé is bedrieglijk simpel. De gevolgen zijn dat allerminst.
Sinds biochemici Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier een oud afweersysteem van bacteriën ombouwden tot een universeel DNA-bewerkingsinstrument, is CRISPR-Cas9 een oneindig aanpasbaar gereedschap geworden waarmee mensen de taal van het leven herschrijven. Het systeem herkent specifieke patronen in het genetisch materiaal en knipt die eruit met een enzym – Cas – dat als een moleculair scalpel werkt. Je kunt daarmee een gen uitschakelen, repareren of vervangen. Het wordt al gebruikt om landbouwgewassen productiever te maken, fruit zoeter, rijst minder dorstig. En om ongedierte uit te roeien: door onvruchtbaarheid in muggen of vleesetende maden te bouwen, kun je hele populaties laten verdwijnen. Dezelfde logica kan in de andere richting worden gebruikt. Bedrijven werken aan de ‘terugkeer’ van uitgestorven soorten door genen van hun voorouders in te bouwen in nauwe verwanten. Zo presenteerde een biotechbedrijf recent een nest ‘gede-extincteerde’ dire wolves – in feite grijze wolven waarvan slechts een paar genen voor vachtkleur, formaat en kaak zijn aangepast. De proef laat zien hoe ver we inmiddels zijn. We kunnen soorten richting uitsterven duwen, maar ook proberen hen ervoor te behoeden. En dat brengt ons bij een van de kwetsbaarste ecosystemen ter wereld: de koraalriffen.
Onderwatersteden
Koraalriffen beslaan minder dan 1 procent van het oceaanoppervlak, maar huisvesten een kwart van alle vissoorten. Ze beschermen kusten tegen stormen en golfslag, zorgen voor voedsel en inkomsten, en slaan grote hoeveelheden koolstof op. Zonder riffen zouden hele kuststeden en economieën instorten. Maar deze onderwatersteden staan op het punt te verdwijnen. Door opwarming en verzuring van de oceaan raken de miljoenen koraalpoliepen gestrest, werpen ze hun gekleurde symbiotische algen af en blijven er witte, ‘gebleekte’ geraamtes over. Eén bleking kunnen ze soms nog te boven komen. Maar als hittegolven elkaar snel opvolgen, sterft het rif.
Onder de huidige opwarmingsscenario’s kan tegen 2040 zeventig procent van de Atlantische riffen dood of stervend zijn. Bij een stijging van meer dan twee graden stopt vrijwel alle koraalgroei tegen het einde van de eeuw. We zitten nu al rond de 1,3 graad en bewegen ons razendsnel in de verkeerde richting.
Stel dat we CRISPR kunnen gebruiken om koraal genetisch beter bestand te maken tegen hitte. Dat zou koraal een grotere overlevingskans geven in een opgewarmde oceaan – en tegelijk de menselijke industrieën redden die van riffen afhankelijk zijn. Maar mogen we de natuur aanpassen om onze eigen fouten te maskeren? En als we dat doen, is het dan nog natuur?
Voor milieufilosoof Christopher Preston is CRISPR een breekpunt. In zijn boek The Synthetic Age beschrijft hij hoe genediting, de-extinctie en klimaat-engineering ons in staat stellen de natuurlijke wereld op ongekende schaal te herontwerpen. Evolutie kan de snelheid van klimaatverandering niet bijbenen, zegt hij, dus moeten wij haar een handje helpen. ‘De vraag is,’ aldus Preston, ‘welke delen van de wereld we overlaten aan natuurlijke processen – en welke we actief gaan ontwerpen zodat ze “beter werken”.’ In sommige gevallen, vindt hij, is de urgentie zo groot dat we niet kunnen wachten. Koraalriffen, met hun enorme ecologische én economische belang, zouden zo’n geval kunnen zijn. Toch is het verschil tussen kunnen en moeten levensgroot. Niet alle genetische ingrepen zijn technisch haalbaar, en zelfs als dat zo is, is het de vraag of we ze wel willen inzetten. Juist daarom zat ik uiteindelijk boven een petrischaaltje gebogen, kijkend naar pakweg honderdvijftig zebravisembryo’s die ik net had voorzien van een nieuwe genetische instructie.
Geen ogen
Een dag na de injectie zag ik hoe de embryo’s zich begonnen te ontwikkelen. De dieren die ik had geraakt, hadden geen ogen; de controlegroep wel. Dat klopte precies met de theorie: het doelwitgen is goed beschreven. Maar ik zag ook iets anders. Veel larven waren kleiner dan normaal. Sommige hadden misvormde vinnen, andere zwommen in kleine cirkels. Was dat het gevolg van het uitschakelen van het ooggen, van de injectietrauma’s, of van een onverwachte bijwerking van CRISPR? Ik had geen idee.
Voor koraal ligt alles nog ingewikkelder. Zebravissen zijn laboratoriumdieren met een tot in detail in kaart gebracht genoom. Voor de meeste koraalsoorten hebben we die kennis nog niet. Om uit te vinden wat elk gen doet, moeten onderzoekers één voor één genen uitschakelen en kijken wat er gebeurt. Dat is precies waar bioloog Phillip Cleves zich mee bezighoudt. Omdat koraal maar een paar nachten per jaar uitzet – rond het begin van de zomer, na volle maan – moest Cleves zijn lab tijdelijk verplaatsen naar het Great Barrier Reef in Australië, wachtend tot zijn Acropora millepora eindelijk ging paaien. Eenmaal zover, verzamelde hij de bevruchte eieren, legde ze in rijtjes in petrischaaltjes en injecteerde ze met CRISPR-Cas9, gericht op HSF1, een gen dat in allerlei soorten, van gist tot mensen, een rol speelt in hittestress.
Toen de larven uitkwamen en Cleves ze aan hogere temperaturen blootstelde, stierven de exemplaren waarin HSF1 was uitgeschakeld. De rest overleefde. Met die ene ingreep had hij een sleutelgen geïdentificeerd dat iets zegt over de warmtetolerantie van koraal. In theorie zou je het gen nu kunnen aanpassen om het koraal juist beter bestand te maken tegen hitte. Maar tussen iets stukmaken en iets verfijnen gaapt een kloof. Warmteresistentie is waarschijnlijk polygeen – het resultaat van veel genen tegelijk – en verschilt tussen soorten en populaties. Slechts één gen ‘opvoeren’ zou kunnen neerkomen op een cosmetische ingreep, zoals een grijze wolf wit verven en hem dan een dire wolf noemen.
Ondertussen voltrekt zich in de riffen zelf een ramp. De afgelopen jaren is er in de Caraïben en de Indo-Pacifische regio een reeks blekingsgolven geweest die hele landschappen hebben weggevaagd. Moleculair ecoloog Kate Quigley, die in West-Australië in grote tanks blekingsscenario’s nabootst om te testen welke koralen de hitte doorstaan, beschrijft vooral de geur: rottende vis. ‘Je ruikt dat er dode koralen zijn nog voordat je in de tank kijkt,’ zegt ze. In haar lab worden de sterkste overlevenden gekruist, en voeren onderzoekers hun gegevens in AI-modellen om te voorspellen welke delen van het rif de beste kandidaten zijn voor toekomstige herstelprogramma’s.
Zowel Quigley als Cleves benadrukt dat ze hun werk voorlopig binnen het lab willen houden. De noodzaak om genetisch aangepast koraal echt in zee uit te zetten zou voelen als een bekentenis van totale mislukking: dat we er niet in geslaagd zijn de uitstoot van broeikasgassen te beperken en de oceanen te beschermen zoals ze zijn. Geen enkele biotechnologische truc kan de vele andere ecosystemen vervangen die verloren zullen gaan als het klimaat blijft opwarmen.
