Maandag 26/09/2022

AchtergrondCrispr-cas

‘Wereldhonger gaat het niet oplossen, maar het kan wel een verschil maken’: wetenschappers hebben grote plannen met ons eten

Dankzij de crispr-techniek kunnen we in de toekomst tomaten met extra vitamine D telen, een stof die we nu vooral uit dierlijke producten halen. Beeld Getty Images/500px
Dankzij de crispr-techniek kunnen we in de toekomst tomaten met extra vitamine D telen, een stof die we nu vooral uit dierlijke producten halen.Beeld Getty Images/500px

Wetenschappers sleutelen met de genbewerkingstechniek crispr-cas aan gewassen om ze gezonder te maken of beter bestand tegen droogte en ziektes. Hoelang nog voor we tomaatjes eten met extra vitamine D of aardappelen zonder vlekjes?

Dieter De Cleene

Halen we binnenkort onze dagelijkse dosis vitamine D niet alleen uit vlees, vis en een zonnebad, maar ook uit tomaten? Van nature bevatten planten weinig vitamine D, onder meer belangrijk voor sterke botten en de preventie van bepaalde ziektes.

Met de genbewerkingstechniek crispr-cas slaagden wetenschappers er onlangs in tomaten te creëren die ongeveer een vijfde van de dagelijks aanbevolen dosis bevatten. Volgens een commentaarstuk in het vakblad Nature kunnen tomaten met extra vitamine D in de toekomst een nieuwe bron van de vitamine worden, die we nu vooral uit dierlijke producten halen.

In 2020 ontvingen Emmanuelle Charpentier (Max Planck Institut) en Jennifer Doudna (UC Berkeley) de Nobelprijs voor Chemie voor de ontwikkeling van de crispr-cas-techniek, een ‘genetische schaar’ die volgens het Nobelprijscomité een ‘revolutie in de levenswetenschappen’ teweegbrengt. De techniek maakt het mogelijk met ongekende precisie wijzigingen aan te brengen in DNA.

De schaar is inmiddels standaardgereedschap in het lab. Wetenschappers gebruiken de methode onder meer om behandelingen te ontwikkelen tegen ziektes zoals kanker, bloed- en oogziektes, maar ook om aan planten te sleutelen.

Het komt er daarbij op aan heel gericht mutaties aan te brengen. Een stukje DNA dat dienst doet als gids leidt het cas-eiwit naar de juiste plek in het genoom. Daar knipt het eiwit het DNA stuk. Vervolgens komen herstelmechanismen in actie om de brokken te lijmen. Die zijn niet erg nauwkeurig, wat er doorgaans toe leidt dat het gen in kwestie uitgeschakeld wordt, met nieuwe eigenschappen tot gevolg. Het is plantenveredeling op speed. Anders dan bij genetische modificatie hoeven daarvoor geen genen uit andere organismen te worden ingebouwd.

Rijst

De lijst met toepassingen is lang. De Europese plantenwetenschappersorganisatie EU SAGE (European Sustainable Agriculture through Genome Editing) lanceert deze week een databank waarin ze het onderzoek bijhoudt. Daarin staan meer dan vijfhonderd toepassingen in ruim zestig verschillende planten.

Het gewas waaraan het meest wordt gesleuteld is rijst, want China zet hard in op biotech. De Chinezen werken onder meer aan rijst die kleinere hoeveelheden van het schadelijke element cadmium opstapelt. Andere populaire planten zijn tomaat, mais, soja, tarwe en aardappelen.

Wetenschappers gebruiken crispr ook in de strijd tegen voedselverlies, door bijvoorbeeld aubergines, champignons en aardappelen te ontwikkelen die minder snel bruin verkleuren. Het Amerikaanse biotechbedrijf Simplot werkt aan aardbeien die minder snel bederven.

