Edze Westra: ‘Makkelijk genen bewerken is geen science­fiction’

Westra

Microbioloog Edze Westra (33) promoveerde op een afweersysteem waarmee bacteriën zich tegen vijanden verdedigen. De techniek die hieruit ontstond, belooft de biologie en de geneeskunde op hun kop te zetten.’

Tekst: Rob Ramaker
Beeld: Puissonen/KNAW

Het instituut waar Edze Westra werkt, kijkt uit over het heuvellandschap van Cornwall. ‘Je zou vanaf hier de zee zelfs moeten kunnen zien,’ zegt hij. Op zijn tenen staand tuurt de wetenschapper, korte broek en houthakkershemd, in de verte. Tevergeefs. De zee moet nog even wachten.

Westra heeft de wind in de zeilen. Sinds hij in 2013 naar deze campus kwam, bouwde hij een flinke onderzoeksgroep op. Hij onderzoekt de evolutie van bacteriën. Vooral hoe deze organismen zich tegen vijanden verdedigen. Afgelopen jaar won Westra de prestigieuze Heineken Young Scientist Award.

Wetenschappelijk succes komt met hard werken en talent, maar het moet ook meezitten. ‘Geluk is ongelooflijk belangrijk,’ zegt Westra. Op cruciale momenten kreeg zijn carrière een duwtje in de rug. Zonder geluk was hij misschien zelfs geen wetenschapper geworden. In 2007 kwam Westra – toen nog student – terug van een stage in Canada. Hij had vele uren geploeterd in het lab, zonder daaraan plezier te beleven. Zelfs voor die stage twijfelde hij al over zijn toekomst. ‘Ik dacht: misschien ga ik wat anders doen, is de wetenschap niets voor mij.’ Maar John van der Oost, de hoogleraar microbiologie van de Wageningen University aan wie hij zijn werk presenteerde, was onder de indruk. Of Westra niet aan de slag wilde in diens lab? Van der Oost werkte net aan iets nieuws: mysterieuze stukjes DNA in bacteriën, genaamd Crisprs. Er was nog geen enkel voorteken dat deze Crisprs de biologie op haar kop zouden zetten.

AFWEERSYSTEEM
Om het werk van microbiologen als Westra te begrijpen, moet je de wereld vanuit het perspectief van bacteriën bekijken. Deze eencellige organismen zijn veel simpeler dan mensen, maar ook zij worden continu belaagd door nog kleinere ziekmakers: virussen. Wanneer een bacterie geïnfecteerd raakt, produceert hij een stroom nieuwe virussen. De bacterie wordt een soort virusfabriek, totdat hij zelf doodgaat. Volgens schattingen wordt zo wereldwijd elke 48 uur de helft van de bacteriën gedood.

Net als mensen hebben bacteriën een afweersysteem om zich te verdedigen. ‘Er zijn verschillende mechanismen die bescherming bieden,’ zegt Westra. Bacteriën veranderen bijvoorbeeld hun buitenkant om voor virussen onzichtbaar te worden. Of – wanneer ze onder soortgenoten zijn – plegen ze na infectie zelfmoord om andere bacteriën te beschermen.

Toen Westra en collega’s de Crisprs – een afkorting van Clustered regularly interspaced short palindromic repeats – onderzochten, werd duidelijk dat ze deel uitmaken van een bijzonder afweersysteem. Met allerlei eigenschappen die wetenschappers niet hadden verwacht tegen te komen in simpele bacteriën.

Zo richt het Crispr-systeem zich op specifieke vijanden, én heeft het een geheugen. Bacteriën kunnen hierdoor vijanden herkennen die ze eerder tegenkwamen, en ermee afrekenen. En dat geheugen is – in tegenstelling tot dat van de menselijke afweer – ook nog eens erfelijk.


Edze Westra (25 november 1983, Harlingen)
2007 Studie moleculaire wetenschappen, Wageningen Universiteit
2013 Gepromoveerd (cum laude)
2013-heden Onderzoeker University of Exeter
2016 Winnaar Heineken Young Scientist Award


OPENBARING
In het laboratorium zagen de microbiologen hoe dat werkt. Het afweersysteem laat eiwitten – de zoekers – speuren naar vijandige virussen. Wanneer ze die tegenkomen, knippen ze uit het erfelijk materiaal – het DNA – van het virus een fragment. Dat dient daarna als een soort barcode. De eiwitten plakken de barcode
in het eigen erfelijk materiaal van de bacterie. Hiervoor is een specifieke plek: dat zijn de mysterieuze Crisprs die onderzoekers als Westra zagen.

Andere eiwitten, met namen als Cas9 en Cascade, gebruiken die barcodes om naar bekende vijanden te zoeken, als een soort schildwachten. Ze krijgen een afschrift van een barcode, en zoeken in de bacterie naar een match. Zodra ze die match hebben gevonden, wordt het erfelijk materiaal van het virus meteen doorgeknipt en afgebroken: bedreiging uitgeschakeld.

