Jurassic Park is misschien het bekendste verhaal waarin uitgestorven dieren tot leven komen. Het sciencefictionboek van Michael Chrichton schiep als eerste een beeld van het idee van ‘de-extinctie’, het terugbrengen van uitgestorven diersoorten. De briljante wetenschappers uit het verhaal isoleerden DNA uit dinobloed dat in prehistorische muggen zat. Met het vinden van het DNA kon het kloneren van dinosaurussen beginnen. Volgens genetici betrokken bij de-extinctie is die specifieke situatie onmogelijk. Zij onderzoeken de mogelijkheid om mammoeten terug te brengen op aarde. De werkelijkheid is ingewikkelder dan de fictie. Maar niet onmogelijk.
Hoe puzzel je het genoom van een mammoet bij elkaar?
Wat Jurassic Park juist heeft gezien, is dat het terugbrengen van een diersoort begint bij het DNA. Eerst moet je achterhalen wat het genoom van het dier is geweest. Het genoom is een andere naam voor de volledige DNA-code. Die is specifiek voor elk dier. Het mammoetgenoom is vier à vijf miljard bouwstenen lang. Als je die code op papier hebt uitgewerkt, moet je het werkelijke DNA-molecuul in de juiste volgorde gaan opbouwen.
Dr. Beth Shapiro is geneticus bij de University of California, Santa Cruz. Ze onderzocht de mogelijkheden van de-extinctie en schreef het boek How to clone a mammoth, over de technologie van de-extinctie van mammoeten. Hoe in Jurassic Park het DNA is verkregen is technologisch onwaarschijnlijk, legt Shapiro uit in een lezing bij The Royal Institution. In werkelijkheid zou het dino-DNA uit muggenfossielen namelijk allang door organische processen zijn vergaan. Kort nadat een zoogdier sterft ontploffen de maag en de darmen. De bacteriën die daarbij vrijkomen vreten direct veel van het DNA weg. Door zonlicht en warmte valt het DNA over de tijd nog verder uiteen. Hierdoor blijft DNA, in vergelijking met geologische tijdschalen, niet zo lang heel. Ongeveer elke 500 jaar verdwijnen de helft van de bindingen die het DNA bij elkaar houden. Het oudste bruikbare DNA komt uit een neushoorn die 1.77 miljoen jaar geleden uitstierf. Omdat de laatste dinosaurus zo’n 65 miljoen jaar gelend uitstierf, is dat DNA dus geheel foetsie.
Voor de mammoet, waarvan de laatste ongeveer 4000 jaar geleden stierven, is het DNA nog deels heel. Maar ook mammoet-DNA is erg gefragmenteerd. Bovendien geldt dat als je DNA uit een mammoetbot haalt, je niet alleen het mammoet-DNA vindt, maar ook DNA van alle micro-organismen die erop leefden. Het genoom is dan moeilijk samen te stellen zonder voorbeeld. Dat is als puzzelen zonder de afbeelding op de doos, met kapotte stukjes en met stukjes uit meerdere puzzels tegelijk.
Om toch alles bij elkaar te puzzelen kijken wetenschappers naar een aanverwante diersoort die nog leeft. Bij mammoeten is dat de Aziatische olifant (die zelfs dichter verwant is aan de mammoet dan aan de Afrikaanse olifant). Leg je de kleine stukjes DNA-code van de mammoet naast het olifantengenoom, dan kun je inschatten welke puzzelstukjes van de mammoet zijn, en in welke volgorde ze horen te liggen. Op die wijze kreeg een team van Amerikaanse wetenschappers het in 2015 voor elkaar om een betrouwbare versie van het mammoetengenoom samen te stellen.
De DNA-code is dus in kaart gebracht, maar het DNA-molecuul van de mammoet is nog geen tastbare werkelijkheid. Stap twee in het terugbrengen van de mammoet is het synthetiseren van het DNA-molecuul. En dat vindt plaats in Harvard.
