Uitgelicht

Haarfijn gewassen verbeteren

31 mei 2019

Wat als tomaten dieper wortelen, zodat ze in droge gebieden kunnen groeien? Kunnen we dan de groeiende wereldbevolking beter voeden? De CRISPR-Cas techniek die deze aanpassingen mogelijk zou kunnen maken is veel nauwkeuriger dan de klassieke veredeling en de aanpassingen zijn vergelijkbaar met spontane natuurlijke mutaties. Maar is deze techniek, waarvan belangrijke principes zijn ontdekt door Wageningse wetenschappers, wel veilig? Wie profiteert ervan? Waar zie jij kansen voor deze techniek?

‘Het CRISPR-systeem draagt een grote belofte in zich om mee te helpen de wereld te voeden. We kunnen er namelijk planten mee verbeteren. En dat gaat veel nauwkeuriger dan bij klassieke veredeling, zodat er slechts minieme veranderingen nodig zijn’, vertelt John van der Oost. De Wageningse hoogleraar Microbiologie heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontrafeling van het mechanisme van het CRISPR-Cas systeem, dat bacteriën in staat stelt om virussen onschadelijk te maken (zie kader). CRISPR-Cas kan in de biotechnologie worden gebruikt om de eigenschappen van voedselgewassen te verbeteren, en voor de productie van biobrandstoffen en medicijnen door micro-organismen. Bovendien wordt het benut in de geneeskunde, om mensen met sommige genetische ziektes beter te maken.

Wat is CRISPR-Cas?

CRISPR-Cas is een antivirussysteem van bacteriën. Veel bacteriesoorten hebben kleine stukjes repeterend DNA in hun chromosoom, gescheiden door variabele stukjes. Tezamen vormen deze de zogenoemde CRISPRs. Naast deze CRISPRs liggen Cas-eiwitten, die onder andere verantwoordelijk zijn voor het opzoeken en knippen van bepaalde plekken in het DNA.
Zo’n tien jaar geleden ontdekten John van der Oost en zijn collega’s dat dit een uniek afweersysteem van bacteriën is tegen binnendringende virussen. De bacterie neemt wat genetisch materiaal van een binnendringend virus over in zijn eigen DNA. Kopieën van dit CRISPR-DNA (het zogenaamde CRISPR-RNA) vormen complexen met Cas-eiwitten die patrouilleren door de cel. Zodra het virus nog een keer binnendringt, herkent het CRISPR-RNA de belager. Het Cas-enzym knipt het DNA van de virus vervolgens in stukjes, waardoor de indringer wordt opgeruimd.
Het Wageningse onderzoek liet ook zien dat je CRISPR-Cas kunt gebruiken om op een gewenste plek in het DNA van virussen te knippen. Later bleek dat dit systeem ook in bacteriën, planten, dieren – en dus ook mensen – kan worden ingebracht om een knip op een gewenste plek in het DNA aan te brengen. Een stukje CRISPR-RNA dat samen met het Cas-enzym wordt ingebracht, dient als reisleider om de gewenste plek te vinden.
De helft van de bacteriesoorten hebben een CRISPR-Cas systeem. Het is de afgelopen jaren gebleken dat er heel veel CRISPR-Cas varianten bestaan. Deze systemen kunnen onderling sterk verschillen, bijvoorbeeld voor wat betreft het werkingsmechanisme en de nauwkeurigheid.

Watertomaten

Wat de CRISPR-Cas techniek kan betekenen in gewassen, illustreert Van der Oost aan de hand van een tomaat. De tomaat was ooit een onbeduidende kleine vrucht in het Zuid-Amerikaanse oerwoud. Al honderden jaren geleden zijn mensen verschillende varianten gaan kruisen, de afgelopen zestig jaar zelfs door de zaadjes van de tomaat bloot te stellen aan chemicaliën en straling, de zogenaamde ‘klassieke mutagenese’. Daarbij werd vooral geselecteerd op grote en snel groeiende tomaten. De tomaten die nu bij de groenteboer en in de supermarkt liggen, staan dan ook ver van de natuurlijke variant af.

