De oude en nieuwe beloften van de biotechnologie

4

De oude en nieuwe beloften van de biotechnologie

In 1990 concludeerden we dat de biotechnologie zou bijdragen aan verdere industrialisering van de landbouw, toenemende uitwisselbaarheid van grondstoffen, omkering van productieketens en agrificatie. Die trends zijn wel ingezet, maar hebben zich (nog) niet in die mate gemanifesteerd als we verwachtten. In de zogeheten ‘witte’ industriële biotechnologie gebruikt de industrie nu vele enzymen van genetisch gemodificeerde micro-organismen. Maar in de ‘groene’ agrobiotechnologie zijn nog maar weinig verschillende gemodificeerde gewassen op de markt. Behalve technische problemen, zijn het ook maatschappelijke weerstanden die de marktintroducties bemoeilijken. Desondanks claimen onderzoekers en het bedrijfsleven ook nu weer tal van nieuwe, beloftevolle toepassingen.

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

In 1990 verwachtten we dat de industriële productie van enzymen een hoge vlucht zou nemen. Uit het oogpunt van milieu juichten we dit toe. Met betere en goedkoper geproduceerde enzymen kunnen immers milieubelastende, chemische processen worden vervangen. Bovendien werken enzymen over het algemeen bij lagere temperaturen en druk dan chemische processen, dus besparen ze ook energie. Dit veld betreft de zogeheten ‘witte biotechnologie’. Deze biotechnologie verbetert de bacteriën, schimmels of gisten die in grote stalen vaten industriële producten maken. Naast mengsels van micro-organismen voor kaas, yoghurt, worst, vitamines, aminozuren, smaak-, geur- en kleurstoffen als levensmiddelenadditief, gaat het in deze sector voor een belangrijk deel om enzymen. Enzymen spelen als biokatalysator een belangrijke rol in industriële processen. Inderdaad gebruikt de industrie nu, dankzij bovengenoemde ‘witte biotechnologie’, meer en beter werkende enzymen. In 1992 werd het Kaasbesluit van de Nederlandse Warenwet

b i o t e c h n o l o g i e

88

Biotechnologie krijgt kleur Rond de eeuwwisseling heeft de biotechnologie-industrie het concept van de kleurenkaart van de biotechnologie geïntroduceerd. Men wil

een fabriek van DSM (Gist-brocades). Hierna volgden er onder meer toelatingen voor het gebruik van een vetsplitsend enzym (lipase) uit een genetisch gemodificeerde bacterie (Unilever) en het gebruik van een gentechenzym (hemicellulase) van de Deense firma Novo dat word gebruikt als broodverbetermiddel.

voorkomen dat in de maatschappelijke discussies over biotechnologie alle toepassingsgebieden op één hoop worden gegooid. Met name de bedrijven en instellingen die actief zijn in de medische biotechnologie vrezen dat het veel negatievere imago van de agrobiotechnologie naar hun sector overslaat. Men spreekt daarom in het vervolg over de rode, de witte, de groene en de blauwe biotechnologie. Rood is medisch, wit is industrieel, groen is landbouw en blauw is de aanduiding voor de mariene biotechnologie. Toch zijn de scheidslijnen niet altijd even duidelijk. Zo kunnen planten (groen) genetisch worden veranderd, waardoor ze biomedische eiwitten (rood) of enzymen (wit) aanmaken. En vissen (blauw) kunnen zodanig genetisch gemodificeerd worden dat ze biomedische eiwitten (rood) aanmaken.

aangepast om het gebruik van een microbieel kaasstremsel verkregen uit een genetisch gemodificeerde gist (het enzym chymosine) mogelijk te maken. In dat Kaasbesluit stond namelijk nog dat kaas moet worden gemaakt met lebferment, dat van oudsher wordt verkregen uit gefermenteerde magen van nuchtere kalveren. Het gentechstremsel werd geproduceerd in

oo g s t

u i t

h e t

l a b

Enzymen uit genetisch veranderde micro­organismen worden sinds begin jaren negentig al ingezet in productieprocessen in de levensmiddelenindustrie. Bijvoorbeeld voor de productie van zoetstoffen uit maïszetmeel, bedoeld voor frisdranken ter vervanging van suiker uit suikerriet of suikerbiet. Voor de voedingsmiddelenindustrie is nu een heel scala aan enzymen uit gentech- micro-organismen beschikbaar. Zetmeel splitsende amylases, hemicellulases voor de bewerking van vezels en eiwitsplitsers in de vorm van proteases, die onder meer voor de verbetering van de structuur van brood- en deegwaren worden ingezet; verder is er alfaamylase, beta-glucanase, amyloglucosidase en acetoacetaatdecarboxylase voor het brouwen van bier; amyloglucosidase en glucose-isomerase voor het omzetten van (maïs)zetmeel in fructose dat kan dienen ter vervanging van glucose uit biet- of rietsuiker als zoetmiddel in frisdranken; er zijn pectinases voor het klaren van vruchtensappen; lipases voor de verandering van de vetzuursamenstelling van oliën en vetten, bijvoorbeeld voor het verbeteren van de smeerbaarheid van margarines of het verhogen van het gehalte aan meervoudig onverzadigde vetzuren. Overigens worden die gentechenzymen niet in de productie van álle levensmiddelen toegepast. Zo maken de Nederlandse kaasproducenten geen gebruik van gentechstremsel uit vrees voor schade aan de zo belangrijke af-

89

Enzymen – Een speciale opnametechniek laat een micro array zien dat bestaat uit een patroon van enzymstructuren (de cirkelvormige elementen), ­afgewisseld met minuscule gouddeeltjes (de paarse vlekken). Dergelijke arrays met een regelmatig ­patroon van biomoleculen kunnen behulpzaam zijn bij het ontwikkelen van elektroden voor de productie van biobrandstoffen. Bron: Brookhaven National Laboratory

zet in Duitsland. In de broodbakkerij wordt wel volop gebruik gemaakt van broodverbetermiddel dat gentechenzymen bevat. In 1999 was het aandeel van gentechenzymen in de totale hoeveelheid levensmiddelen­ enzymen van Europese bedrijven ongeveer 22 procent. De verwachting is dat deze trend zal doorzetten, waardoor over niet al te lange tijd de meeste enzymen voor voedselproductie afkomstig zullen zijn uit genetisch gemodificeerde micro-organismen. Anno 2008 is het moeilijk om de precieze stand van zaken te achterhalen. Wettelijk is het namelijk niet verplicht

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

om op het etiket van een levens- of wasmiddel te vermelden of eventueel gebruikte enzymen afkomstig zijn uit genetisch gemanipuleerde (micro-)organismen. Vanwege de maatschappelijke controverse over gentechvoedsel zijn de enzymproducenten bovendien niet scheutig met het verstrekken van informatie over hun afzet van enzymen uit gentech-micro-organismen. Maar er zijn ook enzymproducenten die gewoon een lijst met gentechenzymen op de website zetten (Novozymes), of die een overzicht geven van de verschillende typen enzymen die worden geleverd, welke microorganismen daarbij worden gebruikt en welke daarvan genetisch gemodificeerd (kunnen) zijn (DSM). Sommige gebruikers van gentechenzymen, zoals brouwers en bakkers, hullen zich bij voorkeur in stilzwijgen. In de non food-toepassingen zijn fabrikanten beduidend minder terughoudend. Zo voegt de Nederlandse mengvoerindustrie fytase toe aan het varkensvoer. Fytase, afkomstig uit een genetisch gemodificeerd micro-organisme, zorgt voor verbetering van de fosfaatopname uit het voer bij varkens. Daardoor hoeft er minder fosfaat aan het varkensvoer te worden toegevoegd, bevat ook de varkensmest minder fosfaat en spoelt er minder fosfaat uit naar grond- of oppervlaktewater. Verder wordt in wasmiddelen volop gebruik gemaakt van diverse lipases en proteases. Deze enzymen functioneren als vet- en eiwitoplossers, waardoor wassen bij lage temperaturen mogelijk is geworden. Ook zijn er bedrijven die voor het bleken van papier enzymen in plaats van chloor gebruiken. En er worden gentechenzymen ontwikkeld om landbouw- en groen huishoudafval tot eenvoudige suikers af te breken. Die suikers kunnen vervolgens weer met genetisch veranderde micro-

b i o t e c h n o l o g i e

90

laire vorm die beter voldoet aan de eisen van haar leden. Onderzoekers en landbouwvertegenwoordigers hechtten groot belang aan het creëren van nieuwe afzetmogelijkheden voor een akkerbouw die het in Europa steeds moeilijker kreeg.

Fytase voor varkens Foto: United States Department Of Agriculture (USDA), Agricultural Research Service

organismen omgezet worden in ethanol voor energie en chemicaliën.

Van ‘ag r ificatie’ na ar ‘b i o base d economy’

Een andere belofte in 1990 was ‘agrificatie’: het benutten van landbouwgrondstoffen voor andere doeleinden dan voedsel. In die periode werden er in de Verenigde Staten en Europa en door bedrijven als Cargill initiatieven genomen om, vaak met overheidssubsidie, uit onder meer tarwe- en maïsethanol te winnen of bio-plastics te produceren. Als gevolg van de prijsdaling van landbouwgrondstoffen nam de belangstelling vanuit de chemische industrie toe om ‘overschotten’ van zetmeel en suiker te verwerken tot bulkchemicaliën en plastics. Ook de Europese organisatie voor de chemische industrie, de CEFIC, pleitte aan het begin van de jaren negentig voor onderzoek naar planten die suiker en zetmeel produceren in een molecu-

oo g s t

u i t

h e t

l a b

In 2008 zijn betrekkelijk weinig van de ideeën uit 1990 in de praktijk gerealiseerd. Door de stagnerende olieprijzen was er voor de chemische industrie en de politiek tot aan de eeuwwisseling ook weinig reden om uit te zien naar alternatieve grondstoffen van agrarische herkomst. Na de eeuwwisseling veranderde dit. Stond in 2002 de olieprijs nog op circa 16 dollar per vat, begin 2008 schommelt de prijs tussen de 90 en 100 dollar per vat. Vanwege de groeiende vraag van nieuwe wereldeconomieën als China en India voorzien analisten dat de olieprijs op de langere termijn hoog blijft. Samen met de aanhoudende berichten over de effecten van de uitstoot van koolstofdioxide op het wereldklimaat en zeespiegelrijzing zorgt dit voor het doorbreken van het besef dat het ontwikkelen van alternatieve energie- en grondstofbronnen serieus ter hand moet worden genomen. Biobrandstoffen In 1997 verscheen ‘Energy for the Future’, een beleidsdocument van de Eruopese Commissie over het energiebeleid en het gebruik van hernieuwbare bronnen in de energieproductie. Hierin presenteerde de Europese Commissie ambitieuze doelstellingen: 12 procent van de energiewinning uit hernieuwbare bronnen in 2010 en een sterke toename van het gebruik van biobrandstoffen. Een jaar later sprak het Europees Parlement zich uit voor 2 procent aandeel van biobrandstoffen voor transportdoeleinden.

