Uw profiel is aangemaakt

U heeft een e-mail ontvangen met een activatielink. Vergeet niet binnen 24 uur uw profiel te activeren. Veel leesplezier!

Nanobuisjes laten planten licht geven - een paar dagen

Home

Willem Schoonen

© AFP

Twee onderzoeksgroepen komen tegelijk met een nieuwe methode voor plantenveredeling. Met nanobuisjes.

Als je wilt sleutelen aan de genen van mens of dier, moet je voorzichtig te werk gaan. Maar planten zijn niet van die watjes; nieuwe genen kun je daar met een buks in schieten. Bioballistiek wordt dat genoemd, en het werkt. Maar het is een grove techniek, die de plant kan schaden. Wil je een fijnzinniger methode, dan kun je een bacterie gebruiken om genen in de plant af te leveren. Agrobacterium is een geliefde koerier. Maar Agrobacterium heeft niet tot alle plantensoorten toegang.

Lees verder na de advertentie

Nu komen twee Amerikaanse onderzoeksgroepen, los van elkaar maar tegelijk, met een nieuwe weg: nanotechnologie. De ene groep zit aan technische universiteit MIT en werkt samen met de Nationale Universiteit van Singapore, de andere groep zit aan de Universiteit van Californië in Berkeley. Hun beider publicaties verschenen deze week in vakblad Nature Nanotechnology.

De nanobuisjes zijn zo klein dat je ze in een waterige oplossing aan de plant kunt voeren

Beide groepen zijn erin geslaagd om met nanobuisjes genetisch materiaal af te leveren in de plant en dat daar ook tot werking te laten komen. Er wordt al enige tijd gekeken naar nanobuisjes als koerier in de biologie. Maar tot nu toe vooral bij dieren. De buisjes zijn gemaakt van grafeen dat wordt opgerold, en zijn piepklein, enkele miljoensten van een meter, er kunnen er makkelijk duizend naast elkaar in een mensenhaar. Het grafeen waarvan ze zijn gemaakt, is pure koolstof; risico’s voor de gezondheid heeft deze basisstof niet. Zulke koolstofbuisjes zijn in onderzoek bij knaagdieren gebruikt om stukjes DNA, genetisch materiaal, af te leveren in de verschillende delen van het lichaam.

Waterige oplossing

Dat kan in planten ook. De nanobuisjes zijn zo klein dat je ze in een waterige oplossing aan de plant kunt voeren. Hier is dat gebeurd door de oplossing met een naaldloze spuit te injecteren in de bladeren van planten door de huidmondjes waarmee de plant ademt. Het is een bekende methode. De nanobuisjes vinden daarmee gemakkelijk hun weg. 

Maar als je ze gebruikt om genetisch materiaal af te leveren, moeten de buisjes eenmaal binnen ook doordringen tot in de plantencel. Dat blijken ze te doen. Ze komen door het membraan heen dat zo’n plantencel omringt. En hoe goed ze dat doen blijkt te worden bepaald door hun afmetingen en door de elektrische lading die ze dragen. Dat zijn twee eigenschappen je bij het maken van de buisjes in de hand hebt. Hoe groot je de buisjes maakt kun je zelf bepalen, en hun elektrische lading wordt bepaald door het jasje dat je meegeeft.

Je kunt dus sturen. Een van de onderzoeksgroepen wist buisjes te maken, die niet alleen doordringen in de plantencel maar daar specifiek worden opgenomen door de chloroplasten, de bladgroenkorrels. Chloroplasten zijn onderdeel van de plantencel. Ze geven die niet alleen zijn groene kleur, maar verzorgen ook de fotosynthese, waarmee ze zonlicht omzetten in bouwstenen voor de plant.

De chloroplast is weliswaar onderdeel van de plantencel, maar een behoorlijk zelfstandige eenheid, met een eigen stukje DNA en een eigen energievoorziening. Het is de ideale plek om een stukje DNA af te leveren en aan het werk te zetten. Bijvoorbeeld een stukje DNA dat de instructie bevat voor de productie van stoffen voor medicinaal of industrieel gebruik.

Het DNA dat je op deze manier inbrengt, werkt maar een paar dagen

Mark Aarts, hoogleraar genetica aan Wageningen Universiteit

Prikkelend

Mark Aarts, hoogleraar genetica aan Wageningen Universiteit (WUR) noemt de beide onderzoeken prikkelend, en een doorbraak in de plantbiotechnologie. “Het is opmerkelijk hoe goed die nanobuisjes in deze experimenten worden opgenomen door de plantencel.” 