Tot dusver raakten slechts enkele producten die met genbewerking zijn gemaakt op de markt. In Japan kunnen consumenten sinds september vorig jaar de tanden zetten in tomaten die dankzij genbewerking rijk zijn aan gamma-aminoboterzuur (GABA), een stofje dat in het land een populair supplement is en een gunstig effect op de bloeddruk zou hebben. Het Amerikaanse Calyxt bracht sojaolie op de markt die geen ongezonde transvetten bevat, dankzij een genetisch knipje.

Of de Japanse tomaten grote gezondheidsvoordelen bieden, is twijfelachtig. En ook van de vitamine D-rijke tomaten zou je er vooralsnog behoorlijk wat moeten verstouwen om een deftige dosis binnen te krijgen. Als ze er ooit komen, want de weg van het lab naar het schap is lang.

Verborgen honger

De tomaten illustreren volgens René Custers van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) wel de diversiteit aan toepassingen. “Anders dan bij de klassieke genetisch gemodificeerde planten, die vooral voordelen hebben voor landbouwers, zijn heel wat toepassingen gericht op gezondheid en voordelen voor de consument”, zegt Custers.

Horen ook in dat rijtje thuis: tarwe die meer magnesium bevat, of minder fytinezuur, een stof die de opname van ijzer hindert, en bananen die meer vitamine A opleveren. De Amerikaanse start-up Pairwise kondigde recent aan volgend jaar bladgroenten op de markt te zullen brengen die met crispr voedzamer zijn gemaakt.

Planten die meer voedingsstoffen bevatten zijn in de eerste plaats relevant in ontwikkelingslanden, zegt Dominique Van Der Straeten, hoogleraar plantenfysiologie aan de UGent, die met gentech zelf rijst met meer vitamine B9 ontwikkelde.

“Ongeveer een derde van de wereldbevolking lijdt aan ‘verborgen honger’, een tekort aan bepaalde vitamines en mineralen”, zegt Van Der Straeten. “Een divers voedingspatroon is de beste oplossing, maar dat is in ontwikkelingslanden vaak niet haalbaar. Ik geloof daarom in een gediversifieerde aanpak. Met een technologie als crispr lossen we dit niet volledig op, maar het kan wel een verschil maken.”

Daarnaast ziet Van Der Straeten toch een meerwaarde voor industrielanden. “We moeten evolueren naar een dieet met minder dierlijke producten, vanwege de impact van veeteelt op klimaat en biodiversiteit. Dan is het nuttig als we zoveel mogelijk belangrijke voedingsstoffen uit planten kunnen halen.”

Duurzamere landbouw

De grote meerwaarde van de techniek zit volgens het EU SAGE-collectief in haar potentieel om de landbouw duurzamer te maken. Door gewassen beter bestand te maken tegen ziektes en plagen, of tegen de weersextremen waarmee we in een opwarmend klimaat steeds vaker zullen worden geconfronteerd. Of door ervoor te zorgen dat planten beter groeien met minder meststof.

Aan het VIB groeit momenteel mais die beter bestand moet zijn tegen droogte. In de plant is één gen uitgeschakeld dat de planten in een soort slaapstand zet bij stress, zoals een gebrek aan water. In een serre vertaalde dat zich al in grotere planten. Het is nu afwachten of de planten het ook in weer en wind in het veld beter doen, en of dat aan het eind van de rit meer mais oplevert.

Eigenschappen zoals droogtetolerantie zijn vaak een complex samenspel van genen, wat de ontwikkeling van gewassen die beter tegen de droogte bestand zijn niet eenvoudig maakt. Dan is resistentie tegen bepaalde ziektes soms makkelijker voor elkaar te krijgen. Bepaalde schimmels herkennen hun slachtoffer aan één specifiek eiwit.

“Het is als een vlaggetje waarmee de plant naar zijn belager zwaait”, zegt biotechnoloog Jan Schaart (Wageningen Universiteit). “Haal het vlaggetje weg en de schimmel herkent de plant niet meer.”