91

zo zeggenschap zou worden verkregen over een deel van de verwerking. En dat de winstmarge, Agro-raffinaderijen

die ontstaat door de extra bewerkingsstap, in handen van de landbouw zou blijven. Het was

De toenemende aandacht voor agrificatie bleek

een opmerkelijk idee met een aantrekkelijk

een stimulans te zijn voor landbouwkundige

perspectief voor boeren. In 1990 waren we er

onderzoekers om nieuwe verwerkingstech-

niet zeker van af of het idee zou kunnen uit-

nieken toe te gaan passen op grondstoffen uit

groeien tot een ontwikkeling die sterk genoeg

de landbouw. Men stuitte daarbij vaak op een

is om weerstand te bieden aan trends die juist

gebrekkige afstemming tussen vraag en aan-

de zeggenschap van de landbouw inperken.

bod: aanbieders leveren niet het gewenste materiaal, vragers hebben te weinig vertrou-

(Oogst uit het lab, 1990)

wen in de wispelturige markt van de landbouw. Door biotechnologische procestechnieken te verbeteren zou het misschien mogelijk worden om deze verhouding vanuit de landbouw te verbeteren. De landbouw zou zich er op toe kunnen leggen om kant en klare ‘halffabrikaten’ aan te leveren aan de industrie. Daarmee zou een groter deel van de bewerking van ruwe grondstoffen in de buurt van het boerenbedrijf plaatsvinden. In een studie door het Agro-Technologisch Onderzoeksinstituut (ATO) in Wageningen voor de Europese Commissie werd voor het eerst gesproken over de mogelijkheid van agro-raffinaderijen: kleine, coöperatief opgezette fabriekjes waar de oogst gedroogd wordt en waar de grondstof met behulp van moderne technieken tot verschillende componenten geraffineerd wordt. Op die manier zou een gewas volledig benut kunnen worden: vezels, zetmeel, eiwit, vet en de kleurstof worden dichtbij de bron reeds gescheiden. Deze bestanddelen worden vervolgens aangeboden aan de verwerkende industrie. Het aantrekkelijke voor de industrie was dat een garantie voor constante aanvoer bestaat. En een deel van het risico bleef bij de aanbieders liggen. Het voordeel voor de landbouw was dat

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Bio-ethanolfabriek in Frankrijk Foto: Infotech France

b i o t e c h n o l o g i e

92

In 2003 trad een Europese Richtlijn voor de stimulering van biobrandstoffen en andere hernieuwbare transportbrandstoffen in werking. Eind 2005 zou 2 procent van de energie-inhoud van fossiele brandstoffen uit biobrandstoffen moeten bestaan, oplopend tot 5,75 procent in 2010. De streefwaarde voor 2005 van 2 procent werd echter niet gehaald. Ook waren er zorgen dat de streefwaarde voor 2010 van 5,75 procent niet zou worden gehaald. Desondanks maakten de lidstaten op de voorjaarstop van de Europese Unie in 2006 opnieuw afspraken over stimulering van het gebruik van hernieuwbare energie,

nu met nog hogere streefwaarden. In 2015 moet 15 procent van de energie (elektriciteit, warmte, koeling, transport) uit hernieuwbare bronnen als biomassa, waterkracht, geothermische-, zonne- en windenergie worden geproduceerd. Biobrandstoffen moeten dan een aandeel van 8 procent in de transportbrandstoffen hebben bereikt. In 2020 moet 20 procent van de energie worden opgewekt met hernieuwbare bronnen en moet 10 procent van de transportbrandstoffen bestaan uit biobrandstoffen. Dat moet Europa minder afhankelijk maken van energieimporten en de banengroei bevorderen.

Tabel 4.1 Beleid van de EU voor hernieuwbare energiebronnen* en biobrandstoffen

1997

Energy for the Future, White paper van de Europese Commissie

1998

Resolutie van het Europees Parlement

2001

EU Richtlijn 2001/77 voor de bevordering van het gebruik van hernieuwbare grondstoffen in interne elektriciteitsmarkt

2003

EU Richtlijn 2003/30

2006

Voorjaarstop EU

Hernieuwbare energiebronnen

Biobrandstoffen

2010: 12 procent van de energieproductie

Pilotfase: 2 procent biobrandstoffen Binnen vijf jaar 2 procent biobrandstoffen

2010: 22 procent van het bruto elektriciteitsverbruik in de EU moet uit hernieuwbare bronnen worden gewonnen (Nederland 9 procent; België 6 procent)** 2005: 2 procent biobrandstoffen 2010: 5,75 procent biobrandstoffen

2007

Voorstel Europese Commissie

2015: 15 procent van de energieproductie

2015: 8 procent biobrandstoffen

2020: 20 procent van de energieproductie

2020: 10 procent biobrandstoffen

Verdeling van 20 procent over de lidstaten met gefaseerde aanpak:

2012: 6,5 procent biobrandstoffen

2014: 51% van de groei ten opzichte van 2005

eind 2010: B10 moet overal in Europa verkrijgbaar zijn

2016: 66% van de groei ten opzichte van 2005 2018: 83% van de groei ten opzichte van 2005 * Hernieuwbare energie is energie afkomstig van bronnen die hernieuwbaar zijn, zoals wind-, zonne-, waterkracht-, geothermische energie, biogas en biobrandstoffen. ** Per lidstaat is een percentage vastgesteld, afhankelijk van de mogelijkheden die de betreffende lidstaat heeft. Zo geldt voor Oostenrijk een streefcijfer van 78 procent, voor Spanje 29,4 procent en voor het Verenigd Koninkrijk 10 procent. Bron: Samengesteld door de auteurs op basis van diverse bronnen.

oo g s t

u i t

h e t

l a b

93

Eind 2007 kwam de Europese Commissie met nieuwe tussendoelstellingen van 6,5 procent biobrandstoffen in 2012. Tegen eind 2010 moet B10 (een mengsel van 10 procent biodiesel en 90 procent fossiele diesel) overal in Europa verkrijgbaar zijn. Daarnaast wordt een fasering van de groei van het aandeel van hernieuwbare energiebronnen voorgesteld met tussendoelstellingen in 2014, 2016 en 2018 (zie tabel 4.1). Er wordt nog gewerkt aan een voorstel voor een verdeling van de doelstellingen over de lidstaten. Ook wordt handel in nationale verplichtingen geïntroduceerd. Rijkere landen die al veel hebben gedaan zoals Zweden of die weinig mogelijkheden hebben zoals Luxemburg kunnen dan “credits” kopen van andere landen met bijvoorbeeld veel windenergie zoals Griekenland. Lidstaten moeten uiterlijk 31 maart 2010 nationale actieplannen aan de Commissie hebben gezonden. Begin 2006 kondigde de president van de Verenigde Staten aan het land minder afhankelijk te willen maken van de olieleveranties uit het Midden-Oosten. In 2025 moet 75 procent van die importen zijn vervangen door alternatieven.

Europese auto’s op bio-ethanol op basis van stro en andere plantenvezels In juni 2004 kondigden Shell Global Solutions International, Iogen Corporation en de autofabrikanten Volkswagen en DaimlerChrysler een samenwerking aan voor de ontwikkeling van automotoren die lopen op een mengsel van benzine en ethanol uit stro. Iogen claimde dat de (gedeeltelijke) vervanging van benzine door Iogen’s bio-ethanol de emissie van het broeikasgas CO2 tot 90 procent vermindert. Het is dan voor het eerst dat uit stro verkregen ethanol wordt toegepast als brandstof voor motoren in Europese auto’s. De bio-ethanol werd op dat moment nog niet op commerciële schaal in Europa geproduceerd en was afkomstig van een betrekkelijk kleine demonstratiefabriek van Iogen in Canada. In Canada wordt de ethanol sinds mei 2004 in de raffinaderij van Petro-Canada in Montreal bijgemengd in de benzine. In februari 2008 telde Nederland slechts acht tankstations waar de zogeheten E85 kan worden getankt, een brandstof die voor 85 procent

Op papier klinkt dat allemaal eenvoudig, maar in de praktijk vergt het forse inspanningen om die streefwaarden te halen. Zo berekende het Internationale Energie Agentschap (IEA) dat in 2004 het aandeel biobrandstoffen in het wereldwijde verbruik van transportbrandstoffen ongeveer 1 procent was. Hiernaast werd geschat dat het aandeel biobrandstoffen in 2030 bijna 7 procent zal bedragen. Voorspeld werd dat de vraag naar biobrandstoffen in Noord-­Amerika en Europa jaarlijks met ongeveer 2 procent zal groeien en in Azië, Brazilië en andere Zuid-

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

uit bio-ethanol bestaat en voor 15 procent uit benzine. De telling in België kwam niet verder dan drie tankstations. Andere landen zijn op dat moment al verder met de invoering van E85 tankstations. Zo kent Zweden op dat moment al zo’n 1.074 pompen waar E85 getankt kan worden. De technologie waarvan Iogen gebruik maakt is ontwikkeld door de Laboratory of Renewable Resources Engineering (LORRE) van de Amerikaanse Purdue University. Een onderzoeksteam heeft een transgene bakkersgist

b i o t e c h n o l o g i e

94

BOVAG advertentie Bron: NRC 9-3-2007

ontwikkeld, die 40 procent meer ethanol uit

voorbeeld in het kaf van tarwehalmen of in de

landbouw‘afval’ weet te halen dan de oor-

bladeren van suikerbieten. De suikers in stro

spronkelijke gistcellen. Bakkersgist, of Sac-

bestaan voor ongeveer 30 procent uit xylose.

charomyces, is een micro-organisme waar de

Door toevoeging van drie genen kan de gene-

ethanolindustrie al jaren gebruik van maakt.

tisch veranderde bakkersgist tegelijkertijd glu-

Gewoonlijk is deze gist wel in staat om ‘mak-

cose en xylose in ethanol omzetten. Hierdoor

kelijke’ C6-suikers als glucose (gewone sui-

wordt ongeveer tweederde van het stro omge-

ker) in ethanol om te zetten, maar hij kan dat

zet in ethanol en levert 1 ton stro circa 280 liter

niet met de moeilijker om te zetten C5-suikers

ethanol op. Uit de resterende eenderde van het

als xylose (‘houtsuiker’). Die moeilijk afbreek-

stro wordt door middel van verbranding ener-

bare C5-suikers zitten vooral in de houtach-

gie opgewekt, die weer wordt gebruikt in het

tige vezels van planten – vaak het afval. Bij-

vergistingsproces. Volgens de onderzoekers

oo g s t

u i t

h e t

l a b

95

van LORRE wordt er in de Verenigde Staten

poep die ook de veel complexere C5-suikers

11,3 miljard liter bio-ethanol uit maïs gepro-

afbreekt. Die schimmel maakt namelijk een

duceerd. De maïsresten die nu nog na de oogst

enzym waardoor het wél xylose kan afbreken.

op de akker achterblijven zou nog eens 15 tot 19

Het gen dat verantwoordelijk is voor de pro-

miljard liter ethanol per jaar kunnen opleve-

ductie van dat enzym is in bakkersgist gezet.

ren. Verder zien de onderzoekers mogelijkhe-

Vervolgens is het organisme getraind om zon-

den in de productie van bio-ethanol uit gras-

der zuurstof sneller te groeien op xylose. Tij-

achtigen, die op marginale gronden geteeld

dens die training doen zich spontane mutaties

kunnen worden.

voor, waarna geselecteerd kan worden op de

Daarbij moet wel worden bedacht dat veel

gunstige mutaties. Tenslotte zijn er zes genen

‘afval’ uit de landbouw en de agrarische indu-

die essentieel zijn voor de omzetting van xylose

strie in gangbare systemen wordt benut als

naar bio-ethanol extra aangezet, zodat ze

meststof of veevoer. Stro en ondergeploegde

geschikt is voor industrieel gebruik. Het Kluy-

plantenresten leveren een wezenlijke bijdrage

ver Centre werkt samen met de Nederlandse

aan de koolstofbalans in de bodem. Ook moet

alcoholfabrikant Nedalco, die de Delftse tech-

worden opgemerkt dat ‘marginale gronden’

nologie wil gaan toepassen.

