Direct naar de content

Hoeveel CRISPR-Cas in je gewas?

Auteur: Nicole van 't Wout Hofland
Gepubliceerd op:

Afgelopen juli kwam de Europese Unie met een opvallend voorstel: moderne gentechnieken toestaan in de teelt, vrij van extra controles. Volgens dit voorstel mogen telers met deze technieken stukken DNA verwijderen en tot twintig genetische bouwstenen (DNA-‘letters’) toevoegen aan gewassen. Zijn die twintig letters veel of juist weinig? En wat voor invloed heeft dat op het voedsel dat uiteindelijk op ons bord belandt?

Begin juli van dit jaar kwam de EU-commissie met een nieuw wetsvoorstel over toelating van nieuwe genomische technieken (NGT’s) bij veredeling van gewassen. De huidige wetgeving in Europa over genetisch gemodiciceerde (GG) gewassen is van 2001 en veel strenger dan de regels in andere landen. Sinds die tijd is er veel veranderd, ook op het gebied van technieken voor het aanpassen van DNA in gewassen. Dit werd nog duidelijker met de ontdekking van de CRISPR-Cas techniek tien jaar geleden. In de serie ‘CRISPR-Cas in je gewas’ gaat Biotechnologie.nl dieper in op de achtergronden bij dit nieuwe wetsvoorstel.

Of het nu gaat om uien, tomaten, komkommer, bloemkool of andere groentesoorten: alle gewassen bevatten DNA. Dat moet ook wel, want zulke genetische informatie fungeert als handleiding voor de opbouw van de plant op cellulair niveau. De instructies zijn geschreven in het DNA-alfabet: de letters A, C, T en G, vergelijkbaar met nullen en enen in computercode. Iets ingewikkelds als een plant of mens uitschrijven in de taal van DNA, vereist behoorlijk wat letters.

Neem een bordje hutspot. De wortel erin bevat 480 miljoen DNA-letters, de aardappel 844 miljoen en de ui maar liefst 16 miljard DNA-letters. In vergelijking lijken twintig van zulke bouwstenen extra misschien niet veel. Toch kan een enkele toegevoegde DNA-letter in de praktijk veel invloed hebben. Het veroorzaakt bijvoorbeeld het verschil tussen rode en gele tomaten, of tussen tomatenplanten die tien meter hoog groeien en struikvormige exemplaren. Als kleine aanpassingen in het DNA zo’n opvallend effect kunnen hebben, waarom wil de EU dat dan toestaan in de teelt, zonder extra controles? Dat heeft te maken met wat er met DNA tijdens veredeling en in de natuur gebeurt. 

De natuur als referentie

In de natuur vinden er continu mutaties plaats, veroorzaakt door bijvoorbeeld uv-straling van de zon of door kopieerfoutjes van het DNA tijdens groei en voortplanting. Bij dergelijke spontane veranderingen in de genetische code verschijnen er soms extra stukjes DNA, al zijn dat meestal slechts één of twee DNA-letters. Daarnaast komen zogenaamde “springende genen” voor in planten. Die genen knippen zichzelf uit het DNA en plakken zich op een andere plek weer erin. “Springende genen hebben een flink formaat, variërend van honderd tot twintigduizend DNA-letters”, vertelt Ronald Koes, plantgeneticus aan de Universiteit van Amsterdam. Bovendien laten ze bij elke sprong sporen achter in de vorm van extra DNA-letters. Dat gaat om een handjevol, tot soms honderd DNA-letters.

Rode en gele tomaten in een schaal

Op genetisch niveau is het verschil tussen gele en rode tomaten slechts een enkele DNA-letter.

In de natuur voegt zich regelmatig spontaan nieuw DNA toe, variërend van één of enkele DNA-letters tot soms wel honderd letters of meer. Het recente wetsvoorstel van de EU verwijst ook naar wetenschappelijke literatuur die dat illustreert. Toch trekt de EU de grens bij twintig letters. Waarom precies, blijft onduidelijk. Omdat grote toevoegingen van DNA ook in de natuur voorkomen, pleit Oana Dima, wetenschapsbeleidmanager bij het Vlaams Instituut voor Biotechnologie, voor een ruimere regelgeving op dat gebied: “Met twintig genetische aanpassingen kunnen telers geen complexe eigenschappen, zoals droogtetolerantie, introduceren.”

Hoewel dat feitelijk juist is, blijkt de lengte van extra DNA-letters mogelijk minder relevant. “Moderne gentechnieken zoals CRISPR-Cas zijn slecht in stukken DNA toevoegen in planten”, zegt de Amsterdamse geneticus Koes. Genen uitschakelen verloopt soepel, maar gericht stukjes DNA toevoegen blijft een uitdaging. In dieren en mensen kan dat wel, maar planten missen specifieke mechanismen om dat te bewerkstelligen. Volgens Koes zijn moderne biotechnieken daarom vooral geschikt voor subtiele aanpassingen, zoals een bestaand gen verstoren en zo uit te schakelen.

Beperkte mogelijkheden in planten

Daarbovenop bestaat de mogelijkheid om regulerende delen in het DNA aan te passen. Die regio’s in het DNA bepalen waar, wanneer en in welke mate een gen tot uiting komt. Met kleine wijzigingen in het DNA, passen telers relatief makkelijk zo’n expressieprofiel aan. Door bijvoorbeeld genen die verantwoordelijk zijn voor pigment harder aan te zetten, krijgen gewassen dan bijvoorbeeld meer kleur. “Zowel genen verstoren als de activiteit van genen opvoeren of onderdrukken kan al met één tot vijf DNA-letters”, aldus Koes. Dat betekent dat telers volgens de twintig-DNA-letter-regel vier tot twintig genen per keer kunnen aanpassen. En die planten mogen ze vervolgens weer met andere genetisch aangepaste planten kruisen.

