Achtergrond

Mijlpalen uit de plantentechnologie

Arsène Lepoivre |
Genetica & Sequencing, Voeding

Wie was Mendel? Waarom kon een microbioloog een Nobelprijs voor de Vrede krijgen? En wat als genetisch gemanipuleerde organismes nu eens bio worden? Arsène Lepoivre duikt in het gewas.

Sinds de prehistorie hebben mensen nuttige gewassen herkend die eetbare producten opleverden. Wat ooit in de natuur een piepkleine maiskorrel moet zijn geweest, werd gaandeweg getransformeerd tot het bekende massaproduct voor mens en vee. Van tarwe wordt algemeen aangenomen dat wilde tarwe miljoenen jaren geleden heeft geleid tot onze broodtarwe door herhaalde kruisingen met het gras ‘geitenoog’. Dat natuurlijke proces verliep echter heel traag.

Pas vanaf begin 19de eeuw groeide de wetenschappelijke belangstelling voor plantenveredeling, en de echt grote stappen in die ontwikkeling kwamen nog een eeuw later. In dit artikel komen enkele mijlpalen in deze recente geschiedenis aan bod.

Tuinerwten

De Augustijner monnik Johan Gregor Mendel (1822-1884) legde de basis voor de plantengenetica. Hij bracht een groot deel van zijn leven door in het klooster in Alt Brunn (nu Staré Brno, Tsjechië) waarvan hij later abt zou worden. Alt Brunn gold als centrum van excellentie en trok veel vooraanstaande onderzoekers. In 1846 woonde Mendel er lezingen bij over de beste methode voor de kunstmatige bevruchting voor veredeling van planten. Geboeid door de nieuwe inzichten over celbiologie studeerde Mendel van 1851 tot 1853 verder aan de universiteit van Wenen. Hij werd zelf leraar fysica en biologie en was een bewonderaar van Darwins theorie over natuurlijke selectie.

Uit een studie op wieren was toen al bekend dat de voortplanting begon met de versmelting van mannelijke en vrouwelijke cellen. In de kloostertuin experimenteerde Mendel gedurende zeven jaar zelf met het kruisen van tuin­erwten. In zijn eindreferaat Versuche über Pfanzen-Hybriden (1865) beschrijft hij overtuigende argumenten voor de overdracht van erfelijke ouderlijke kenmerken op het nageslacht, nu algemeen bekend als de ‘wetten van Mendel’.

Bij zijn overlijden bewierookte een in memoriam voornamelijk zijn veelzijdigheid als wetenschapper, maar deed zijn baanbrekend onderzoek op plantenhybriden af met een korte vermelding. Pas rond 1900 herontdekten drie onderzoekers zijn wetten: Hugo de Vries in Nederland, Carl Correns in Duitsland en Erich von Tschermak in Oostenrijk.

Groene revolutie

Lange tijd bleef plantenveredeling daarna een triomf van het kruisen. Een hoogtepunt was de Nobelprijs voor de Vrede die in 1970 werd uitgereikt aan Norman Borlaug, microbioloog bij DuPont de Nemours, vanwege zijn bijdrage aan de bestrijding van de honger in de wereld. Na zijn doctoraal werk over plantenpathologie in 1942 aan de University of Minne­sota deed Borlaug een tiental jaren uitvoerig veldwerk in Mexico in verband met de ontwikkeling van nieuwe graangewassen. Door het kruisen van vele exotische soorten lukte het hem om betere en schimmelresistente zaden te ontwikkelen. Daardoor verdubbelde de Mexicaanse graanoogst in de loop van de zestiger jaren. Zijn graanvarianten waren nadien even succesvol in Pakistan, India en andere landen.

Maar vanaf midden 20ste eeuw kwam de studie van de plantenseks pas echt in een stroomversnelling door wat heet ‘genetische technologie’ of kortweg ‘gentech’. De kennis van de DNA-structuur als dragers van de gen-structuur gaf de plantenveredeling een grote boost. Door het steeds vlotter achterhalen van de DNA-codes konden wetenschappers ook bij plantensoorten de variatie in eigenschappen linken met typische DNA-fragmenten. Waar ze vroeger na elke kruisingspoging moest afwachten tot de plantjes volgroeid waren, kunnen ze nu al bij de eerste kiemen constateren wat de nieuwe gen-structuren zijn. In proefbuizen kijken onderzoekers hele reeksen kruisingen na om binnen de kortste tijd te kunnen vaststellen welke de meest interessante resultaten kunnen opleveren als je ze verder laat groeien. Dit heet ‘markertechnologie’, om het te onderscheiden van wat inmiddels de echte ‘gentech’ is geworden. De bekendste naam op dit gebied is Monsanto, maar daarnaast zijn er ook veel kleine, gespecialiseerde bedrijven zoals het Noord-Neder­landse Bejo, bekend om zijn vele ajuinensoorten.

Gentech

Om genen actief te manipuleren, ontstond een breed gamma van technieken. Jeff Schell en Marc Van Montagu ontwikkelden in Gent een van de eerste aan het einde van de jaren zeventig. Zij slaagden erin een gentransfer uit te voeren met behulp van een bodembacterie. Door vooraf in deze bacterie het DNA met een tumor-eigenschap te vervangen door een ander geschikt DNA, konden ze nieuwe nuttige genetische informatie inbrengen in de cellen van onder andere tabaksplanten.

Een ander goed voorbeeld is het bekende maiszaad van Monsanto. Het draagt een gen, afkomstig van een bacterie die berucht is als doder van een aantal insecten die de maisplant aanvreten. In deze plant zit nu een endotoxine dat ook de larven van zulke insecten onmiddellijk doodt. In de VS wordt dit algemeen gebruikt.

Actueel bestaan in Europa nog grote twijfels over genetisch gemanipuleerde organismes (ggo’s). Een bekend voorbeeld is de discussie rond de Round­up Ready-gewassen. Dit zijn planten die een gen bevatten waardoor ze resistent zijn tegen Roundup, oftewel glyfo­saat, een synthetisch glycinefosfaat. Glyfosaat is een relatief onschadelijke onkruidverdelger die al decennialang in land- en tuinbouw toepassing vindt, maar nu wordt verdacht van mogelijke carcinogene werking.

Knipwerk

CRISPR is het acroniem van clustered regularly interspaced short palindromic repeats, korte segmenten van herhaalde codes in het DNA. Cas9 is de codenaam van een endonuclease-enzym dat bepaalde nucleotides uit een DNA-streng kan knippen. CRISPR-sequenties werden voor het eerst gezien in de jaren tachtig, en later bleken ze deel uit te maken van een bacterieel afweermechanisme tegen virussen.

Wetenschappers zoals Jennifer Doudna, van de University of California, en Emmanuelle Charpentier van het Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlijn, wisten het knipsysteem dusdanig te modificeren dat het vrij selectief inwerkt op bepaalde plaatsen van een genoom. Aldus zijn enkele interessante mutaties op plantengewassen verkregen en sinds 2016 boeken onderzoekers er ook resultaten mee in dierlijke cellen. De hoop bestaat dat hier een doorbraak mogelijk is om bepaalde erfelijke aandoeningen te behandelen. Alleen moet de selectiviteit nog verbeteren. 

Deel deze pagina
Bestel nu GRATIS 2 proefnummers Mens en molecule

Bestel nu 2 GRATIS proefnummers

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Naar boven