ook in ‘ongerept natuurgebied’ kunnen liggen. Het onderzoek van LORRE is gefinancierd door de Amerikaanse ministeries van Landbouw en Energievoorziening, de EPA (het Agentschap voor Milieubescherming), het Consortium for Plant Biotechnology Research en een aantal bedrijven. Iogen heeft een nietexclusieve licentie voor het gebruik van deze technologie en bijbehorende patenten verkregen. Iogen houdt zich onder meer bezig met de productie van enzymen en de ontwikkeling van industriële processen op basis van natuurlijke vezels. Shell Global Solutions is een netwerk van enkele technologiebedrijven binnen de Royal Dutch/Shell Group. In mei 2002 investeerde Shell Global Solutions 30 miljoen Euro in Iogen. Ook in Delft, bij het Kluyver Centre for Genomics of Industrial Fermentation, wordt onderzoek gedaan naar de productie van bio-ethanol op basis van xylose. Het Delftse onderzoek borduurt voort op een ontdekking door Nijmeegse

Amerikaanse landen met circa 5 procent. Met andere woorden, de inschattingen van de IEA van het aandeel biobrandstoffen voor transportdoeleinden zijn aanmerkelijk behoudender dan de streefwaarden die in het Amerikaanse en Europese beleid zijn vastgelegd. Daarbij komt dat in de Verenigde Staten en Europa de productiekosten van biobrandstoffen uit eenjarige gewassen als maïs, suikerbiet, tarwe, koolzaad en soja dusdanig hoog zijn dat ze alleen dankzij forse bedragen aan overheidssubsidie met fossiele brandstoffen (ondanks de hoge prijs van een vat ruwe olie) kunnen concurreren. Anno 2008 is hooguit bio-ethanol uit Braziliaans suikerriet qua kosten concurrerend. In 2007 bedroegen de productiekosten van Braziliaanse suikerriet-bio-ethanol een

onderzoekers van een schimmel in olifanten-

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

b i o t e c h n o l o g i e

96

kwart van die van bio-ethanol uit Amerikaanse maïs, Europese suikerbiet en tarwe. Voorts is een enorme hoeveelheid grondstoffen nodig om al die ambitieuze doelstellingen te kunnen realiseren. Dat betekent een fors beslag op het beschikbare areaal landbouwgronden. Als gevolg van een actief stimuleringsbeleid van de Amerikaanse regering besloten boeren in 2007 om massaal maïs in plaats van soja in te zaaien. Ten opzichte van het voorgaande jaar nam het maïsareaal in de Verenigde Staten met 6 miljoen hectare (bijna 20 procent) toe. Tevens ontstonden er in de Amerikaanse landbouw tegenstrijdige belangen tussen maïstelers die na vele jaren van sappelen eindelijk een goede prijs voor hun oogst kregen en veehouders die de prijzen van veevoer zagen sterk zagen stijgen (zie figuur 4.1 en 4.2). Geschat wordt dat om aan de EU-doelstelling van een aandeel van 5,75 procent biobrandstoffen in 2010 te voldoen 15 miljoen ton biodiesel nodig is. Om dat te produceren moet ten opzich-

te van 2006 het areaal koolzaad met 6,5 miljoen hectare worden uitgebreid. Daarvan kan maximaal 3,4 miljoen hectare in de Europese Unie worden gerealiseerd. Voor Nederland en België lijkt de grootschalige productie van biobulkgrondstoffen al helemaal geen reële optie. Nederland heeft immers niet de schaal en de productieomstandigheden (dure grond!) om grondstoffen tegen de gewenste lage prijzen te kunnen telen. Wel lijken er mogelijkheden te zijn voor de verwerking van restproducten uit de verwerkende industrie. Mochten er in Nederland en België bioraffinaderijen komen, dan zijn Antwerpen, de Europoort of een ander havengebied daarvoor de meest logische plek. Daar kunnen ze gebruik maken van geïmporteerde, liefst voorbewerkte biomassa, of van afval- en bijproducten van de daar gevestigde verwerkende industrie. Een voorbeeld is de opening in 2005 van een bio-ethanol fabriek van Nedalco in Sas van Gent, die draait op reststromen van de graanverwerker Cerestar (Cargill).

Figuur 4.1 Gebruik van maïs voor de productie van bio -ethanol in de Verenigde Staten, 1995 -2016

Bron: OECD-FAO, Agricultural Outlook 2007-2016

oo g s t

u i t

h e t

l a b

97

Figuur 4.2 Gebruik van oliehoudende gewassen, tarwe en maïs voor de productie van biodiesel en bio -ethanol in de Europese Unie, 1995 -2016

Bron: OECD-FAO, Agricultural Outlook 2007-2016

Terwijl in Brazilië en de Verenigde Staten de markt voor biobrandstoffen tot 2007 bijna volledig door bio-ethanol werd gedomineerd, was in de EU biodiesel uit Europees koolzaad en Maleisische palmolie de belangrijkste biobrandstof. Wereldwijd was de EU op dat moment de grootste producent van biodiesel, waarvan Duitsland meer dan helft voor haar rekening nam. In 2008 begon echter de Duitse productie van biodiesel in te storten, omdat de overheid drastisch op de subsidiëring begon te korten. Na aanvankelijk positief te zijn onthaald, werden deze zogeheten eerste generatie biobrandstoffen in 2007 steeds meer onderwerp van wetenschappelijk-technische en maatschappelijke kritiek. Er verschenen steeds meer wetenschappelijke studies die berekenden dat het meer energie kost om biobrandstof uit eenjarige gewassen te produceren dan het oplevert.

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Ook zou de besparing aan uitstoot van broeikasgassen minimaal zijn ten opzichte van het gebruik van fossiele energiebronnen. Maatschappelijke organisaties maakten zich zorgen over het kappen van tropische regenwouden voor de aanleg van palm- en sojaplantages. De prijzen van landbouwgrondstoffen begonnen drastisch te stijgen en er ontstond discussie over het gebruik van land voor de productie van biobrandstof in plaats van voedsel en voeder, waarin ook levensmiddelenfabrikanten zich mengden. In deze discussie begonnen voorstanders van biobrandstoffen steeds vaker te wijzen op de zogeheten tweede generatie biobrandstoffen die uit celluloserijk landbouwafval gewonnen kon worden. Hoewel er her en der in de Verenigde Staten en Europa enkele proeffabrieken werden gebouwd, was op dat moment de technologie nog niet geheel rijp en liepen de verwachtingen van experts over de start van

b i o t e c h n o l o g i e

98

de commerciële productie van cellulose-bio­ethanol uiteen van 2012 tot 2020. Bovendien waren voor de bouw van commerciële fabrieken grote kapitaalinvesteringen benodigd. Tegelijkertijd aarzelden veel automobielfabrikanten nog met het aanpassen van de motoren en waren er nog geen wereldwijd geaccepteerde standaards en technische specificaties voor de samenstelling van biobrandstoffen overeengekomen.

Sorona In 2004 sloten DuPont en het Britse Tate & Lyle BioProduts een joint venture voor de productie van biopolymeren uit maïsstroop. Met behulp van een gepatenteerd proces op basis van genetisch gemodificeerde micro-organismen ging men glycol, of 1,3 propaandiol (PDO) produceren. PDO is de basis voor de productie van

Duurzame chemie als kans voor het bedrijfsleven Net na de eeuwwisseling grepen verschillende bedrijven de ontwikkelingen op de energie- en grondstoffenmarkten aan om de kansen voor duurzame toepassingen van de ‘witte biotechnologie’ onder de aandacht van beleidsmakers te brengen. Vanuit Europabio, de koepelorganisatie van de Europese biotechnologiebedrijven en de Europese Commissie werd in 2005 een offensief gelanceerd. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de term bio-based economy. Kon ‘agrificatie’ misschien nog worden gezien als een manier om van (gesubsidieerde) landbouwoverschotten af te raken, zeventien jaar later heerst de verwachting dat een bio-based economy grote kansen biedt voor de agrarische industrie. Naast de productie van voedsel zal de landbouw nu ook grondstoffen moeten produceren voor niet-voedsel-toepassingen: denk hierbij ook aan transgene gewassen die grondstoffen als suiker, zetmeel of olie kunnen leveren voor de productie van ethanol, voor de productie van elektriciteit, warmte en koeling, voor bulkchemicaliën of specifieke bestanddelen voor fijnchemicaliën en medicijnen. Bovendien verwacht men dat toepassing van zogeheten ‘hernieuwbare’ landbouwgrondstoffen

oo g s t

u i t

h e t

l a b

Dupont’s vezel en biopolymeer Sorona®. In vergelijking met polyester en nylon heeft Sorona een aantal positieve eigenschappen, zoals vlekbestendigheid, elasticiteit en UV- en chlorinebestendigheid. Het product kan onder meer worden toegepast in kleding, harsen en verpakkingen. De nieuwe productietechniek verbruikt volgens de bedrijven minder energie dan het traditionele petrochemisch productieproces van 1,3 propaandiol (PDO). De ontwikkeling van het nieuwe productieproces is door DuPont gestart in 1995, in samenwerking met Genencor. Samen met Tate & Lyle is in 2000 een proeffabriek opgezet. De productie is gestart in 2006, in een fabriek in Tennessee. Met dochterbedrijven als Amylum en A.E. Staley Manufacturing Company behoort Tate & Lyle BioProducts tot de grootste zetmeelverwerkers en glucoseproducenten. DuPont is het op één na grootste chemiebedrijf van de Verenigde Staten en is onder meer wereldleider in harsen en verpakkingsmaterialen.

99

Bron: The European Technology Platform for Sustainable Chemistry

en de benutting van ‘afval’ uit de agrarische industrie, een bijdrage zal leveren aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen als koolstofdioxide en de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen als aardolie. De Europese biotechnologie-industrie wil door middel van een demonstratieproject van een zogeheten ‘bioraffinaderij’ werken aan de verdere ontwikkeling van de technologie. Een bioraffinaderij kan gezien worden als het equivalent  Veel ‘afval’ uit de landbouw en de agrarische industrie wordt benut als meststof of veevoer. Stro en ondergeploegde plantenresten leveren een wezenlijke bijdrage aan de koolstofbalans in de bodem. Onder meer bierborstel en eiwitrijke resten uit de aardappelindustrie worden gebruikt als diervoeders.