Dat kregen Chinese en Duitse onderzoekers voor elkaar in tarwe. Door één gen uit te schakelen maakten ze de planten resistent tegen meeldauw, een schimmel waartegen boeren nu veel bestrijdingsmiddelen moeten spuiten.

Gerichte genbewerking is bij een gewas als tarwe een godsgeschenk, omdat de plant van elk gen zes kopieën heeft. “Het zou een eeuwigheid duren om via klassieke veredeling een variëteit te verkrijgen waarin alle zes die kopieën zijn uitgeschakeld”, zegt Schaart.

Schaart en zijn collega’s schakelden in tarwe dan weer enkele genen uit die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van bepaalde gluten die mensen met glutenintolerantie niet goed verdragen. “Dat levert tarwe op die mensen met intolerantie veilig kunnen eten”, zegt Schaart.

Sleutelen aan populaire gewasvariëteiten is één optie. “Je kunt ook vertrekken van een wilde variëteit met interessante eigenschappen, zoals ziekteresisentie, en die aantrekkelijker maken voor consumptie”, zegt biotechnoloog Ruben Vanholme (VIB). “Alsof je het hele domesticatieproces versneld doorloopt.”

Zo toonden onderzoekers in het vakblad Nature Biotechnology hoe ze de productiviteit van een wilde tomatenvariëteit met enkele mutaties opkrikten.

In sommige gewassen is moderne gentechnologie mogelijk de enige weg vooruit. Vrijwel de hele wereldhandel in bananen draait om één variëteit: de Cavendish-banaan. Dat levert jaarlijks zo’n 50 miljoen ton genetisch nagenoeg identieke bananen op. De teelt heeft zwaar te lijden onder twee schimmels, die hele plantages kunnen verwoesten.

Doordat bananenplanten steriel zijn en door stekken worden vermeerderd, is het onmogelijk om resistentie via klassieke veredeling in te kruisen. “Genetische modificatie en technieken zoals crispr bieden mogelijk een oplossing”, zegt biotechnoloog Bart Panis (KU Leuven). “Het potentieel van deze techniek is enorm, maar we moeten ons ervoor hoeden ze als een mirakeloplossing voor te stellen”, vindt Panis. “Het blijft vaak een complex proces om een betere plant te maken die in het veld goed presteert.”

Achterhaalde regels

Maar niet alleen de biologische complexiteit is een hindernis. In 2018 besliste het Europees Hof voor Justitie dat planten die met moderne technieken zoals crispr-cas zijn veredeld onder de Europese ggo-regelgeving vallen.

“Totaal onlogisch”, vindt Panis. En hij niet alleen. Plantenwetenschappers hebben er al herhaaldelijk op gewezen dat er bij genbewerking geen vreemd DNA wordt toegevoegd en dat je met de techniek gerichter mutaties aanbrengt dan door planten te kruisen of door zogenoemde mutagenese, waarbij met straling of chemicaliën random mutaties worden uitgelokt in de hoop dat er een paar nuttige tussen zitten.

Toch moeten crispr-planten dezelfde strenge en dure markttoelatingsprocedure doorlopen als ggo’s. De vrees is dat de lat om een nieuwe crispr-plant op de Europese markt te brengen daardoor erg hoog komt te liggen. “De huidige Europese wetgeving is achterhaald en hindert innovatie”, schreef Dirk Inzé, directeur van het departement plantensysteembiologie (VIB), onlangs in een opinie in het vakblad Trends in Plant Science.

Niet iedereen is ervan overtuigd dat crispr-planten aan een minder strenge controle moeten worden onderworpen. De vzw Voedsel Anders lanceerde onlangs een petititie die oproept de regels voor wat de organisatie als ‘nieuwe ggo’s’ bestempelt niet te versoepelen.

Vorig jaar presenteerden de Europese groene partijen een rapport waarin ze stellen dat genbewerking “noch precies, noch controleerbaar” is en “kan leiden tot eigenschappen die de volksgezondheid en het milieu bedreigen”.

