Een betaalbaar malariamedicijn is wat de Amerikaanse hoogleraar Jay Keasling hoopt te kunnen maken in micro-organismen. Het inbouwen van een metabole route om artemisinine te maken is echter geen sinecure.
Malaria is een ziekte die is te voorkomen en te behandelen. Toch sterven er jaarlijks tussen de twee en drie miljoen mensen aan, 90 procent van hen zijn kinderen. Daar wil Jay Keasling verandering in brengen. De hoogleraar chemical engineering uit Berkeley denkt vóór 2010 op grote schaal het malariamedicijn artemisinine te produceren, en dat voor een tiende van de kosten van de nu voorgeschreven medicijnen.
Keasling is expert op het gebied van metabolic engineering. Door de metabole route voor isoprenoïden, waarop artemisinine lijkt, in E. coli te modificeren hoopt Keasling voor 0,25 dollar per dosis het medicijn in handen te krijgen. Het meest voorgeschreven medicijn tegen malaria is op dit moment chloroquine, maar dit verliest snel aan effectiviteit vanwege verworven immuniteit van de malariaparasiet. Artemisinine, dat al eeuwen voor Christus in China te boek stond als medicijn tegen ‘de koortsen’, kost momenteel 2,50 dollar per dosis. Met een gemiddelde besteding van 4 dollar aan gezondheidszorg per persoon per jaar in ontwikkelingslanden kunnen veel mensen het zich niet veroorloven.
De Bill & Melinda Gates Foundation heeft Keasling in 2004 ruim veertig miljoen dollar gegeven om artemisinine in bacteriën te maken. Partners in dit project zijn de Universiteit van Californië, Amyris Biotechnologies, Keaslings eigen bedrijf en het Institute for OneWorld Health. De laatste omschrijft zichzelf als een ‘not for profit pharmaceutical company’. Geen van deze drie partijen zal zelf een cent overhouden aan de ontwikkeling van goedkoop artemisinine.
Keasling, die nog geen veertig jaar oud is, wordt gedreven door de wens om medicijnen te leveren voor ontwikkelingslanden. Zo werkt hij ook aan een aidsmedicijn dat afkomstig is uit een boom die groeit op het eiland Samoa. Met de lokale bevolking heeft hij een contract afgesloten dat de helft van de mogelijke winst naar hen laat terugvloeien.
Begin oktober opende Keasling het congres over metabolic engineering in Noordwijkerhout. In zijn lezing schetste hij in sneltreinvaart de vele hordes die zijn groep genomen heeft om E. coli te laten doen wat hij wil. Hij bouwt pathways in, zet andere uit, vangt producten af, bouwt zijn eigen biosensor, speelt met genen, modificeert de stabiliteit van mRNA als hem dat uitkomt en is inmiddels bezig met de opschaling van het proces. Bij het aanvaarden van de miljoenen van Gates schatte Keasling in vijf jaar nodig te hebben voordat productie op grote schaal kan beginnen. “We lopen een half jaar voor op dat schema”, melde Keasling. “Het lukt ons al om op kleine schaal artemisinine in E. coli te produceren. We kennen de chemie en metabole paden.” C2W in gesprek met een man met een missie.
Hoe werkt metabolic engineering?
“We proberen een metabole route in te bouwen in micro-organismen met als doel een waardevol molecuul in handen te krijgen, bijvoorbeeld een malariamedicijn. We brengen verschillende genen in de bacterie, zodat die suiker kan omzetten in artemisinine. De eerste vraag is: welke genen gebruik je? Dat hangt af van het soort chemie dat je wilt bedrijven. Gegeven het gewenste eindproduct weet je welke enzymen nodig zijn en dus welke genen daarbij horen.”
Waar gaat het fout, als het fout gaat?
“We kunnen zeker niet voorspellen of het fout gaat, dat wil zeggen of de bacterie niet de gewenste stof produceert. Meestal werkt de route wel, maar heel matig. Dan moeten we het proces optimaliseren. De meeste tijd zijn we kwijt aan pathway balancing, het optimaliseren van de verschillende stappen in een metabole route. Biologie is nog steeds zo onbekend dat je zelden weet wat de uitkomst van een interventie is.”
Wat zijn de beperkingen van de techniek? Zijn alleen biologische moleculen zo te maken?
“Op dit moment werkt metabolic engineering het best voor stoffen die lijken op biologische moleculen. We kunnen nog steeds niet de novo enzymen ontwerpen, en dat is nodig voor niet-biologische moleculen. Ik zie het gebied als complementair aan chemie en niet als vervanger. Bij productie van artemisinine bijvoorbeeld doen we een aantal stappen in E. coli en andere stappen erbuiten. Biochemie hoeft niet alle chemie te vervangen. Andersom zijn chemici niet verplicht niet-natuurlijke katalysatoren te gebruiken. De twee benaderingen samen zijn bijzonder krachtig, een hybride van de twee technologieën zie ik als de toekomst.”