Het bijzondere van deze methode is dat het DNA dat je met nanobuisjes in de plantencel aflevert, daar wel zijn werk doet maar niet wordt ingebouwd in het genoom, de complete DNA-set, van de plant. In de cel komen de stukjes DNA die op de buisjes zijn geplakt weer vrij en gaan als zelfstandige partjes genetische code hun werk doen. Het is een heel ander verhaal als je DNA met een buks in de plant schiet of met Agrobacterium naar binnen brengt. Met de buks is in principe beide mogelijk, zegt Aarts, maar Agrobacterium kan alleen succesvol genen overbrengen als die ook worden ingebouwd in het genoom van de plant.

Een stukje genetische code dat níet in het genoom wordt opgenomen heeft een groot voordeel: het werkt wel, het geeft de plant de gewenste eigenschappen, maar kan niet worden overgedragen op nageslacht of andere soorten. Het heeft echter ook een nadeel, zegt Aarts: “Het DNA dat je op deze manier inbrengt, werkt maar een paar dagen.” In de Amerikaanse onderzoeken is met die nanobuisjes een gen voor fluorescentie in de plant gebracht, zodat de onderzoekers letterlijk konden zien dat het werkt. Maar inderdaad: na een paar dagen ging het licht uit. De stukjes DNA die zelfstandig in de plantencel moeten opereren zijn na een paar dagen op. 

Maar nu ze hebben aangetoond dat dit principe werkt, willen de onderzoekers aan die nanobuisjes andere dingen meegeven. Bijvoorbeeld stukjes code die voorzien zijn van een schaartje waarmee het DNA van de plant op een enkele, zorgvuldig gekozen plek kan worden herschreven. Dat wordt gene editing genoemd, en de technieken ervoor ontwikkelen zich stormachtig. Gene editing zorgt wel voor blijvende veranderingen van de plant, die ook aan het nageslacht worden doorgegeven. Het zou een nieuwe manier zijn om bijvoorbeeld planten weerbaar te maken tegen ziekten of de opbrengst van gewassen te verhogen.

Omstreden

Deze methode van genetische verbetering van planten is geen genetische modificatie, tenminste niet volgens de definitie die gangbaar is in grote delen van de wereld. Genetisch gemodificeerde organismen, GMO’s, zijn omstreden. Tegenstanders zien er risico’s in voor milieu en/of volksgezondheid. GMO’s zijn daarom in veel landen gebonden aan strenge wetgeving. Maar genetische verbetering met nanobuisjes, zoals in deze onderzoeken gebeurt, brengt geen verandering aan in het genoom van de plant. De methode is dus niet gebonden aan die strenge regels. 

En zelfs wanneer het lukt om de nanobuisjes te gebruiken voor gene editing en voor blijvende veranderingen in het genoom van de plant, dan nog is deze methode geen genetische modificatie. Tenminste niet in Noord-Amerika en verscheidene andere continenten. 

Europa is de uitzondering. Dat komt door een uitspraak die het Europees Hof voor Justitie vorig jaar heeft gedaan. In die zaak moest het Hof een oordeel vellen over gene editing, die nieuwe technieken voor het redigeren van DNA. De Europese heeft een GMO-richtlijn die stamt uit een tijd dat DNA nog niet nauwkeurig kon worden geredigeerd, maar daarin alleen hele hoofdstukken konden worden vervangen of toegevoegd.

Het Hof kreeg van zijn eigen advocaat-generaal het advies om die nieuwe, verfijnde redigeertechnieken niet onder de strenge eisen van die GMO-richtlijn te laten vallen. Maar het Hof oordeelde anders. Gevolg is dat Europa veel strengere regels heeft voor genetische verbetering dan de rest van de wereld. Gevolg zal ook zijn dat als de techniek met de nanobuisjes op de markt komt, die techniek in Europa een zware wettelijke hobbel moet nemen. Mark Aarts: “Het maakt eens te meer duidelijk dat er een politieke beslissing nodig is om die Europese richtlijn aan te passen. Maar helaas hebben veel EU-lidstaten en het Europees parlement niet de moed dat te doen.”

Lees ook:

‘EU standpunt genetisch gemodificeerd gewas achterhaald’ 

De landen van de Europese Unie verliezen terrein in de race om meer voedsel te verbouwen op de steeds schaarser wordende landbouwgrond. Dit heeft ernstige gevolgen voor de voedselwetenschap, het milieu, voedselveiligheid, werkgelegenheid en de economische groei van de binnenlandse voedselproductie.

Deel dit artikel

De nanobuisjes zijn zo klein dat je ze in een waterige oplossing aan de plant kunt voeren

Het DNA dat je op deze manier inbrengt, werkt maar een paar dagen

Mark Aarts, hoogleraar genetica aan Wageningen Universiteit