De evolutiemachine van George Church
“We zijn onderhand redelijk goed geworden in het lezen van oer-DNA,” vat geneticus prof. dr. George Church de ontwikkelingen samen in een interview. Church leidt het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan Harvard University. Een deel van zijn onderzoek richt hij op de de-extinctie van mammoeten, en dan met name op het efficiënt synthetiseren van het mammoet-DNA.
In principe zou je met niets kunnen beginnen, en dan de bouwstenen één voor één aan elkaar kunnen rijgen, in de volgorde zoals die op papier staat. “Maar dat,” vertelt Beth Shapiro, “is technologisch onbereikbaar, foutgevoelig en duur.” George Church bedacht een betere manier. Zoals eerder genoemd is de DNA-code van de Aziatische olifant bijna identiek aan dat van de mammoet. “We beginnen dus met het DNA-molecuul van een olifant,” legt Church uit, “en identificeren de stukken DNA, de genen, die de olifant anders maken dan de mammoet.” De mammoet draagt bijvoorbeeld een dikke laag isolerende haren, terwijl de olifant dunne, holle haren heeft die voor verkoeling zorgen. De mammoet heeft ook meer onderhuids vetweefsel. En ze heeft een ander soort rode bloedcellen dan olifanten, die mammoeten beter bestand maken tegen ijle lucht. Door de genen te vinden die deze eigenschappen creëren, en die te vervangen door hun mammoetalternatief, hoopt Church een olifant te maken met mammoeteigenschappen.
In het laboratorium in Harvard kweken de onderzoekers olifantencellen en mini-versies van olifantenorganen. In deze celkweken testen ze hoe de veranderingen op DNA-niveau uitwerken op het niveau van cellen of weefsels. Een voor een, of met meerdere genen tegelijk om te controleren of de genen elkaar niet tegenwerken. Een olifantshuid groeit er lange, dikke haren. Een mini-olifantenorgaan creëert er meer vetweefsel. Schrijver en de-extinctiefanaticus Stewart Brand noemt dit laboratorium, erg catchy, ‘de evolutiemachine van George Church’.
Wanneer zullen we de eerste mammoeten zien?
De kennis van het mammoetgenoom is nu grotendeels aanwezig. Voor het synthetiseren van het DNA-molecuul is Church goed op weg. In een TEDx lezing uit 2013 vertelt hij dat zijn onderzoeksteam al vijf genen heeft geïdentificeerd én getest die mammoeteigenschappen creëren in het lab. Beth Shapiro noemt in 2015 dat Church inmiddels veertien genen heeft gevonden. Het aantal groeit dus.
Maar de machine zal nog een tijd moeten lopen voordat het DNA-molecuul van de mammoet gesynthetiseerd is. De mammoet verschilt namelijk van de olifant in 1600 genen. Waarschijnlijk hoeven niet al deze genen veranderd te worden, maar hoeveel veranderingen wel nodig zijn is nog onbekend. Ook het testen of de genen werkelijk tot mammoet-eigenschappen leiden is een lange-termijnproject. Een gen dat mammoeteigenschappen creëert in een cel of weefsel is mooi, maar dat is nog wat anders dan werken in een olifantenembryo. Over de functie van veel genen zijn wetenschappers namelijk nog onzeker, en hoe genen samenwerken met elkaar is nog moeilijker in te schatten. Het blijft uitproberen en fouten maken, binnen de gecontroleerde omgeving van het laboratorium.
Stewart Brand voorziet dat er over honderd jaar mammoeten bestaan. George Church zegt: “eerder dan Stewart denkt, als dat is wat de maatschappij wil.” Beth Shapiro houdt het op nooit. “Ik had mijn boek misschien anders moeten noemen: How one might go about cloning a mammoth (should it become technically possible, and if it were, in fact, a good idea, which it’s probably not),” zegt ze. “Maar dat is een veel minder aantrekkelijke titel.”
In een serie van vijf artikelen onderzoekt Niels Tjoonk de wereld van de-extinctie. Hoe werken de technieken waarmee wordt geprobeerd uitgestorven soorten terug te brengen? Wie zijn de karrentrekkers van dit nieuwe onderzoeksgebied? Wat zijn de pionierende projecten? En waarom willen onderzoekers eigenlijk al die moeite doen?