Genetische editing
Koraal is uiteraard niet het enige waar CRISPR een rol in speelt. In de oostelijke Verenigde Staten proberen biologen al decennia de Amerikaanse kastanjeboom te redden, ooit een dominante soort in de bossen, maar begin vorige eeuw vrijwel uitgeroeid door een exotische schimmel. Met genetische editing ontstaat nu kans op een schimmelbestendige variant, die hele bosgebieden ecologisch zou kunnen herstellen. Andere projecten gebruiken CRISPR om planten te verbeteren die giftige metalen uit vervuilde bodems trekken, of om algen meer CO2 te laten opnemen. Sommige futurologen dromen zelfs van genetisch aangepaste fytoplankton die in een klap een groot deel van de wereldwijde uitstoot uit de atmosfeer kunnen halen.
Maar hoe verder we opschuiven van soortbescherming naar ‘planetair dienstverlenerschap’, hoe scherper de ethische vragen worden. Het herstellen van een kastanjebos of een rif ligt nog dicht bij het klassieke natuurbeheer: we proberen iets terug te brengen dat er ooit was. De oceaan volstorten met aangepaste organismen om ons eigen gedrag te compenseren voelt anders. Dan veranderen we de natuur in een soort schoonmaakdienst. Hebben we het recht om de natuur op die manier te herschrijven, zodat wij nog even kunnen doorgaan met wat haar vernietigt?
Daar komt bij dat CRISPR allesbehalve feilloos is. Het systeem kan genen op de verkeerde plek knippen of reparaties uitvoeren die subtiele fouten tot gevolg hebben. In de kastanjeboomprojecten blijken sommige resistente bomen struikjes te blijven of gevoelig voor andere ziekten; vermoedelijk heeft de edit ergens anders in het genoom schade aangericht. Mijn eigen blinde zebravisjes bleken vaker misvormd of gestunt dan verwacht. In het lab zijn zulke mislukkingen vervelend maar overzichtelijk. In het wild kunnen ze een kettingreactie ontketenen.
Mijn eigen blinde zebravisjes bleken vaker misvormd of gestunt dan verwacht.
We weten dat genetisch gemodificeerde aquariumvissen inmiddels hun weg naar Braziliaanse rivieren hebben gevonden, waar ze zich vrolijk voortplanten. Maar zelfs als een ingreep ‘werkt’, kan het resultaat problematisch zijn, zoals wanneer een superkoraalsoort die het in warm water uitstekend doet, andere soorten verdringt, waardoor het rif een kwetsbare monocultuur wordt. Om een heel rif robuuster te maken, zou je in honderden, zo niet duizenden soorten moeten ingrijpen, en bovendien rekening moeten houden met verzuring, bacteriën, vissen en al het onzichtbare leven dat riffen draaiende houdt.
Hoe dan ook is de geest uit de fles. CRISPR-kits zijn relatief goedkoop en met behulp van AI wordt het steeds eenvoudiger om mutaties te bedenken en te plannen. Er bestaat nauwelijks regelgeving voor wat er met niet-menselijke organismen gebeurt, buiten de ethische grenzen die onderzoekers zichzelf opleggen. ‘Als we ons dan toch als goden gedragen’, schreef milieupionier Stewart Brand ooit, ‘kunnen we dat maar beter goed doen.’
Goed worden in genetische editing betekent niet alleen efficiënter knippen en plakken, maar ook beter nadenken over het moment waarop we het überhaupt willen inzetten. Voor riffen die nog gezond zijn, klinkt genetische manipulatie als een nachtmerrie. Maar in delen van de Caraïben waar koraal nog slechts als puin op de bodem ligt, zou de tolerantie voor riskante experimenten snel kunnen toenemen. Hoezeer Quigley het idee nu ook verafschuwt, ze sluit zichzelf niet uit. ‘Ik denk dat de tolerantie van mensen voor risicovolle ondernemingen vrij snel zal veranderen zodra dingen echt hard achteruitgaan,’ zegt ze. ‘Het is nou eenmaal verschrikkelijk om je een wereld zonder koraal voor te stellen.’