In hoeverre is evolutie behulpzaam?
“Als je een enzym wilt maken dat werkt op een ander substraat, moet je het een beetje modificeren. Dat doet evolutie natuurlijk ook. Je hebt dan wel een selectiemechanisme nodig. Daar ligt de intellectuele uitdaging, om dat te ontwerpen.”
Wat is de maximale opbrengst? Is dat een beperkende factor voor commerciële toepassingen van metabolic engineering?
“Je mikt altijd op een zo hoog mogelijke opbrengst. Het hangt erg van het product af. Als je een antikankermedicijn maakt, is de absolute opbrengst niet zo belangrijk, klinisch onderzoek is daar de grote kostenpost. Maak je daarentegen biobrandstof of een medicijn voor de derde wereld, dan is de kostprijs en dus de opbrengst een kritische succesfactor. Op het moment produceert Dupont 3PG, voor gebruik in tapijtvezels, in gemodificeerde E. coli. De opbrengsten zijn bijzonder hoog. DuPont gaat in het zuiden van de VS een fabriek bouwen, in Tennessee meen ik.”
Hoe lastig wordt de opschaling naar een proces op industriële schaal?
“We gaan artemisinine produceren in tanks van 50.000 of misschien wel 100.000 liter. Die zullen 24 uur per dag, 365 dagen per jaar moeten draaien om voldoende medicijnen voor de hele wereld te maken. Als onze opbrengsten zijn zoals we hopen, moet een tank van 15.000 liter de hele wereldbehoefte aankunnen.”
Als het lukt ben je direct verantwoordelijk voor het redden van miljoenen mensenlevens.
“Ik hoop het. Maar bij iedereen die aan dit project meewerkt, leeft het besef dat mensen dit medicijn echt nodig hebben, dat we direct levens redden als het lukt. Elke dertig seconde sterft een kind in Afrika aan malaria, daarvan is iedereen doordrongen, dat getal.”
Is dat geen loden last? Kun je dan nog wel stoppen met werken? Elk toiletbezoek of andere afleiding is weer zoveel kinderen.
“We denken aan dat getal. Ik wil niet bot overkomen, maar als wij dit werk niet deden, dan zouden de mensen ook sterven. Het is voor mij belangrijk dat mijn onderzoek leidt tot een nuttige toepassing. Het motiveert studenten en onderzoekers ook enorm. Maar je moet enige afstand bewaren.”
Al eens in Afrika geweest?
“Nee, ik heb wel een uitnodiging van een patholoog-anatoom die autopsie verricht op kinderen die aan malaria zijn gestorven. Aan de ene kant wil ik dat absoluut niet zien, maar het is wel goed om het te zien, denk ik. Om ooit te zien dat medicijnen, waarvoor wij verantwoordelijk zijn, worden uitgedeeld, dat zou heel erg mooi zijn.”
Je werkt ook aan aidsmedicijnen en kankermedicijnen.
De wereld gaat aan overbevolking ten onder als je zo doorgaat.
“Ha ha, nee, dat denk ik niet. Kanker treedt in het algemeen op bij ouderen. Malaria treft vooral kinderen omdat hun immuunsysteem nog onvoldoende ontwikkeld is. Mijn hoop is dat als je de kindersterfte kan terugdringen er automatisch geboortebeperking zal optreden. Het dilemma voor een ontwikkelingsland is: waar begin je? Met de economie of de gezondheid? Je weet dat als de welvaart zou toenemen er meer geld komt voor gezondheidszorg. Maar zonder gezonde werknemers krijg je nooit een florerende economie van de grond. Je moet dus beide problemen tegelijkertijd aanpakken. Door te zorgen voor betaalbare medicijnen kunnen mensen werken en gaat de economie erop vooruit.”
Het hele artemisinine-project is non-profit. Is dat goed? Zijn commerciële partijen niet nodig?
“Geen van de partijen die geld van de Gates Foundation heeft gekregen zal winst maken. Maar tabletmakers, distributeurs et cetera zullen wel een bescheiden winst mogen maken. Je hebt een incentive nodig om partijen te binden, aan het eind van de dag moeten ook zij kunnen eten. Mogelijk zullen grote farmabedrijven mee willen doen vanwege de maatschappelijke waardering, dat zou prachtig zijn. Omdat wij alle octrooien beheren, hebben wij controle over het hele proces.”
Hoe lang zal het duren voordat de malariaparasiet ook resistentie tegen artemisinine heeft opgebouwd?
“In het lab zijn al resistente parasieten gezien. Er zijn vooralsnog geen gedocumenteerde gevallen bekend van patiënten besmet met resistente parasieten. Maar het zal zeker eens gebeuren. Cruciaal is het om slim om te gaan met artemisinine, door de stof alleen te gebruiken in combinatie met andere medicijnen en zorgvuldig voor te schrijven. Een eenvoudige goede test voor malaria zou ook helpen. Iedereen met koorts neemt nu voor de zekerheid een malariamedicijn.”