De eerste maanden dat Westra hieraan werkte, waren een openbaring. Zo leuk kan wetenschap dus zijn. ‘We deden elke dag proeven en zaten aan het einde van de dag naar de resultaten te kijken, en na te denken hoe dit zou kunnen werken.’ Langzaam cirkelen rond de waarheid. Verklaringen bedenken en deze toetsen met een proefje. Steeds dichterbij komen. ‘Het was fantastisch.’

FUTURISTISCHE TOEPASSINGEN
Het onderzoek naar Crispr-systemen leverde niet alleen kennis op, maar ook toepassingen. Wetenschappers maakten het systeem tot een werktuig waarmee DNA eenvoudig kan worden geknipt en geplakt. Iets wat wetenschappers allang deden, maar de werktuigen die ze tot dan toe gebruikten, waren veel bewerkelijker en duurder. DNA knippen en plakken kan veel eenvoudiger door Crispr-Cas9 te ‘kapen’. De schildwachten krijgen geen barcode uit de bacterie mee, maar een code die door wetenschappers is gemaakt. En ze knippen waar zij dat willen.

En dat was pas het begin. Crispr-Cas9 bleek niet alleen te werken in bacteriën of een reageerbuisje, maar bijna overal. Het bleek net zo goed te knippen in planten- en dierencellen. Hierdoor is het mogelijk erfelijk materiaal van soorten te herschrijven, en daarmee hun eigenschappen te veranderen. Denk aan koeienrassen zonder hoorns, of tomaten die weerbaar zijn tegen ziekten. Gene editing, noemen wetenschappers dat. Ook dat is op zich niet nieuw: vanaf de jaren negentig worden gewassen genetisch gemodificeerd. Maar het wordt nu wel heel makkelijk. ‘Het is ongelooflijk hiervan deel uit te maken.’

De snelle ontwikkelingen leiden tot discussies. Zeker toen Chinese wetenschappers in 2015 bekendmaakten in menselijke embryo’s genen te hebben bewerkt. Futuristische toepassingen lijken opeens binnen handbereik. Denk aan het genezen van erfelijke ziekten, zoals taaislijmziekte, in menselijke embryo’s. Of het aanpassen van immuuncellen van kankerpatiënten buiten het lichaam, zodat ze na teruggave tumoren krachtiger aanvallen.

Bacteriën plegen zelfmoord om andere te beschermen

ANGST GEDREVEN DISCUSSIES
Die vooruitzichten leiden bij sommigen tot ongerustheid. De Amerikaanse Jennifer Doudna, hoogleraar moleculaire biologie en celbiologie en hoogleraar scheikunde aan de University of California, Berkeley en een van de Crispr-pioniers, pleitte voor terughoudendheid: niet zodanig sleutelen aan het menselijk erfelijk materiaal dat de veranderingen overerfbaar zijn.

‘Het is heel relevant en goed dat zulke discussies worden gevoerd,’ zegt Westra. Maar hij wijst ook op al het goeds dat Crisprs kunnen doen. Zo wordt nagedacht over technieken om malariamuggen te onderdrukken of uit te roeien. ‘Dat is geen sciencefiction meer. Stel dat je van tevoren een goed beeld hebt van de risico’s en die afweegt tegen de ongekende voordelen. Hoeveel doden we daar per jaar mee kunnen voorkomen. Dat zou gigantisch zijn.’

Westra ziet het liefst een nuchtere discussie over toepassingen. ‘We moeten vermijden dat we krijgen wat met genetische manipulatie is gebeurd. Daar is de discussie gekaapt door mensen met een extreme kijk. We moeten zorgvuldig afwegen of de baten groter zijn dan de kosten, maar niet verzanden in een door angst gedreven discussie.’

TOEGENOMEN CONCURRENTIE
Neveneffect van alle opwinding is dat Crispr-onderzoekers veel meer concurrentie hebben gekregen. Dat ervoer Westra al aan het einde van zijn promotie. ‘Ik was met iets bezig en wist dat wereldwijd nog twee, drie groepen naar exact hetzelfde zochten.’ De techniek leidt ook tot conflicten. Het patent op Crispr-Cas9 gaat waarschijnlijk veel geld opleveren. Twee wetenschappelijke kampen die het patent claimen, voeren inmiddels een hoogoplopende juridische strijd.

Van deze wereld staat Westra inmiddels ver af. Hij ziet zichzelf als een onderzoeker die naar fundamentele vragen kijkt. ‘Dat vind ik toch het allerleukste.’ Met toepassingen houdt hij zich niet bezig, maar hij sluit niet uit dat die er ooit van gaan komen. Bij de enorme inspanning om Crispr-Cas om te zetten in klinkende munt, heeft Westra gemengde gevoelens. ‘Wetenschappelijk onderzoek wordt al betaald met publiek geld, waarom zou het publiek nog een keer moeten betalen?’