“Nieuwe GM-technologie heeft geen plaats in duurzame landbouw”, schreven de groene Europarlementsleden Benoît Biteau en Martin Häusling in een begeleidende opinie.

Volgens de Europese Federatie van Wetenschapsacademies (ALLEA) luidt de wetenschappelijke consensus dat “planten die met genbewerking zijn gecreëerd geen groter gevaar voor het milieu of de gezondheid vormen dan klassiek veredelde planten en even (on)veilig zijn”.

Ook de eigen wetenschappelijke adviesraad van de Europese Commissie riep al op de regelgeving te herzien. Daar komt bij dat het onmogelijk is om te achterhalen of een plant het resultaat is van klassieke veredeling dan wel van moderne genbewerking. Als Europa straks crispr-planten die in andere delen van de wereld groeien buiten de deur wil houden, is niet duidelijk hoe dat moet.

Het gewas waaraan het meest wordt gesleuteld is rijst. De Chinezen werken onder meer aan rijst die kleinere hoeveelheden van het schadelijke element cadmium opstapelt.  Beeld REUTERS
Het gewas waaraan het meest wordt gesleuteld is rijst. De Chinezen werken onder meer aan rijst die kleinere hoeveelheden van het schadelijke element cadmium opstapelt.Beeld REUTERS

In april vorig jaar besloot de Europese Commissie dat moderne plantenveredeling kan bijdragen tot de realisatie van de doelstellingen uit de Green Deal en dat de huidige regels aan herziening toe zijn.

U wilt de Europese Commissie laten weten hoe ze crispr-planten dan wél moet reguleren? Dat kan. Sinds eind april en nog tot 22 juli loopt daarover een online publieke consultatie. Begin 2023 komt de Commissie vermoedelijk met een voorstel voor nieuwe regels.

“Dit is een erg nuttig nieuw stuk gereedschap in de kist van plantenveredelaars”, zegt Vanholme. “Willen we nog wat natuur overhouden en de klimaatverandering afremmen, dan moeten we ons voedsel met zo weinig mogelijk impact produceren op een zo klein mogelijk oppervlakte. Deze techniek kan daarbij helpen. Maar dan moeten we hem wel omarmen, en niet tegenwerken.”

Vier keer knutselen met crispr


Apetijtelijker aardappelen
Als aardappelen tijdens transport en opslag gekneusd raken, ontstaan bruine vlekken die de aardappel onaantrekkelijk en onsmakelijk maken. Zweedse en Argentijnse wetenschappers schakelden een gen uit dat cruciaal is bij het ontstaan van de verkleuring. Dat moet tot minder gevoelige aardappelen en minder voedselverspilling leiden.

Glutenarme tarwe
Nederlandse onderzoekers schakelden in tarwe enkele genen uit die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van gluten die mensen met glutenintolerantie niet goed verdragen. De tarwe is niet volledig glutenvrij, maar bevat volgens de wetenschappers enkel ‘veilige’ gluten, die goed worden verdragen.

Minder spuiten op citrusvruchten
De bacterie Xanthomonas axonopodis veroorzaakt bij citrusvruchten zogenoemde citruskanker. De ziekte is een groot probleem in de citrusteelt. Bestrijding is lastig en gebeurt doorgaans met weinig milieuvriendelijke koperverbindingen. Chinese wetenschappers slaagden erin planten minder vatbaar te maken voor de ziekte door enkele genen uit te schakelen.

Graan dat minder meststoffen nodig heeft
Graangewassen slagen er doorgaans niet in om alle toegediende meststoffen te benutten, met uitspoeling en milieuvervuiling tot gevolg. Chinese onderzoekers creëerden met crispr tarwevariëteiten die in het lab beter groeien met minder meststoffen. Ze maken zich sterk dat ze dat trucje ook met andere graangewassen kunnen herhalen.

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234