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

van een klassieke olieraffinaderij, maar dan op basis van ‘groene’ grondstoffen en biotechnologische processen. Bovendien hoopt men via zo’n demonstratieproject meer belangstelling te kweken voor commerciële toepassingen. Om al die beloften waar te kunnen maken moeten er nog belangrijke obstakels worden genomen. De (petro)chemische industrie ziet biotechnologie als een kans, waarin ze ook investeert. Maar overschakeling naar een bio-based economy betekent ook dat er veel aanpassingen nodig zijn in de bestaande infrastructuur met (petro)chemische technologieën uit de negentiende en twintigste eeuw. Daarom is het voor de chemiesector niet per se een kans voor de korte termijn. De investeringen in de winning en verwerking van fossiele grondstoffen zijn immers groot en die investeringen wil men graag eerst nog terugverdienen. Daarnaast plaatste de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO) in 2001 als kanttekening dat er nog geen betrouwbare wetenschappelijke methoden voorhanden zijn om van industriële biotechnologische processen de duurzaamheid op lange termijn te meten. Een ander obstakel betreft de prijs en de beschikbare hoeveelheid grondstoffen. Suiker is hét groeimedium voor micro-organismen. Daarmee zijn suiker en zetmeel, dat eenvoudig is om te zetten in suikers, voor de industriële biotechnologie belangrijke grondstoffenbronnen. Met name voor de productie van bulkchemicaliën en biobrandstoffen zijn forse hoeveelheden grondstof nodig. Daarmee hangt het vermogen van industrieel ­biotechnologische processen om te kunnen concurreren met ­(petro-)chemische processen niet alleen af

b i o t e c h n o l o g i e

100

DSM: van kolen naar nutraceuticals De Staats Mijnen (DSM) werd in de jaren zestig succesvol omgebouwd van exploitant van de Limburgse kolenmijnen naar chemiebedrijf. In 1970 werd tweederde van de omzet gegenereerd door de productie van chemicaliën en kunstmest. Kennelijk zag het bedrijf 30 jaar later weinig toekomst meer in de bulkchemie, want in 2002 werd de petrochemiedivisie voor 2,25 miljard Euro verkocht aan het Saoedische

Bron: www.mycellf.com

Sabic. Door investeringen in de Life Sciences en performance materials moet de omzet op deze gebieden stijgen van 300 miljoen Euro in

Daarnaast besloot DSM in 2007 tot financië­le

2007 naar 1 miljard in 2010.

deelname in bedrijven die genetische tests

De overgang naar de Life Sciences werd in 1999

voor stofwisselingsziekten als diabetes en obe-

ingeluid door de inlijving van het Delftse bio-

sitas ontwikkelen, zoals het Finse Jurilab, het

technologiebedrijf Gist-brocades, dat voor

Amerikaanse Sciona en het Franse Integra-

2,9 miljard gulden en een Spaans dochter-

gen. Sciona biedt consumenten het zogeheten

bedrijf werd overgenomen van CSM Bakery

Mycellf programma aan, waarmee voor 269

Ingredients. In 2003 zette DSM opnieuw een

dollar op basis van een speekselmonster een

belangrijke stap in deze richting door de over-

persoonlijk DNA-profiel wordt opgesteld, voor-

name van de Vitamins and Fine Chemicals

zien van dieet- en life style-adviezen.

Division van het Zwitserse Roche. Roche is ’s werelds grootste producent van vitamines en carotenoïden, met een omzet van 2,4 miljard Euro in 2001. Roche/DSM ontwikkelt ook zogeheten nutraceuticals, levensmiddelen met een gezondheidsbevorderende werking. Een voorbeeld daarvan is lycopeen, een antioxidant die van nature voorkomt in tomaat, waarvan men aanwijzingen heeft dat hij helpt beschermen tegen bepaalde vormen van kanker. Een ander voorbeeld is TEAVIGO, een component uit groene thee waarvan studies suggereren dat het preventief werkt tegen een aantal ziekten.

oo g s t

u i t

h e t

l a b

van de olieprijs, maar ook van de suikerprijs. Met het landbouwbeleid van de Europese Unie werd de prijs van suiker lange tijd kunstmatig hoog gehouden ten opzichte van de wereldmarktprijs. Toen de Europese Commissie in 2005 besloot om geleidelijk aan een einde te maken aan de prijssteun voor suiker, leek dat voor de industrie een verbetering. Als gevolg van het veranderde landbouwbeleid verwacht

101

men echter ook dat de suikerproductie in de EU zal afnemen, waardoor de prijzen niet zover zullen dalen als de industrie zou wensen. Voor een grootschalige omschakeling naar biotechnologische processen zijn bovendien zeer grote hoeveelheden grondstoffen nodig. Om bijvoorbeeld te voorzien in de behoefte van bulkchemicaliën als ethyleen en propyleen in de EU moet jaarlijks 40,5 miljoen ton aan suiker en zetmeel verwerkt worden, terwijl de EU jaarlijks niet meer dan 12 miljoen ton suiker en 9 miljoen zetmeel produceert. Net als in 1990 liet de Europese brancheorganisatie van de chemische industrie CEFIC in 2005 dan ook weten dat de prijs van suiker en zetmeel te hoog was ondanks de inmiddels gestegen olieprijs. Voor Cargill was dat in 2005 een belangrijke reden om zich terug te trekken uit een joint venture met het chemische concern Dow. Die joint venture was in 1997 opgezet om uit maïszetmeel polymelkzuur, een bio-plastic, te produceren. Technologisch is er geen enkel probleem, maar economisch is het voorlopig interessanter om voor plastic aardolie te blijven gebruiken. Om de omschakeling van chemische naar biotechnologische productieprocessen tóch mogelijk te maken kan men verschillende strategieën volgen. Natuurlijk kan men verdere prijsstijgingen op de oliemarkt afwachten, maar daar kunnen de overheden van de geïndustrialiseerde landen en biotechnologiebedrijven weinig invloed op uitoefenen. Een actievere strategie is het verplaatsen van de productie van bulkchemicaliën en biobrandstoffen naar regio’s waar de suiker tegen lage kosten wordt geproduceerd: de landen rond de evenaar. Deze strategie zal zeer waarschijnlijk door verschillende bedrijven worden toegepast. Een andere

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

strategie betreft de zogeheten ‘tweede generatie bio-ethanol’, waarbij gebruik wordt gemaakt van andere, goedkopere grondstoffen als suikerbron. Daarbij kan worden gedacht aan cellulose en vezels, volop aanwezig in hout en agrarische restproducten als stengels en stro. Die kunnen met behulp van enzymen worden gekraakt en in suikers worden omgezet. Anno 2008 zijn de enzymen die daarvoor nodig zijn reeds voorhanden, maar moet de praktische en economisch rendabele toepassing ervan nog worden bewezen. In de enzymindustrie schat men dat het nog wel tien jaar kan duren voordat deze ‘tweede generatie bio-ethanol’ kan worden toegepast.

Toe voeg i nge n e n micro­ nutr i ë nte n

De gentechnologie wordt ook gebruikt voor levensmiddelen-ingrediënten. Aan veel voedingsmiddelen voegt de industrie aminozuren, vitamines, smaakstoffen, citroenzuur en andere stoffen toe. Ze dienen om de smaak, kleur, textuur, houdbaarheid en voedingswaarde van een product aan te passen. Voor de productie van dergelijke toevoegstoffen of additieven kunnen talloze grondstoffen worden gebruikt, waaronder bestanddelen van genetisch gemodificeerde organismen. Zo kan lecithine, een emulgator, uit al dan niet genetisch veranderde soja worden verkregen. Vitamine B12, citroenzuur en aminozuren als lysine en methionine kunnen met behulp van gentechnologisch veranderde micro-organismen geproduceerd worden. De stofwisseling van micro-organismen kan zodanig worden veranderd, dat ze stoffen

b i o t e c h n o l o g i e

102

maken die anders op chemische wijze moeten worden geproduceerd, of met veel moeite uit planten of andere micro-organismen geïsoleerd moeten worden. Een voorbeeld hiervan zijn carotenoïden, die als kleurstoffen en supplementen gebruikt worden in de farmaceutische, levensmiddelen- en veevoederindustrie. Er zijn zo’n zeshonderd verschillende carotenoïden bekend, maar de meeste daarvan kunnen slechts in beperkte hoeveelheden geproduceerd worden door chemische synthese, klassieke microbiële fermentatie of extractie uit planten. Onderzoekers zijn er inmiddels in geslaagd om met behulp van genetische modificatie E. coli bacteriën geschikt te maken voor de biosynthese van enkele carotenoïden. Genetische modificatie is echter niet altijd noodzakelijk om micro-organismen voor industrieel gebruik of enzymproductie aan te passen, mede omdat er ook nieuwe technieken als gene shuffling ontwikkeld zijn. Startercultures Bij de bereiding van veel levensmiddelen worden van oudsher ook zogeheten startercultures van levende micro-organismen gebruikt. Bekende voorbeelden zijn het gebruik van melkzuurbacteriën in kaas en yoghurt en van schimmels bij de productie van kaas en worst. Met behulp van conventionele methoden worden dergelijke micro-organismen voortdurend verbeterd. Daarbij is het onderzoek gericht op het minimaliseren van besmetting van startercultures door ongewenste micro-organismen, het verbeteren van de voedingswaarde en het verhogen van de efficiëntie van productieprocessen. Ook wordt er gewerkt aan het introduceren van nisine, een stof met anti-microbiële, conserverende eigenschappen, of van micro-

oo g s t

u i t

h e t

l a b

organismen met zogeheten ‘pro-biotische’ dat wil zeggen gezondheidsverbeterende eigenschappen. Tot dusver worden startercultures van genetisch gemodificeerde micro-organismen in de EU niet commercieel toegepast. Weliswaar werd in het begin van de jaren negentig een genetisch gemodificeerde bakkersgist door de Engelse overheid toegelaten, maar de producent zag ervan af om het product op de markt te brengen. In diezelfde periode zijn ook enkele startercultures met gentechmelkzuurbacteriën ontwikkeld. Het gaat hier om melkzuurbacteriën met een verhoogde productie van diacetyl, waardoor karnemelk langer bewaard kan worden zonder dat de smaak wordt aangetast. Ook worden met behulp van gentechnologie melkzuurbacteriën ontwikkeld, die bij de productie van yoghurt ervoor zorgen dat verzuring wordt onderdrukt, evenals melkzuurbacteriën die bij de kaasbereiding hun smaakstoffen sneller afgeven of nieuwe smaakstoffen aanmaken. In de Europese Unie is er echter veel commotie rondom gentechgewassen en is de etikettering van producten die (levende) gentech-micro-organismen bevatten verplicht. Dat zijn ongetwijfeld belangrijke redenen voor de levensmiddelenbedrijven die gebruik maken van startercultures, zoals zuivel- en worstfabrikanten, om voorlopig geen verzoek tot een Europese markttoelating van gentechvarianten in te dienen.

103

levende micro-organismen die het microbiële evenwicht in de darm en daarmee de gezondProbiotica en gezondheid

heid van de gastheer (mens of dier) bevorderen. Daarbij worden voornamelijk twee bacte-

“Yakult is een verrassend lekkere en gezonde

riestammen gebruikt: Bifidobacterium sp. en

zuiveldrank met de melkzuurbacterie Lac-

Lactobacillus acidophilus.

tobacillus casei Shirota (LcS). In één flesje

Tot dusver maken de levensmiddelenfabrikan-

Yakult zitten miljarden van deze melkzuur-

ten gebruik van natuurlijke melkzuurbacteriën

bacteriën die gezond voor je zijn. De LcS komt

en zijn er vanwege de terughoudendheid onder

actief in je darmen aan omdat hij het maag-

consumenten nog geen marktrijpe gentechpro-

zuur overleeft. Zo ondersteunt de LcS de spijs-

biotica ontwikkeld. Ook worden er nog geen

vertering én je natuurlijke weerstand. Dat is

klinische experimenten met gentechprobiotica

belangrijk omdat onze natuurlijke weerstand

verricht. Wel zijn er op medisch vlak ontwik-

voor een groot deel wordt gevormd door de

kelingen in een dergelijke richting gaande. In

bacteriën in de darmen, de darmflora.”