Is het echt waar dat een collega-onderzoeker niet het relevante gen uit de artemisinineplant aan jou wilde afstaan? Waarom niet?
“Vanwege de competitie. Ik zou het eigenlijk niet meer moeten zeggen in het openbaar, maar ik was behoorlijk geraakt door het feit dat iemand voor zo’n belangrijk probleem de eigen glorie vooropstelt. De algemene norm in de biologie is dat je deelt wat je vindt. Als we stoppen organismen, genen en enzymen uit te wisselen houdt alles op. Ik was echt geschokt toen het gebeurde.”
Zijn er plannen om met hamstercellen of mensencellen te gaan werken?
“Ik doe chemie. Alleen als ik een menselijk eiwit zou willen maken, heeft het zin in mensencellen te werken vanwege de glycosilering en zo. Anders geef ik toch echt de voorkeur aan E. coli of gist. Ik werk graag met het meest eenvoudige platform dat nog voldoet. Maak je leven niet ingewikkelder dan het al is.”
Nooit een nachtmerrie gehad dat een bacterie uit het lab ontsnapt?
“Het vergt zoveel werk om bacteriën zo ver te krijgen dat ze produceren wat jij wilt. Het heeft ons jaren onderzoek gekost om ze artemisinine te laten maken. Ik maak me er dus niet zo’n zorgen over. Ten eerste omdat we goedaardige dingen doen, en ten tweede: geen microbe zou in het wild willen fuseren met de bacteriën die wij maken omdat er geen evolutionair voordeel te halen valt. Aan de andere kant kunnen we die zorgen niet zo eenvoudig benaderen. We moeten ons er zorgen over maken, het publiek mag niet denken dat wij slordig omspringen met genetisch gemodificeerd materiaal. Dan krijg je een woedereactie, escalatie en overbodige wetgeving. We moeten het publiek vertellen wat we doen en zelf geen gekke dingen doen. Het publiek accepteert gemodificeerde microbes, denk ik. Deels waarschijnlijk omdat ze in een afgesloten tank zitten. En omdat je dan niet in planten of dieren hoeft in te grijpen.”
Energievoorziening is ook een mooi probleem.
“Ja, dat is een van onze grote doelen voor in de toekomst. Sommige metabole paden die we nu inbouwen, zouden we kunnen gebruiken om dieselvervangers en zo te maken. Ik geloof niet dat ethanol het antwoord is. Het is een goede start, maar een vijfduizend jaar oude oplossing voor een modern probleem. Ethanol is giftig voor het organisme dat het produceert. Het is wateroplosbaar dus je hebt energie-intensieve destillatie nodig. Je kunt ethanol niet verpompen, dus moet je alles lokaal produceren en met tankwagens vervoeren. Octaan zou een perfect molecuul zijn, als we het zouden kunnen maken.
Op het moment wordt ethanol gewonnen uit graan. Maar dat is een lastig gewas, het heeft veel water en kunstmest nodig. Alternatieven zijn landbouwafval, suikerbieten of snelgroeiende grassoorten. Ik richt me vooral op de vraag welke moleculen je zou kunnen maken, dan zien we wel wat de bron wordt. Het is een bijzonder lastig verhaal omdat je de concurrentie op prijs moet aangaan met benzine. Maar we moeten wel. Afhankelijk van wie je gelooft, zal klimaatverandering nu al of op de lange termijn een heel groot probleem worden. Het is de right thing to do, hoe je het ook bekijkt.”
Hoe nuttig was de reis van de Sorcerer, de boot waarmee Craig Venter een inventarisatie van bacterieel leven in de oceanen heeft uitgevoerd?
“De stemmen moeten nog worden geteld. Wat betreft opheldering van genen en als inventarisatie van de oceanen was de expeditie heel erg waardevol. Het is nog te vroeg om te beoordelen of ze bijdraagt aan de oplossing van het energieprobleem, wat een achterliggende motivatie was. Venter heeft veel hydrogenases gevonden, enzymen die waterstof kunnen produceren. Waterstof wordt niet de standaard brandstof in de nabije toekomst. Het probleem is misschien dat er weinig cellulose op de zeebodem is. Ik ken ook geen bacteriën uit de zee die ethanol of koolwaterstoffen produceren. Wat dat aangaat zou een bio-harvesting op de bodem van een groot bos veel waardevoller zijn, maar minder aangenaam ongetwijfeld.”|
FEITELIJK
Partners in het malariaproject:
Bill & Melind Gates Foundation
Missie: ‘Bringing innovations in health and learning to the global community’
Amyris Biotechnologies
Missie: ‘Realizing the promise of synthetic biology’
Institute for OneWorld Health
Missie: ‘The institute of OneWorld Health develops safe, effective, and affordable new medicines for people with infectious diseases in the developing world’
Nog geen opmerkingen