Mede door die toegenomen concurrentie sloeg Westra na zijn promotie een andere weg in. Dat begon met een intrigerende observatie. De bacterie die Westra bestudeert, E.coli, lijkt het wonderbaarlijke Crispr-afweersysteem wel te hebben, maar gek genoeg niet te gebruiken. In Cornwall onderzoekt Westra hoe de omgeving waarin een bacterie leeft, bepaalt hoe deze zich verdedigt. Waarom gebruiken eencelligen die leven in heetwaterbronnen vooral Crisprs, terwijl bacteriën elders zich onzichtbaar maken door hun buitenkant te veranderen?

‘Waarom zou het publiek nog een keer moeten betalen?’

FUNDAMENTELE VRAGEN
Om dergelijke vragen te beantwoorden, doet Westra de evolutie na in een reageerbuis. ‘We kweken bacteriën en daar voegen we een virus aan toe. Dan volgen we echt evolutie gedurende de tijd. Dat is op zichzelf al fantastisch om te zien.’ Zo observeert hij hoe het afweersysteem zich van generatie op generatie aanpast aan de omgeving. De aanpak die Westra heeft bedacht, is nog lang niet uitgeput. Hij wil nog meer afweersystemen vergelijken, in allerlei omgevingen. Geestdriftig somt hij een lange lijst op van zaken die nog onbekend zijn. ‘Er is nog veel werk te doen.’

Ook dit zijn vooral fundamentele vragen. Maar de antwoorden kunnen op allerlei terreinen van pas komen. Bijvoorbeeld om beter te begrijpen hoe het menselijk immuunsysteem werkt, of om virussen te gebruiken voor het doden van bacteriën die voor mensen schadelijk kunnen zijn.

Intussen ervaart Westra de paradox dat hoe succesvoller je bent in het laboratorium, hoe minder je er zelf aanwezig bent. Tegenwoordig schrijft hij vooral aanvragen voor beurzen, en stuurt hij onderzoekers aan. Dat is nogal een verantwoordelijkheid. ‘Als ik verkeerde beslissingen neem en ze een project geef waar niets uit komt, dan kan dat consequenties hebben voor hun carrière.’

SOCIALE WERKPLEK
Westra wil zijn onderzoekers net zo’n omgeving bieden als de plek waar hij in 2007 het plezier van de wetenschap ontdekte. Een plek waar je de ruimte krijgt creatief te zijn. Maar ook een sociale werkplek. Het beeld van de wereldvreemde wetenschapper die in zijn eentje alles uitvogelt, vindt Westra onzin. Hij wil dat onderzoekers samenwerken en geregeld een biertje met elkaar drinken.

Door zijn gedrevenheid werkt Westra veel. Maar creatief zijn gaat niet zonder een leven ernaast. Ideeën doet hij op terwijl hij in de tuin werkt of wandelt in de natuur rond de campus. Het is toeval dat hij juist hier in Penryn, Cornwall belandde. De hoogleraar die hij benaderde, verhuisde hier op dat moment net naartoe. Maar ook dit toeval bleek gunstig uit te pakken. De carrièremogelijkheden in Cornwall bleken goed, en hij is een buitenmens.

Hoogste tijd om alsnog de zee te gaan zien. Op weg ernaartoe toont Westra vanuit de auto het platteland, met landweggetjes die door de hagen en overhangende bomen groene tunnels lijken. Sinds het Brexit-referendum vraagt Westra zich af of zijn affectie voor de streek wel wordt beantwoord. Cornwall, een arme provincie die veel geld ontvangt uit Brussel, stemde met grote meerderheid voor de Brexit. ‘Praktisch heb ik daar nog geen last van, maar mentaal wel.’

Geluk is ongelooflijk belangrijk bij onderzoek’

LEVEN IN EEN BUBBEL
Als hij in de supermarkt Nederlands spreekt, vraagt hij zich af wat mensen denken. Weer zo’n profiterende migrant? Dan denkt hij aan de 2 miljoen euro aan onderzoekssubsidies die hij meebracht naar de streek.
‘Natuurlijk leven we op de universiteit in een bubbel.’ Het is een wereld tegengesteld aan die van de working class van Cornwall, die weinig perspectief heeft. Westra snapt de woede, maar toch steekt het anti-migrantensentiment. Met het bemachtigen van een verblijfsvergunning is hij niet bezig. Liever steekt hij zijn energie in wetenschap. Dat is ook trots. ‘Als jullie ons willen wegjagen, dan jagen jullie ons maar weg.’

Dan is daar de baai, met een eeuwenoude kroeg: Pandora’s Inn. Hier zit hij graag met een biertje op het terras. Even zijn de Brexit en de Crisprs heel ver weg. ‘Het is toch perfect hier?’

Verscheen eerder in Elsevier Weekblad nummer 27, 2017