Dorre stengels van tarwe op droge grond

Gewassen weerbaar maken tegen droogte, vereist veel aanpassingen op meerdere locaties in het DNA.

En hoe zit het dan met die complexe, maar relevante eigenschappen die planten helpen om zich aan te passen aan klimaatverandering, zoals weerbaarheid tegen ziekteverwekkers of droogte? “Op genetisch niveau zijn daar vaak allerlei verschillende stukken DNA bij betrokken, verspreid over het genoom (het totale DNA van een organisme)”, vertelt plantbioloog Wim Vriezen, voormalig medewerker van Nunhems/BASF en momenteel hoogleraar aan de Universiteit van Maastricht. Volgens hem bieden moderne technieken beperkte meerwaarde op korte termijn omdat we nu nog te weinig weten over hoe zulke geavanceerde eigenschappen gereguleerd worden.

In het geval van droogtetolerantie draait het om voldoende water opnemen en verdamping via de bladeren minimaliseren. “Ook geografie speelt een rol”, zegt Vriezen. In een gebied waar het af en toe een beetje regent, hebben planten meer baat bij een breed en oppervlakkig wortelnetwerk. In andere gebieden zijn diepe wortels juist voordelig om laaggelegen grondwater te bereiken. Daarom vindt klassieke veredeling van planten plaats op locatie. Telers selecteren dan die planten die het best zijn aangepast aan de omstandigheden op die locatie.

DNA-Discriminatie

Gewassen die zich niet makkelijk laten kruisen of veredelen zouden daarentegen wel baat hebben bij directe, genetisch aanpassingen. Vooral planten die meerdere kopieën van hun genetische informatie bevatten. Wij mensen hebben al ons DNA dubbel; een kopie van de vader, en een van de moeder. Sommige plantensoorten bevatten vier, vijf of zelfs zes kopieën. Elke kopie fungeert als back-up, dus willen telers aanpassingen maken, moeten ze dat bij elke kopie doen. Bevat een plant veel van die back-ups, is dat lastig met klassieke veredeling, maar met CRISPR-Cas kan dat redelijk eenvoudig.

Precies vanwege die kopieën, voorziet Dima problemen in de toekomst. “Als telers in totaal maar twintig basenparen mogen toevoegen per plant, is er sprake van discriminatie”, vertelt Dima. Een enkele DNA-letter toevoegen aan een gen, moeten telers in sommige gewassen meerdere keren herhalen. Tarwe bevat bijvoorbeeld zes kopieën van al het DNA, waardoor die toevoeging direct zes letters op de teller zet. Dat probleem kan redelijk eenvoudig opgelost worden door een limiet te stellen per kopie van de genetische informatie, in plaats van een totaal per plant.

Zoals de zaken er nu voor staan, lijken de twintig DNA-letters uit het voorstel van de EU genereus. Een evenwichtiger voorstel zou zijn om vijf extra DNA-letters toe te staan, maar dan wel per kopie van het DNA. Zo tellen aanpassing in kopieën van het DNA niet dubbel en ontstaat er een eerlijkere regeling met dezelfde gevolgen voor alle gewassen. Toch zal niet iedereen het daarmee eens zijn. “In sommige gevallen zouden vijf letter het beoogde effect kunnen hebben,” stelt Vriezen, “maar met meer DNA-letters hebben we meer mogelijkheden om planteneigenschappen te optimaliseren”. Of de Europese Unie de limiet zal heroverwegen, moeten we afwachten. Op dit moment zijn de lidstaten in conclaaf over het nieuwe voorstel. Vooralsnog heeft nog geen van hen bezwaar aangetekend over dit specifieke onderdeel ervan.

Deel dit artikel

Gerelateerde artikelen

  • Is het wel veilig, dat CRISPR-Cas in je gewas?

    Genetische technieken veranderen het DNA, bedoeld en onbedoeld. Het kan onverwachte verandering in een gewas opleveren: misschien wordt de plant er wel giftig van, of ontstaan er nieuwe allergenen. Risico’s zijn niet uit te sluiten. Maar bij klassieke veredeling en zelfs voortplanting in de natuur gebeurt dat ook. Hoe groot is het gevaar van knutselen met DNA?

    • CRISPR-Cas in je gewas
    • Duurzaamheid vergroten
    • Voedsel produceren
  • CRISPR-Cas in je gewas: Waarom? 

    Een toekomst met genetisch gemodificeerde (GM) gewassen lijkt in Europa dichterbij dan gedacht. De Europese Commissie hoopt begin juli een voorstel te doen voor aanpassing van de regelgeving. Hierdoor zou het voor plantenveredelaars makkelijker kunnen worden om bepaalde genetische technieken in te zetten. Waarom staat de regelgeving ter discussie en wat hebben we aan CRISPR-Cas in ons gewas? 

    • CRISPR-Cas in je gewas
    • Voedsel produceren
  • Wat kunnen we (niet) met CRISPR-Cas?

    Misschien heb je weleens gehoord van CRISPR-Cas, of simpelweg CRISPR. Het is een moleculair gereedschap dat DNA eenvoudig aanpast. Maar wat kunnen wetenschappers daar precies mee? En wat niet?

    • Voedsel produceren
    • Ziekten genezen
    • Ziekten voorkomen
Meer artikelen