‘In tomaten is veel veranderd op DNA-niveau, zodat ook gunstige eigenschappen verloren zijn gegaan, zegt Van der Oost. Er is bij de klassieke veredeling bijvoorbeeld niet gelet op smaak. Veel mensen zullen zich nog de Hollandse smakeloze watertomaten herinneren van twintig jaar terug. ‘De oude veredeling is te vergelijken met schieten in het donker, waarbij je toevallig genen aan- of uitschakelt. Naast de smaak hebben bij tomaten ook de voedingswaarde en resistentie tegen bacteriën en schimmels daarvan te lijden gehad.’

Foto van een cruciaal experiment uit 2008

Minieme mutaties

Vorig jaar is in Wageningen het DNA vergeleken van een aantal veredelde tomaten en van de wilde oerwoudtomaat. Van der Oost: ‘Dan zie je dat 1 tot 2 procent van het DNA helemaal anders is. Het totale genoom bestaat uit 1 miljard basenparen, dat zijn de bouwstenen van het DNA. En nu zijn er door jarenlange veredeling en mutagenese in onze gekweekte tomaten 10 tot 20 miljoen basenparen veranderd.’ Met CRISPR-Cas hebben wetenschappers onlangs heel gericht 6 genen uitschakelen in de wilde tomaat, om te zorgen dat die groter en sneller groeit maar wel smaak, voedingswaarde en resistentie behoudt, legt Van der Oost uit. ‘Dan worden er slechts 30 basenparen veranderd. Zulke minieme veranderingen zijn vergelijkbaar met genetische mutaties die spontaan optreden in de natuur.’

“ De minimale veranderingen die we met CRISPR-Cas kunnen bewerkstelligen, zijn vergelijkbaar met genetische mutaties die spontaan optreden in de natuur. Met de techniek kunnen we de productie van voedselgewassen sterk verbeteren. De grote nauwkeurigheid van de CRISPR-Cas methode betekent dat de smaak, voedingswaarde en weerbaarheid tegen ziektes niet worden aangetast.”

John van der Oost, hoogleraar Microbiologie

Verbeteringen

Inmiddels is er zoveel kennis over CRISPR-Cas, dat de techniek heel snel en nauwkeurig kan worden toegepast. ‘De eerste CRISPR-systemen waarmee we onderzoek deden, brachten de verandering soms net voor de gewenste plek aan. Inmiddels hebben we in de natuur bij andere bacteriën CRISPR-enzymen gevonden die nog nauwkeuriger zijn.’ Met een bedrijfje zocht de microbioloog naar bacteriën die stengels uit landbouwafval kunnen afbreken. Die vonden ze dicht bij huis, op een composthoop in Ede. Deze bacterie bleek ook over een stabiel CRISPR-systeem te beschikken. ‘Er bestaan tienduizenden varianten met interessante eigenschappen en de zoektocht is in volle gang. Zo dragen we met ons onderzoek bij aan de verbetering van de nauwkeurigheid, en dus aan de veiligheid’, zegt Van der Oost.

Europese zorgen

In Europa is er veel scepsis en zorg rondom CRISPR-Cas. In 2018 besloot het Europees Hof van Justitie om de CRISPR-Cas techniek onder genetische modificatie te scharen. Dat betekent dat er voor gebruik een langdurig proces van veiligheidstesten moet worden uitgevoerd. Dit in tegenstelling tot landen als de VS, Canada, China, Japan en sinds kort ook Rusland. ‘In deze landen wordt het aanbrengen van kleine veranderingen met CRISPR niet gezien als genetische modificatie, omdat zulke kleine veranderingen in de natuur ook heel vaak optreden’, licht Van der Oost toe. ‘De EU is het braafste jongetje van de klas, en wat mij betreft ook het domste. Voor de kleinere zaadveredelaars en biotechbedrijfjes in Europese landen is dat killing omdat ze wereldwijd hun concurrentiepositie verliezen.’

Afweging

Van der Oost snapt de scepsis van mensen, maar benadrukt de verschillen ten opzichte van traditionele veredeling. ‘Al onze groenten en fruit, ook bij de biologische boeren, zijn zo ver aangepast dat ze niet meer in de natuur terug te vinden zijn. Terwijl de kleine veranderingen met CRISPR-Cas zo dicht bij het natuurlijke proces liggen dat ze niet verschillen van wat er in de natuur gebeurt in planten.’