2004 startte het Erasmus Medisch Centrum in Rotterdam een onderzoek waarbij proef-

Aldus prijst de fabrikant haar product aan op

personen een verzwakte genetisch gemodifi-

haar internetsite. In de jaren negentig versche-

ceerde Staphylococcus aureus bacterie via de

nen meerdere van dergelijke zuivelproducten

neus kregen toegediend. Door toevoeging van

op de markt, zoals Vifit van Campina, LC1 van

een tetracycline-gen is de productie van een

Nestlé en Actimel van Danone. In 1995 kreeg

bepaald eiwit uitgeschakeld, waarvan men ver-

de firma Winclove toestemming van de Neder-

moedt dat het een rol speelt in de kolonisatie

landse minister van Volksgezondheid om het

van de bacterie in het weefsel aan de binnen-

poedervormige product Ecologic 316 als voe-

kant van de neus. Hierdoor zou een dergelijke

dingssupplement op de markt te brengen. Ook

gentechbacterie een rol kunnen spelen bij pre-

dit product bevat verschillende melkzuur-

ventieve maatregelen tegen infecties.

bacteriën, waarvan een positief effect op de

In het laboratorium wordt echter wél gewerkt

darmflora wordt geclaimd. Sinds 2005 biedt

aan gentechprobiotica met eigenschappen als

Winclove onder de naam Ecologic diverse

resistentie voor bacteriofagen (besmetting van

producten aan die onder meer worden aange-

startercultures met andere bacteriën die een

prezen voor kinderen met voedselallergieën,

verstorend effect hebben op hun werkzaam-

ouderen met verstoppingsverschijnselen (con-

heid). Voor gebruik in kuilvoer wordt gewerkt

stipatie), reizigers met chronische diarree en

aan bacteriën met een verbeterde capaciteit om

vrouwen die last hebben van bepaalde vaginale

zetmeel af te breken.

infecties.

Overigens is op dit terrein niet altijd even dui-

De melkzuurbacteriën die deze fabrikan-

delijk wanneer een micro-organisme als ‘gene-

ten in hun producten stoppen worden aange-

tisch gemodificeerd’ moet worden beschouwd.

duid met de term probiotica. Een probioti-

Sommige lidstaten van de Europese Unie gaan

cum is een voedingssupplement dat bestaat uit

daarbij niet uit van het proces waarmee een

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

b i o t e c h n o l o g i e

104

Aan de veelgebruikte niet-gentechbacteriestammen worden de volgende effecten toegeschreven: – het remmen van ongewenste bacteriën, zoals E.coli; – voorkómen van diarree door rotavirussen en Salmonella; – verminderen effecten van vaginale infecties (Candida); – het positief beïnvloeden van het cholesterolmetabolisme; – het remmen, direct of indirect, van het ontstaan van darmkanker; – het bevorderen van de immuunrespons; – het produceren van vitamines; – verbeterde stoelgang; – het bevorderen van de opname van mineralen, met name calcium; – de afbraak van lactose, van belang bij lactoseintolerantie. Yakult Magazine Bron: www.yakult.nl

De meeste van deze claims zijn vrij vaag en (meestal) onvoldoende wetenschappelijk onderbouwd. De meeste van deze effecten zijn afhankelijk van de stam, waardoor ze niet te

bacteriestam is ontwikkeld, maar van het eind-

voorspellen zijn voor een willekeurig product.

resultaat. Zo wordt in Denemarken gebruik

Met name het remmen van diarree, het ver-

gemaakt van een Lactobacillus lactis-stam

helpen of verminderen van lactose-intoleran-

die dankzij genetische modificatie een betere

tie, een verbeterde stoelgang en remmen van

smaak en stabiliteit geeft aan karnemelk, maar

Candida infecties zijn goed onderbouwd. De

die dankzij enkele kunstgrepen geen soort-

andere claims zijn wetenschappelijk niet goed

vreemd DNA meer bevat. Volgens de Denen

beschreven.

is deze bacteriestam geen genetisch gemodi-

Voor consumenten is het vaak moeilijk te bepa-

ficeerd organisme (GMO) en valt ze dus niet

len of men met een serieus product te maken

onder de Europese GMO-regelgeving In andere

heeft of niet. In de eerste plaats kan ieder mens

lidstaten van de Europese Unie wordt deze bac-

anders reageren en dat maakt het moeilijk om

teriestam echter wél als GMO beschouwd en

te voorspellen of probiotica daadwerkelijk hel-

wordt ze niet gebruikt.

pen. Er zijn veel producten in de handel waarvan de werking zeer twijfelachtig is. In een

oo g s t

u i t

h e t

l a b

105

onderzoek van de Consumentenbond uit 2001 kwam naar voren dat van de 27 onderzochte producten er slechts 12 voldoende levende bacteriën bevatten. Zes producten waren zelfs nagenoeg steriel (ondanks de claim dat er veel bacteriën in zouden zitten). En dan waren er ook nog producten waarvan op het etiket wel wordt gesuggereerd dat ze probiotica bevatten, maar waar in werkelijkheid alleen maar onzin op staat. Zo werd soms gebruik gemaakt van de aanduiding ‘bevat Lactobacillus bifidus’. Dat is een naam die sinds 1969 (!) niet meer gebruikt mag worden. Men verstaat hier tegenwoordig een grote groep bacteriën onder, ieder met een

Maisoogst in de VS Foto: Bruce Fritz, USDA, Agricultural Research ­Service

eigen werking. Als een producent aangeeft dat een zuivelproduct Lactobacillus bifidus bevat, geeft dat evenveel informatie als te zeggen dat het gemaakt is met melk. Het zegt niets. Ook werd er gebruik gemaakt van fantasienamen als Lactobacillus sporogenes en Lactobacillus caucasicus, waarbij het volkomen onduidelijk is om welke bacterie het gaat.

G roe n e biotech nolog i e

In 1990 werd er veel uiteenlopende toepassingen in de plantenbiotechnologie beloofd. Maar wat is daarvan al gerealiseerd? Instituten en bedrijven doen wereldwijd nog steeds vele experimenten. Afgaande op gegevens over laboratorium- en veldproeven in Europa wordt gentechnologie nu voornamelijk toegepast op akkerbouwgewassen als maïs, koolzaad, suikerbiet en aardappel. In geval van tuinbouwgewassen richt de gentechnologie zich vooral

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

op tomaat. Maar ook gewassen als rijst, erwt, lof, druif, aardbei, sla, gras, sierplanten en bomen zijn onderwerp van genetische modificatie. Ook wordt veel gentechnologisch onderzoek verricht aan zandraket (Arabidopsis thaliana) dat fungeert als een model-plant voor koolgewassen (zie tabel 4.2). De gegevens laten verder zien dat een groot deel van de planten genetisch gemodificeerd worden met een herbicide- of insectresistentie en in toenemende mate met beide eigenschappen. Deze beide eigenschappen en eigenschappen als ziekteresistenties, verhoogde weerstand tegen koude, zout en droogte (abiotische stress) en mannelijke steriliteit, waarmee zogeheten hybriden gemaakt worden die een hogere opbrengt kennen, zijn vooral van landbouwkundig belang. Andere eigenschappen, zoals een veranderde eiwit-, zetmeel- of vetzuursamenstelling, zijn vooral van belang voor óf de levensmiddelen- en veevoerindustrie óf chemische bedrijven die aan het overschakelen zijn op witte biotechnologie. Amerikaanse marktanalisten schatten dat de markt voor voe-

b i o t e c h n o l o g i e

106

Tabel 4.2 Planten die in Europa genetisch gemodificeerd worden Plant

Laboratorium 2002

Veldproef 2002

2003

2004

2005

Maïs

5

35

39

41

77

Tarwe

6

4

4

7

0

Gerst

7

3

0

2

0

Koolzaad

8

19

3

2

0

Suikerbiet

3

6

3

3

2

Katoen, erwt, rijst, soja, lof, lijnzaad

5

7

30

1

7

11

7

9

28

10

Tomaat

8

0

1

0

0

Andere groenten

4

7

0

0

0

Fruit (druif, aardbei)

3

3

1

2

2

Grassen

4

0

1

0

0

Bomen

4

3

7

3

3

Bloemen

2

3

0

0

0

26

3

1

2

0

Aardappel

Model-planten

Bron: Samengesteld door de auteurs op basis van gegevens van het Joint Research Centre van de Europese Commissie.

Tabel 4.3 Eigenschappen wa armee planten in Europa genetisch gemodificeerd worden Eigenschap

Laboratorium 2002

Veldproef 2002

2003

2004

2005

18

23

Herbicideresistentie

2

23

9

Insectresistentie

2

4

12

3

12

Herbicide- en insectresistentie

-

-

18

24

42

Andere ziekteresistentie

8

18

9

11

5

Resistentie niet gespecificeerd

10

0

0

0

0

Abiotische stress / opbrengst

13

6

31

6

2

Mannelijke steriliteit Veranderde nutriënten Industrieel gebruik Biomedische eiwitten Andere output eigenschappen Merkers Niet gespecificeerd

3

5

3

2

0

18

26

1

6

2

4

6

14

20

8

11

1

0

0

3

6

4

0

0

2

17

6

1

3

2

6

0

1

8

0

Bron: Samengesteld door de auteurs op basis van gegevens van het Joint Research Centre van de Europese Commissie.

oo g s t

u i t

h e t

l a b

107

dingsmiddelen die zijn verrijkt met omega-3 vetzuren in 2011 een omvang zal bereiken van zeven miljard dollar. Hiernaast richt een klein deel van het onderzoek op planten zich op de productie van biomedische eiwitten, als monoklonale antilichamen en vaccins, die bruikbaar zijn als grondstof voor de farmaceutische industrie (zie tabel 4.3). Anno 2008 vindt in Europa commerciële teelt van gentechgewassen in zeer beperkte mate plaats. Dit in de vorm van insectresistente Btmaïs in Spanje, Duitsland, Frankrijk, Tsjechië, Slowakije en Portugal op een areaal van in totaal enkele tienduizenden hectaren. Buiten Europa is het areaal aan genetisch gemodificeerde gewassen sinds 1996 tot meer dan 100 miljoen hectare gegroeid, een oppervlak dertig keer het gezamenlijke landbouwareaal van Nederland, België en Luxemburg (zie tabel 4.4). Hoewel door overheden en bedrijven in Europa nogal eens geklaagd wordt dat de Europese landbouw vanwege de geringe publieksacceptatie nauwelijks gebruik kan maken van gentechgewassen, is de situatie in Noord-Amerika niet veel beter. Weliswaar is het totale areaal gentechgewassen zeer groot, maar dat betreft vrijwel uitsluitend soja, maïs, koolzaad en katoen, waarvan de bestanddelen gebruikt worden voor de productie van bewerkte levensmiddelen, textiel of veevoer. De commerciële teelt van gentechvarianten van andere gewassen als papaja, lof, pompoen, tomaat, aardappel en suikerbiet is echter zeer beperkt, ondanks dat deze op de Amerikaanse markt zijn toegelaten. In een rapport aan het Amerikaanse Congres van 2005 werd hiervoor dezelfde grond genoemd als in Europa, namelijk een geringe acceptatie door consumenten. Zo haalde in

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Bespuiting van sojaveld Foto: Ken Hammond, USDA, Agricultural Research Service

2000 en 2001 een gentech-Bt-aardappel aanvankelijk een marktaandeel van bijna 3 procent, maar werd het vervolgens van de markt gehaald nadat verschillende fast food ketens en producenten van snacks hun afname hiervan staakten. Verder vrezen Amerikaanse en Canadese boeren dat hun exporten naar ondermeer Europa in gevaar zullen komen wanneer ze bijvoorbeeld gentechtarwe gaan verbouwen. In de wetenschappelijke literatuur is veel informatie te vinden over gewassen die, dankzij gentechnologie, gezondere producten opleveren.

b i o t e c h n o l o g i e

108

Tabel 4.4 Landen wa ar gentechgewassen commercieel geteeld worden (2007) Land

Areaal (miljoen hectares)

Percentage van totaal

Gewassen

Verenigde Staten

57,7

47,8

Soja, maïs, katoen, koolzaad, squash, papaja, alfalfa

Argentinië

19,1

15,7

Soja, maïs, katoen

Brazilië

15,0

10,1

Soja

Canada

7,0

5.3

Koolzaad, maïs, soja,

India

6,2

3,3

Katoen

China

3,8

3,1

Katoen

Paraguay

2,6

2,6

Soja

Zuid-Afrika

1,8

1,8

Soja, maïs, katoen

Uruguay

0,5

0,5

Soja, maïs

Filippijnen

0,3

0.3

Maïs

Australië

0,1

0,1

Katoen

Mexico

0,1

0,1

Katoen, soja Maïs

Spanje

0,1

0,1

Columbia

< 0,05

< 0,1

Katoen

Frankrijk

< 0,05

< 0,1

Maïs

Iran

< 0,05

< 0,1

Rijst

Honduras

< 0,05

< 0,1

Maïs

Tjechië

< 0,05

< 0,1

Maïs

Portugal

< 0,05

< 0,1

Maïs

Duitsland

< 0,05

< 0,1

Maïs

Slowakije

< 0,05

< 0,1

Maïs

Bron: International Association for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA), 2008.

Voor het bewerkstelligen van dergelijke veranderingen moet worden ingegrepen in het stofwisselingsproces van de planten. Daarbij is er zelden sprake van een directe relatie tussen één gen en een specifiek bestanddeel; vaker gaat het om complexe biochemische processen waarbij meerdere genen betrokken zijn. Technisch gezien is het dan ook niet altijd eenvoudig om gericht veranderingen tot stand te brengen. Bovendien vergroten complexe veranderingen in het stofwisselingsproces van de plant de kans

oo g s t

u i t

h e t

l a b

op andere, mogelijk ongewenste stoffen. Daarom duurt het vrij lang voordat er marktrijpe toepassingen in deze categorie zijn. Eén van de uitzonderingen is een fabrieksaardappel, waarin de productie van amylose, een ongewenste soort zetmeel, is geblokkeerd. Deze aardappelen, die zijn ontwikkeld door het Duitse BASF en de Nederlandse aardappelzetmeelcoöperatie AVEBE, bevatten alleen de zetmeelsoort amylopectine en zijn beter geschikt voor toepassingen als papier- en kledingproductie.

109

Eten voor de mentale ontwikkeling “Kinderen groeien elke dag, lichamelijk, maar ook mentaal. Door spelletjes te spelen, vriendjes te maken en te knutselen ontwikkelen ze veel nieuwe vaardigheden. De hersenen spelen daarbij een grote rol. Activiteiten zoals voorlezen en leuke uitstapjes maken, zijn behalve erg gezellig ook een goede stimulans voor de mentale ontwikkeling. Uit onderzoek blijkt dat de ontwikkeling van de hersenen bovendien ondersteund wordt door een aantal voedingsstoffen.” Zo begint Unilever op een speciale website met het aanprijzen van haar nieuwste margarinevariant: Blueband Idee. Want Blueband Idee bevat het vetzuur docosahexaeenzuur (DHA) en dat is volgens Unilever onmisbaar voor de groei van hersencellen en voor de aanmaak van nieuwe verbindingen in de hersenen. DHA zit voornamelijk in vette vis. Verder zijn alfa-linoleenzuur (ALA) en B-vitamines toegevoegd

Rijstoogst in Texas Foto: David Nance, USDA, Agricultural Research Service

aan deze ‘halvarine voor het hele gezin’. Deze voedingsstoffen ondersteunen samen de mentale ontwikkeling, zo stelt het levensmiddelen-

vlees­waren (Megafit). Bij de productie hier-

bedrijf.

van is visolie gebruikt of hebben de dieren voer

De als gezond bekend staande omega-3 vetzu-

gekregen dat rijk is aan alfa-linoleenzuur. Zo is

ren komen van nature voor in visolie. Daarom

het mogelijk om het percentage omega-3 vetzu-

adviseert het Voedingscentrum om regelma-

ren in het spierweefsel van varkens te verhogen

tig vette vis te consumeren. Maar niet iedereen

van 1 procent naar 6 procent door ze te voede-

kan of wil vis eten. Bovendien is vette vis vaak

ren met lijnzaad, visolie en vismeel. Dit leidt

verontreinigd met toxische stoffen, zoals zware

echter tot ongewenste veranderingen in de

metalen en dioxinen. Om die reden komen er

kwaliteit van het varkensvet (o.a. vergeling). In

steeds meer producten op de markt met vis-

de praktijk worden koeien wel gevoerd met een

vetzuren dan wel n-3-vetzuren, zoals marga-

omega-3 rijk dieet (o.a. lijnzaad). Van hun melk

rines, eieren (Columbus), brood (O’mega) en

wordt omega-3 kaas gemaakt.

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

b i o t e c h n o l o g i e

110

Toch is volgens het Voedingscentrum beter om vis te eten: het is namelijk niet helemaal uitgesloten dat bij de gezondheidseffecten behalve visvetzuren ook andere stoffen in vis een rol spelen. Volgens het Voedingscentrum maakt het lichaam ook zelf visvetzuren aan uit alfalinoleenzuur. Wie veel ALA-rijke oliën of producten eet, zoals producten waarin raapzaad (canola) of lijnzaadolie is verwerkt, zal meer DHA en eicosapentaeenzuur (EPA) maken. Het is echter onduidelijk in hoeverre ALA in het lichaam omgezet wordt in EPA en DHA. Verder meent het Voedingscentrum dat de voordelen van regelmatige consumptie van vette vis opwegen tegen de risico’s van de aanwezigheid van toxische stoffen. Er zijn in de toekomst mogelijk nog andere alternatieve bronnen voor de gezonde omega-

Micro array van een deel van het DNA van Spaanse peper Foto: SOL Genomics Network, Cornell University (NY)

3 vetzuren beschikbaar. In 2004 zijn onderzoekers van de Universiteit van Hamburg er in geslaagd om genen in vlas tot expressie te brengen die zorgen voor een hoog gehalte aan omega-3 en omega-6 onverzadigde vetzuren in de lijnzaadolie. Ook in andere planten is het in principe mogelijk om het gehalte aan omega-3 en omega-6 vetzuren te verhogen.

Toe passi ng van DNA- me rke rs i n de ge wasve r e de li ng

Genetische modificatie is zeker niet de enige weg gebleken voor de plantenveredeling. Dankzij nieuwe genetische technieken is ook de zogeheten ‘marker-assisted’ veredeling veel aantrekkelijker geworden. Bij deze veredeling

oo g s t

u i t

h e t

l a b

worden planten nog steeds ‘gewoon’ gekruist, maar het gebeurt, dankzij DNA-technieken, gerichter en sneller. Deze benadering is namelijk gebaseerd op het zichtbaar maken van het erfelijk materiaal van een plant, waarbij DNA-merkers of ‘genetische vingerafdrukken’ worden gebruikt. DNA-merkers zijn stukken DNA die verbonden zijn met specifieke eigenschappen, maar daar niet per se onderdeel van uitmaken. Met moleculaire technieken kunnen die DNAmerkers en daarmee de aanwezigheid van een specifieke eigenschap, zichtbaar worden gemaakt. Zo kan men op grond van het DNA heel snel nakomelingen selecteren die gewenste eigenschappen bezitten. Met de ontwikkeling en toepassing van deze merkertechnologie behoort het Nederlandse bedrijf Keygene tot de absolute wereldtop. Key-

111

gene is in 1989 opgericht door enkele vooraanstaande Nederlandse zadenproducenten: Cebeco Seeds, ENZA Zaden, De Ruiter Zaden en Rijk Zwaan. Deze bedrijven hebben samen een wereldwijd marktaandeel van ruim 27 procent van de groentezadenhandel. Later sloten ook het Franse bedrijf Vilmorin Clause & Cie, sinds 1975 onderdeel van de Limagrain Groep en wereldleider op het gebied van groente- en bloemenzaden, en de Japanse groentenveredelaar Takii & Co, zich bij dit consortium aan. Behalve merkertechnologie heeft Keygene ondertussen ook bio-informatica-pakketten en genoom-databanken ontwikkeld. Met deze combinatie van activiteiten kan Keygene een totaalpakket bieden van contractonderzoek, diensten en producten voor genoomonderzoek aan bedrijven en onderzoeksintellingen in de Life ­Sciences, niet alleen voor toegepast genetisch en genoomonderzoek in planten, maar ook voor dieren en micro-organismen. Sinds oktober 2006 werkt Keygene samen met het Duitse zaadveredelingsbedrijf KWS aan de snelle detectie van zogeheten SNP’s (uitgesproken als snip’s). Dat zijn kleine variaties in het DNA die men kan opsporen met behulp van merkers. SNP’s zijn bepalend voor een belangrijk deel van de genetische verschillen binnen een plantensoort en zijn daarom belangrijk voor het veredelingsonderzoek. Opmerkelijk is dat Jeremy Rifkin, een bekend Amerikaans criticus van de biotechnologie, in 2006 de aandacht trok met een pleidooi voor verdere ontwikkeling en toepassing van merkertechnologie in de gewasveredeling. Hij is van mening dat genetische modificatie hierdoor een achterhaalde techniek geworden is. Verschillende wetenschappers bij publieke onderzoeksinstellingen en biotechbedrijven

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Onderzoeker van Pioneer in het ­Merkerlaboratorium Foto: Pioneer/DuPont

geven echter aan geen behoefte te hebben aan zijn steun voor merkertechnologie en delen zijn mening niet dat genetische modificatie achterhaald zou zijn.

Tr ansge n e di e r e n

Genetische modificatie van dieren wordt voornamelijk toegepast op proefdieren voor medisch onderzoek. Daarnaast zijn er transgene dieren ontwikkeld voor de productie van medicijnen in melk (konijnen, geiten, koeien), zoals lactoferrine en antitrombine, en wordt er geëxperimenteerd met genetisch veranderde varkens, waarvan de organen geschikt zijn voor transplantatie naar de mens. Een beperkt deel van de ontwikkelingen heeft betrekking op aanpassingen van de dieren met het oog op de

b i o t e c h n o l o g i e

112

voedselproductie. Het onderzoek is onder meer gericht op het verhogen van de productie, het aanpassen van de samenstelling van vlees of melk en het ontwikkelen van ziekteresistente dieren. Gezien de technische problemen en de hoge kosten van het in stand houden van een transgene veestapel is het zeer de vraag of er ooit genetisch gemodificeerde dieren in de voedselproductie worden toegepast. Wél hebben de Amerikaanse autoriteiten begin 2007 geoordeeld dat vlees van gekloonde dieren veilig is voor consumptie. Eén van de manieren om de productie te verhogen is het versnellen van de groei. Er zijn groeihormoongenen van uiteenlopende donordieren ingebracht bij koeien, varkens, schapen en vis. Bij varkens werd wel een toename van het gewicht en een verbetering van de voederconversie vastgesteld, maar deze benadering is verder nog niet erg succesvol gebleken. Wél succesvol zijn de pogingen bij diverse soorten vis, waaronder karper, zalm, forel, tarbot, tilapia, trekzalm, heilbot en zeewolf. Dankzij een groeihormoongen uit de Chinook-zalm blijkt de Atlantische zalm vier tot zes keer zo snel te kunnen groeien. Zodoende is de kweekvis sneller op het gewenste gewicht voor de verkoop. In de praktijk blijkt men de totale kweektijd van zalm met de helft te kunnen bekorten, hetgeen voor de kweker een aanzienlijke kostenbesparing betekent. In de Verenigde Staten heeft het bedrijf Aqua Bounty toestemming gevraagd voor het kweken en verkopen van transgene zalm. Bij de wolproductie van schapen is het aminozuur cysteïne een beperkende factor. Schapen kunnen dit essentiële aminozuur niet zelf maken en moeten het binnen krijgen door het eten van gras. Door schapen uit te rusten met

oo g s t

u i t

h e t

l a b

een cysteïnegen kan de wolproductie worden verhoogd. Verder proberen onderzoekers in Nieuw-Zeeland de spiermassa van schapen door middel van genetische modificatie te beïnvloeden. In 2000 gaven de Nieuw-Zeelandse milieuautoriteiten toestemming aan het bedrijf AgResearch voor een vijfjarige veldproef met honderd transgene schapen. In deze schapen werd een schaapeigen myostatinegen ingebracht. Het is een zogeheten knock-outgenconstruct, dat de aanmaak van myostatine blokkeert. Het experiment maakt het mogelijk om de functie van myostatine in schapen te bestuderen. Van myostatine wordt vermoed dat het de spiergroei remt. Uitschakeling van deze remmer zou de spiergroei van de schapen kunnen bevorderen. Andere experimenten zijn gericht op een verbeterde opname van voedingsstoffen uit het veevoer. In varkensvoer wordt veel gebruik gemaakt van granen, koolzaad en soja. Deze bevatten echter een vorm van fosfaat die niet direct door varkens kan worden opgenomen. Daarom wordt over het algemeen fosfaat aan het voer toegevoegd. Het fosfaat uit het voer kan wél door de dieren worden opgenomen nadat het is bewerkt met het enzym fytase. Dit enzym wordt inmiddels op commerciële schaal geproduceerd en in de praktijk volop aan het voer toegevoegd. Bijkomend gunstig milieu-effect is dat het fosfaatgehalte in de mest daalt. In 2001 is aangetoond dat het ook mogelijk is om de varkens zelf zodanig genetisch te veranderen, dat ze het fosfaat uit het voer kunnen omzetten in een vorm die voor hen direct opneembaar is. Terwijl er voor deze transgene varkens nauwelijks fosfaat aan het voer hoeft te worden toegevoegd, bevat hun mest 65 procent minder fosfaat dan de mest van niet-transgene varkens.

113

Klonen – Door middel van kloneren zijn tien ­genetisch identieke Jersey-kalveren verkregen Foto: David Luttrell, University of Tennessee

Ook met vis worden experimenten uitgevoerd met verbeterde opname van voedingsstoffen. Pogingen om door het inbrengen van genen uit de mens en de rat de benutting van koolhydraten door de forel en de trekzalm te verbeteren zijn echter mislukt. Groeihormoongenen kunnen ook worden gebruikt om de verhouding tussen vlees en vet van varkens te beïnvloeden. Een stap verder is het beïnvloeden van de vetzuursamenstelling van dierlijke producten door middel van genetische modificatie. In 2006 publiceerden

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Amerikaanse wetenschappers de resultaten van onderzoek waarbij varkens dankzij gentechnologie een verhoogd gehalte aan het gezonde omega-3 vetzuren in hun vlees produceren. Gemiddeld bevatten de monsters van de transgene biggen 4 keer zoveel omega-3 vetzuren als de monsters van een niet-transgene controlegroep. In 2003 maakte het Nieuw-Zeelandse bedrijf AgResearch bekend dat de melk van hun genetisch gemodificeerde koeien meer eiwit bevat. Door de grotere concentratie melkeiwit of caseïne verwacht men meer kaas te kunnen maken,

b i o t e c h n o l o g i e

114

Stier Herman in Naturalis Foto: Huib de Vriend

gerekend per liter melk. Mogelijk zou ook de calciumconcentratie verbeterd zijn als gevolg van de genetische modificatie. De transgene koeien, in 2001 ter wereld gekomen, zijn voorzien van de ‘koe-eigen’ genen voor bèta- en kappa-caseïne. In de melk van elf transgene koeien werd een concentratieverhoging van 8-20 procent gemeten voor bèta-caseïne en een verdubbeling van de concentratie kappa-caseïne. De productie van melk met een lager lactosegehalte, mogelijk van belang voor consumenten met lactose intolerantie (koemelkallergie), is tot nu toe alleen gelukt bij muizen. Een andere doelstelling betreft het fokken van dieren met ziekteresistentie. Dit onderzoek bevindt zich anno 2008 nog in een zeer experimenteel stadium. In het onderzoek zijn inmiddels wel wat resultaten geboekt, maar praktijktoepassingen lijken nog erg ver weg. Toch geven we enkele voorbeelden om aan te geven in welke richting het onderzoek zich ontwikkeld.

oo g s t

u i t

h e t

l a b

1  Prionziekten: Scrapie bij schapen en BSE bij koeien In 2001 slaagden onderzoekers er in om een schaap resistent te maken voor scrapie, een ziekte die net als de gekke-koeienziekte wordt veroorzaakt door prionen. Het experiment moest echter snel worden beëindigd, want van de 79 schapen waarbij een genetisch gemodificeerd embryo was geïmplanteerd waren er maar vier die een lam wierpen. Drie lammeren overleden al snel na de geboorte en op het vierde lam werd na twaalf dagen euthanasie toegepast ‘wegens abnormaliteiten’. In 2004 ontwikkelde Japan’s op één na grootste bierbrouwer, Kirin Brewery Co., samen met het Amerikaanse Hemateck LLC, transgene koeien die bestand zijn tegen gekke-koeien-ziekte. Het was echter niet de bedoeling dat dergelijke BSE-resistente koeien beschikbaar komen voor de veehouderij. De transgene koe was bedoeld voor de ontwikkeling van medicijnen, onder meer voor hepatitis C, longontsteking en rheuma. Vanwege de ethische aspecten van gentechnologie in de voedselproductie zei de bierbrouwer niet van plan te zijn om de technologie aan derden beschikbaar te stellen, zo meldde een woordvoerder. 2  Vogelgriepresistentie bij kippen In Groot-Brittannië doen de Cambridge University en het Roslin Institute (bekend van schaap Dolly) onderzoek naar de ontwikkeling van vogelgriepresistente kippen. Daarbij worden de eicellen van kippen geïnjecteerd met stukjes viraal DNA. Dr. Helen Sang van het Roslin Institute noemt het een langetermijn­oplossing: “We staan aan het begin van een proces dat start met het introduceren van genetisch materiaal in kippen, waarna die kippen worden

115

blootgesteld aan het virus om na te gaan of de methode effectief is.” Nadat er wettelijke toestemming is verleend voor de verdere ontwikkeling van transgene kippen zal het nog vier tot vijf jaar duren voordat er voldoende resistente kippen zijn gekweekt om de hele wereldpopulatie te vervangen. De onderzoekers claimen de mogelijkheid om resistenties voor uiteenlopende soorten vogelgriep te introduceren, waardoor het risico dat het virus overspringt van mens naar dier drastisch zal afnemen. Kippen vormen immers een belangrijk tussenstap bij de eventuele overdracht van het virus van wilde vogels naar mensen. Door resistente kippen wordt die tussenstap verwijderd. Het onderzoek naar kippen maakt onderdeel uit van een omvangrijk onderzoeksprogramma van de Britse Biotechnology and Biological Sciences Research Council op het gebied van virale veterinaire ziekten. Er is in totaal elf miljoen Britse pond beschikbaar voor onderzoek naar onder andere mond- en klauwzeer, de ziekte van Marek en varkenspest. Wanneer deze ziekten op grote schaal uitbreken moeten grote aantallen dieren worden ‘geruimd’ en zorgen ze voor forse economische schade. 3  Mastitisresistentie bij koeien Mastitis of uierontsteking komt regelmatig voor bij melkkoeien. De oorzaak is infectie met de bacterie Staphylococcus aureus. Die bacterie is moeilijk te bestrijden. Slechts 15 procent van de infecties wordt effectief bestreden met antibiotica, met als gevolg dat de infectie telkens weer de kop opsteekt. Amerikaanse onderzoekers hebben een vijftal Jersey koeien weten te fokken die zijn uitgerust met een gen van de bacterie Staphylococcus simulans. Deze bacterie produceert een eiwit dat dodelijk is

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

voor de mastitisbacterie. De transgene koeien produceren nu dat eiwit. Bij de vijf Jersey koeien lijkt het systeem goed te werken. Maar de onderzoekers vragen zich hardop af of het systeem in de praktijk geaccepteerd zal gaan worden. De weerstand tegen de genetische modificatie van dieren is groot en de zuivelindustrie is huiverig voor aantasting van haar ‘natuurlijke’ imago. 4  Kouderesistentie Tenslotte worden er pogingen gedaan om dieren aan te passen aan abiotische factoren, zoals koude. Dat wordt met name relevant geacht voor de viskwekerij, die dankzij verminderde vatbaarheid van vissen voor lage temperaturen in koudere wateren kan plaatsvinden. Daartoe wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van de zogeheten antivries-eiwitten. Dergelijke eiwitten worden aangemaakt door poolvissen en door sommige vissen in het winterseizoen. Ze voorkomen de vorming van ijskristallen in het bloed, waardoor deze vissen kunnen overleven in water tot –2º Celsius. Genen voor de aanmaak van antivries-eiwitten zijn met succes ingebracht in regenboogforel en Atlantische zalm. Bij enkele van de bovenstaande voorbeelden is al aangegeven dat de slagingskans bij het creëren van transgene dieren altijd nog erg klein is. Tussen de 85 and 99 procent van de transgene embryo’s of foetussen overlijdt al voor de geboorte en niet meer dan 0,5 tot 4 procent van de embryo’s die bij draagmoederdieren worden geïmplanteerd wordt levend geboren en is in feite transgeen. De slagingskans is afhankelijk van de gebruikte techniek en varieert van diersoort tot diersoort. De meerderheid van de le-

b i o t e c h n o l o g i e

116

vend geboren transgene dieren leeft korter dan wat gemiddeld genomen gebruikelijk is voor de betreffende diersoort. De oorzaak ligt vaak in misvormingen van de ingewanden. Bovendien wordt een nieuwe eigenschap die is ingebracht met behulp van genetische modificatie niet altijd goed doorgegeven aan een volgende generatie. In een aantal gevallen blijkt het transgen niet goed in het genoom te zijn opgenomen, waardoor de nieuwe eigenschap niet wordt doorgegeven aan volgende generaties. Daarnaast kan de wijze waarop genen van de vader en de moeder in het proces van de seksuele reproductie worden gesplitst er toe leiden dat eigenschappen verloren gaan en andere juist weer opduiken. Om dit soort redenen wordt vaak gesteld dat het klonen van dieren moet worden gezien als een aanvullende techniek op het creëren van transgene dieren. Met klonen, de techniek waarmee het beroemde schaap Dolly is verkregen, wordt immers een genetisch identieke kopie van het ouderdier verkregen. Maar ook die techniek kent een slagingspercentage van niet meer dan twee procent voor koeien, schapen en geiten.