Conferentie over CRISPR-Cas

Wil je graag meepraten? Kom dan naar ‘CRISPRcon. Conversations on science, society and the future of gene editing’. Op deze conferentie over CRISPR-Cas voeren we een open dialoog waarin we standpunten, visies en zorgen uitwisselen. CRISPRcon vindt plaats op 20 en 21 juni 2019 in Wageningen. Meer informatie en aanmelden.

Om het debat tussen voor- en tegenstanders verder te helpen, pleit het Rathenau Instituut voor een integrale afweging tussen het maatschappelijke nut, duurzaamheid en de ethische aspecten van CRISPR-Cas. ‘Het is jammer als voor- en tegenstanders de hakken in het zand zetten en zodoende de innovatieve ontwikkelingen blokkeren. Het is een goed idee om te bekijken of de techniek veilig en aantoonbaar nuttig is voor de samenleving en zo te kijken of we dit vastgelopen debat vlot kunnen trekken’, reageert Van der Oost.

Klimaatverandering

CRISPR-Cas gebruiken om voedselgewassen te verbeteren kan veel opleveren, meent Van der Oost. De gewassen kunnen weer veel meer op de wilde varianten gaan lijken, smaakvoller en voedzamer worden en weerbaarder tegen ziektes en plagen. Maar er is nog veel meer mogelijk. ‘Stel dat in een gebied droogte heerst door klimaatverandering. Als we met een gerichte en minieme aanpassing een tomaat dieper kunnen laten wortelen, kunnen er toch tomaten groeien. We kunnen hele goede dingen doen met CRISPR-Cas, waar boeren en consumenten in Afrika en Azië ook van kunnen profiteren.’

Meer lezen:

Heb je vragen of opmerkingen? Ga hieronder in gesprek.

Plaats een reactie »


John van der Oost

John van der Oost · Hoogleraar Microbiologie

John van der Oost ontving in 2018 de Spinozaprijs, de hoogste wetenschappelijke onderscheiding in Nederland, voor zijn baanbrekende werk aan de CRISPR-Cas technologie. ‘Ik ben ervan overtuigd dat we hele goede dingen kunnen doen met CRISPR-Cas. Daar zouden we allemaal van moeten kunnen profiteren, van zaadveredelaars en boeren, tot winkeliers en consumenten. En dat over de hele wereld, dus van Nederland tot plekken waar het veel minder goed gaat zoals in Azië en Afrika. Ik ben me ervan bewust dat we niet te veel moeten beloven, maar als we de groeiende wereldbevolking willen helpen voeden, op een planeet met een snel veranderend klimaat, moeten we op volle kracht doorgaan om voedselgewassen op een snelle, nauwkeurige en veilige manier te verbeteren.’

Er zijn 6 reacties.

  1. Door: Kees · 01-06-2019 om 18:31

    Leg het Europese hof opnieuw haarfijn uit dat genetische modificatie bij planten een wereldwijde integrale afweging verdienen en niet solitair in de EU!