Ve te r i nai r e vacci ns

Wat hier niet onvermeld kan blijven is de ontwikkeling van genetisch gemodificeerde vaccins. De werking van vaccins is gebaseerd op de reactie van het lichaam op binnendringende virussen met het aanmaken van antigenen. Antigenen maken de binnendringende virussen onschadelijk. Veel vaccins bevatten levende virussen die wel effectief zijn, maar ook een negatief neveneffect op de gezondheid van de dieren kunnen hebben. Vaccins die dode virus-

oo g s t

u i t

h e t

l a b

sen bevatten zijn weliswaar veiliger, maar vaak minder effectief. Zogeheten ‘Sub-unit vaccins’ bevatten alleen de onderdelen die het lichaam aanzetten tot de vorming van afweerstoffen (antigenen). Ze zijn wel effectief én relatief veilig. Ze worden geproduceerd met behulp van gentechnologie. Door gerichte mutatie kunnen de virussen minder schadelijk worden gemaakt. Zo is door het uitschakelen van bepaalde genen het vermogen van het Aujeszkyvirus om zich te vermeerderen ingeperkt. Dat virus is verantwoordelijk voor een schadelijke ziekte bij varkens. Door de genetische ingreep is het Aujeszkyvirus niet langer virulent in biggen van ouder dan een week. Dit vaccin is in 1994 onder de productnaam Nobi-Porvac in de Europese Unie op de markt toegelaten. Op vergelijkbare wijze zijn vaccins ontwikkeld voor longontsteking bij varkens en voor infecties door teken bij kippen. Een andere strategie bestaat uit de productie van antigenen in genetische gemodificeerde bacteriën of dierlijke cellen. Langs die weg zijn vaccins ontwikkeld voor het runder herpesvirus en het hondsdolheidsvirus. In Lelystad is gewerkt aan de ontwikkeling van een genetisch gemodificeerd vaccin voor mond- en klauwzeer (mkz). Voor mkz zijn al vaccins beschikbaar, maar die mogen niet worden toegepast vanwege de exportbelangen. Als in een dier of karkas namelijk sporen van mkz worden aangetroffen is niet duidelijk of dat het gevolg is van vaccinatie of van besmetting met de zo gevreesde ziekte. Anders dan bij de ‘gewone’ vaccins kan bij een gentechvaccin wel onderscheid worden gemaakt tussen zieke en ingeënte dieren. Daarmee zou het grootste bezwaar tegen vaccinatie, het verbieden van de vleesexport, zijn ondervangen.

117

Veterinaire vaccins uit planten De meeste veterinaire vaccins worden geproduceerd in bevruchte kippeneieren of in dierlijke celcultures met bloedserum. Bij deze productiemethoden is er altijd een risico van contaminatie met ziektekiemen. Een alternatieve mogelijkheid is de productie van vaccins in planten. Een belangrijk voordeel van vaccins uit planten ten opzichte van de conventioneel geproduceerde vaccins is de mogelijkheid om het vaccin oraal toe te dienen, al is de dosering dan wat lastig. Een ander voordeel van het

Newcastle Disease is te herkennen aan zwellingen rond de ogen en in de nek Foto: USDA, Animal and Plant, Health Inspection Service

plantenvaccin is dat het niet nodig is om het bij een lage temperatuur te bewaren. Zo hebben onderzoekers van het Landbouw-

verbouwd op de akker, maar gaat in de vorm

kundig en Veterinair Onderzoekscentrum

van cellen in een fermentatietank, waarin ze

in Argentinië een genetisch gemodificeerde

groeien op een medium van water, zout en sui-

alfalfa ontwikkeld die een vaccin voor mond-

kers. Daarin produceren de cellen een ‘sub-

en klauwzeer (mkz) produceert. In de alfalfa

unit vaccin’ tegen de Newcastle Disease. Dat is

zijn genen tot expressie gebracht die code-

een virale infectie die zich bij alle soorten gevo-

ren voor twee eiwitten die typerend zijn voor

gelte kan voordoen. Kippen, kalkoenen, kwar-

het mkz-virus. Het product is getest op mui-

tels, duiven, struisvogels, kanaries en papa-

zen, waar het tot een succesvolle immuunreac-

gaaiachtigen zijn zeer gevoelig voor het virus.

tie bleek te leiden en bescherming bood tegen

In de zomer van 2005 werd in Bulgarije een

blootstelling aan het virus. De onderzoekers

uitbraak van Newcastle Disease bij zeven hob-

verwachten dat het alfalfa-vaccin een goed-

bypluimveehouders geconstateerd en werden

koop alternatief gaat bieden voor de bestaande

er in Griekenland diverse uitbraken gemeld.

vaccins en daarmee van belang is voor alle landen waar de veehouderij een belangrijke economische activiteit is. In 2006 kreeg DowAgroSciences als eerste bedrijf toestemming van de Amerikaanse autoriteiten om een veterinair vaccin uit plan-

Ge nomics i n de ve e fokke r ij

tencellen op de markt te brengen. Het betreft een kippenvaccin uit transgene tabakscellen. De tabak wordt echter niet als transgeen gewas

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Zoals gezegd zijn de technische problemen bij het ontwikkelen van transgene dieren groot en

b i o t e c h n o l o g i e

118

een veestapel kunnen fokken, afgestemd op de vraag van de afnemer van de melk.

Castratie van biggen Foto: Scott Bauer, USDA, Agricultural Research Service

is de kans dat ze ooit worden ingezet voor de voedselproductie gering. Daarentegen maakt het genoomonderzoek wél een kans te worden toegepast bij gerichtere kruising en selectie. Zo wordt in Wageningen bestudeerd welke koeiengenen betrokken zijn bij de productie van verschillende bestanddelen van koemelk. Als bekend is wat het precieze effect is van bepaalde genen kan men bij fokprogramma’s, gebruik makend van moderne DNA-technieken, gericht selecteren op geschikte ouders voor een bepaalde eiwit- of vetzuursamenstelling van de melk. Het idee is dat veehouders straks gericht

oo g s t

u i t

h e t

l a b

In de varkenshouderij speelt al heel lang het probleem van de zogeheten ‘Berengeur’. Dat is een onwelriekende geur die vrijkomt tijdens het bakken van varkensvlees en die wordt veroorzaakt door een aantal eiwitten die soms (niet altijd!) door geslachtsrijpe mannetjes worden geproduceerd. Als consument krijg je daar vrijwel nooit mee te maken. Om dat te voorkomen worden mannelijke biggen namelijk gecastreerd. Om praktische redenen gebeurt dat onverdoofd. De Nederlandse dierenartsen en varkenshouders hebben in 2005 aangegeven van het castreren af te willen. In 2007 heeft de Nederlandse supermarkten hebben aangegeven dat zij met ingang van 1 januari 2009 alleen nog maar vers varkensvlees verkopen van verdoofd gecastreerde biggen. Ook andere partijen uit retail, industrie en foodservice hebben deze positie inmiddels kenbaar gemaakt. Verder streven de Nederlandse supermarkten er naar voor 2015 op een verantwoorde wijze te stoppen met het castreren van biggen. Er zijn verschillende alternatieven voor onverdoofde castratie, te weten: 1 chirurgisch castreren onder verdoving; 2 niet castreren en afmesten op een lager gemiddeld slachtgewicht; 3 niet castreren, maar aan de slachtlijn apparatuur opstellen waarmee berengeur gedetecteerd kan worden; 4 immunocastratie; 5 gerichte fokkerij op basis van genoomonderzoek.

119

Verdoofd castreren is duur en omslachtig, waarmee het voor varkenshouders geen goed alternatief is. Afmesten op een lager slachtgewicht zorgt voor lagere opbrengsten en ook dat is voor varkenshouders niet aantrekkelijk. Detectiemethoden om in het slachthuis varkens met een te hoog gehalte aan berengeur op te sporen zijn er wel, maar die zijn nog niet honderd procent betrouwbaar. Immunocastratie is een methode waarmee castratie wordt bewerkstelligd door het toepassen van immunologische technieken. Immunocastratie berust op de werking van antistoffen tegen GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone). Wanneer GnRH door antistoffen wordt geneutraliseerd, worden de ontwikkeling en het functioneren van de testes en daarmee het ontstaan van berengeur onderdrukt. Daartoe zijn ‘GnRH-vaccins’ in ontwikkeling die momenteel nog in de experimentele fase verkeren. In de varkenssector is men echter bevreesd dat immunocastratie het imago van varkensvlees bij het publiek negatief zal beïnvloeden. In een rapport uit 1999 noemde de Koninklijke Nederlandse Maatschappij voor Diergeneeskunde twee belangrijke redenen voor dit imagoverlies: “Ten eerste zullen consumenten varkensvlees associëren met ‘hormoonvlees’ vanwege het feit dat bij immunocastratie ‘hormonen’ toegediend worden. Ten tweede wensen steeds meer consumenten vlees dat op ‘natuurlijke’ wijze is geproduceerd. Immunocastratie is niet verenigbaar met dit beeld. Dit argument geldt in het bijzonder voor de Duitse consument, die zeer gesteld is op voedingsmiddelen die op een zo natuurlijk mogelijke wijze zijn geproduceerd. Om die reden zal de consument afwijzend staan tegenover immunocastratie.”

D e

o u d e

e n

n i e u w e

b e l o f t e n

v a n

d e

Een vijfde alternatief is gerichte fokkerij op basis van genoomonderzoek, zo blijkt uit een artikel in het Wagenings Universiteitsblad van 15 juni 2006. Onderzoekers van de Animal Sciences Group in Wageningen hebben samen met Noorse en Chinese collega’s zoveel kennis over de genetica van berengeur vergaard, dat – als alles meezit – onverdoofd castreren in 2010 niet meer nodig is. De onderzoekers hebben een aantal eiwitten geïdentificeerd die bij het ontstaan van berengeur betrokken zijn. Hierdoor kan men bij het selecteren van fokberen en -zeugen gericht rekening houden met de achterliggende genen. Zo moet het mogelijk zijn de berengeur weg te selecteren zonder de gewenste eigenschappen te verliezen. Het harde bewijs hiervoor kan echter pas in 2010 worden geleverd. Een aanpak via fokkerij is zeker niet nieuw, maar liep steeds stuk op het probleem dat de geur samenhangt met de geslachtshormoonhuishouding, die tevens bepalend is voor de vruchtbaarheid en de groei van de dieren. In klassieke fokprogramma’s leverde het verdwijnen van de berengeur daarom ook trager groeiende en minder vruchtbare varkens op. Wagenings onderzoeker Van der Wiel denkt dat het met de gedetailleerde genetische kennis waarover de onderzoekers nu beschikken wel mogelijk is om een berengeurvrij varken te fokken waarbij de vruchtbaarheid, vleesaanzet en het groeitempo onaangetast blijft. Zeker in Noorwegen is sterke behoefte aan zo’n varken, want daar wordt het in 2009 verboden nog biggen te castreren.

b i o t e c h n o l o g i e