  2. Door: Dr.ir. Toon van Eijk, tropisch landbouwkundige · 02-06-2019 om 16:04

    CRISPR-Cas (CC) biedt ongetwijfeld kans op een snellere en wellicht ook veiligere plantenveredeling dan de conventionele variant, die gebaseerd is op klassieke mutagenese. Echter, elke nieuwe landbouwtechnologie dient beoordeeld te worden vanuit een landbouwbedrijfssysteem-perspectief (‘farming systems perspective’ = fsp). Dat ‘fsp’ omvat naast technologische ook ecologische, economische, politieke, sociaal-structurele en culturele factoren, die in de hier gegeven volgorde steeds omvattender, en daardoor ook zwaarwegender, worden (economie omvat technologie omdat de vraag of een technologie gebruikt gaat worden, grotendeels een economische afweging is; en politiek omvat economie, omdat economisch beleid in principe door de politiek bepaald wordt, etc.).
    De culturele factoren hebben met onderliggende waarden te maken, zoals bijvoorbeeld grondhoudingen t.o.v. de natuur. Een vraag kan dan zijn of CC als technologie voornamelijk gericht is op het verdere ‘uitknijpen’ van de natuur of op ‘samenwerken’ met de natuur binnen ecologische principes? Oftewel, gericht op een voortzetting van het huidige, conventionele bio-industriële landbouwsysteem of op een daadwerkelijke kringlooplandbouw?
    Is CC een ‘technological fix’ die de eerder veroorzaakte problemen in de conventionele landbouw moet oplossen? Indachtig Einstein’s beroemde uitspraak kan men zich afvragen of men problemen kan oplossen op hetzelfde niveau waarop ze veroorzaakt zijn? Oftewel, is CC voornamelijk ‘meer van hetzelfde’? Gaat CC ‘dieper’ dan symptoombestrijding op het ecologische en technologische vlak? Technologie ontwikkeling is geen soort onvermijdelijk natuurverschijnsel, het is en blijft mensenwerk.
    Met betrekking tot de meer omvattende en zwaarwegender economische en politieke factoren in het ‘fsp’ kan men zich afvragen of CC voornamelijk tot meer winstmaximalisatie en machtsconcentratie zal leiden? De vraag is of een betere balans tussen bredere maatschappelijke overwegingen en technologisch/financiële overwegingen (zoals bepleit door het Rathenau instituut) bereikt kan worden binnen het kader van een gelijkblijvend neoliberaal, markt-gestuurd beleid? Oftewel, gaan grote multinationals nu vanwege de beschikbaarheid van CC ‘opeens’ meer maatschappelijk verantwoord functioneren? Of kan er met CC juist nog sneller meer winst gemaakt worden (en dat regelmatig zonder belasting te betalen)? Als de Syngenta CEO in Resource (nr. 18) als voorbeeld een nieuwe droogte-tolerante maisvariëteit geeft, ontwikkeld met behulp van CC, dan is een vraag waarom dat al niet eerder een speerpunt was m.b.v. conventionele veredelingstechnieken?
    Een andere vraag in deze context is of de zeer scheve verhouding de afgelopen decennia tussen conventionele en ecologische landbouw m.b.t. de hoeveelheid geld besteed aan onderzoek, onderwijs en voorlichting, nu gaat veranderen?

  3. Door: Klaas · 02-06-2019 om 19:58

    Helemaal mee eens, Europa mag zich niet isoleren op een eiland maar moet juist deel uitmaken van internationaal overleg en besluitvorming rond ontwikkeling en toepassing. Daarin dienen ook aandachtspunten als risico’s, veiligheid en misbruik aan de orde te komen. igenlijk zou ook alle kennis en teeltmethoden

  4. Door: Gerard Veldman · 03-06-2019 om 13:37

    Ben het eens met de fundamentele kritiek van Dhr. van Eijk. Onze grondhouding moet zijn: uitgaan van wat de natuur ons biedt. Daar kunnen we, ondanks onze technologie, nog steeds niet aan tippen. Om arme boeren in het zuiden te helpen moeten we andere middelen inzetten dan bio-technologie.

  5. Door: W.j.schmeink koekman · 15-06-2019 om 15:58

    Beste mensen van cripr /cas.Ik begrijp dat jullie popelen om C.c.er door te krijgen .Ik zet vraagtekens bij de menslievend heid om de wereld bevolking te voeden?De ondervoeding komt vnl doordat er steeds oorlog is in de gebieden waar honger heerst.Dan gooien we hier tonnen met voedsel weg,dus.Na ingrijpen C.c.is er geen weg meer terug,begrijp ik.Door verarming van de grond onsmakelijke kleine tomaten etc.groetJoh Koekman.

  6. Door: A.H.Schmeink · 16-06-2019 om 14:04

    Eerst maar de belangrijkste vraag naar de veiligheid. Uit publicaties blijkt dat onderzoekers EN bestuurders eerst de aanzienlijke risico’s in kaart willen brengen van deze gentechniek. Dan de vraag wie profiteert het meest? Dat zijn natuurlijk weer de Monsanto’s van deze wereld; overigens beter als Monsatan. Kijk eerst eens naar klassieke veredelaars als De Groot (winnaar Nobelprijs voor de landbouw) die spectaculaire resultaten boekt in ontwikkelingslanden zonder de boeren af te persen met wurgcontracten.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *