Direct naar de content

Sleutelen aan stekjes

Auteur: Enith Vlooswijk
Gepubliceerd op:

Wetenschappers werken aan bomen die meer kooldioxide vastleggen dan normale exemplaren. Hoe veelbelovend zijn deze experimenten voor het compenseren van onze CO2-uitstoot?

Bomen leggen het koolstofdioxide dat wij uitstoten vast, maar doen dat niet superdoeltreffend. Sterker nog, van al het zonlicht dat bomen opvangen, gebruiken ze slechts een paar procent voor het omzetten van water en CO2 in suikers (fotosynthese). Een zonnepaneel met vergelijkbare efficiëntie zouden we snel vervangen door een ander exemplaar.

Dat moet beter en sneller kunnen, dachten de oprichters van de Amerikaanse start-up Living Carbon. Het bedrijf claimt genetisch gemanipuleerde bomen te planten die tot wel vijftig procent sneller groeien dan ‘natuurlijke’ varianten. Daardoor zouden deze gepimpte bomen in dezelfde tijd tot ruim een kwart meer CO2 opslaan. Dat schiet lekker op. Is dit het moment om meer bomen een genetische duw in deze richting te geven om zo onze uitstoot te compenseren?

Ketens rijgen

Het sleutelwoord bij veel pogingen op dit vlak is rubisco (voluit: ribulose-1,5-bifosfaat carboxylase-oxygenase). Dit eiwit speelt een belangrijke rol bij de fotosynthese van planten en bomen. De CO2-moleculen die via de huidmondjes van bladeren binnenkomen, gaan vastzitten aan het eiwit, dat ze vervolgens koppelt aan andere moleculen in de bladcellen. Zo ontstaan suikers. Helaas is dat niet het enige wat rubisco doet. Als de huidmondjes zich bij warm weer sluiten, raakt het CO2 opgebruikt. Het eiwit gaat dan vrolijk door met ketens rijgen, maar dan met zuurstof. Zo ontstaat glycolaat, een stof die giftig is voor de plant en die dus weer afgebroken moet worden. Bij dat afbraakproces komt juist CO2 vrij en het kan wel dertig procent van de plantenenergie verbruiken.

Honderd vertroetelde stekjes in een kas zijn nog geen bomen ergens in de buitenlucht

Wetenschappers buigen zich al jaren over dit verschijnsel. Wie grip krijgt op rubisco, zo is de gedachte, kan planten sneller laten groeien, granen grotere of meer korrels laten geven, en groenten eerder klaar hebben voor de oogst. Deze gedachte blijkt echter lastig om te zetten in klinkende resultaten. Op wat experimenten met tabaksplanten na stuiten wetenschappers vaak op allerlei onverwachte bijeffecten, zegt de Wageningse emeritus hoogleraar Paul Struik. “Je kunt als biochemicus wel iets op celniveau doen, maar als boer ben je geïnteresseerd in een gewas. Ik herinner me een onderzoek over een rijstplant die twee keer zo dikke korrels had. Daar schreven ze een mooie publicatie over, maar uiteindelijk bleek dat de plant ook minder korrels produceerde. Daar schiet je dus niks mee op. Wijzelf hebben gekeken naar een wild mosterdplantje met een heel snelle fotosynthese bij hoge lichtintensiteit. Maar dat bleek onder meer samen te hangen met het hebben van dikke bladeren. Als veredelaar wil je juist jonge planten met dunne bladeren om met een zo klein mogelijke zo veel mogelijk licht te onderscheppen.”

Betere bomen maken: klassieke veredelingsmethode

Kruis twee bomen met elkaar en kijk welke nakomelingen fijne eigenschappen hebben. Kruis ze eventueel verder met andere bomen voor een nog beter resultaat.

Populieren

Living Carbon kampt schijnbaar niet met zulke onverwachte bijeffecten. Althans, niet voor zover het bedrijf binnen enkele maanden kon zien. Living Carbon baseert zijn claims namelijk op honderd genetisch gemanipuleerde populierstekjes van 15 tot 21 weken oud. Deze boompjes zijn zo gemanipuleerd dat eventuele glycolaatmoleculen via een omweg alsnog worden omgezet in nuttige suikers zonder dat er COvrijkomt. De plant verliest dus geen tijd en energie aan de afbraak van de giftige stof. De resultaten lijken veelbelovend, maar honderd vertroetelde stekjes in een kas zijn nog geen bomen ergens in de buitenlucht, waarschuwt Wout Boerjan, hoogleraar plantensysteemtechnologie aan de Universiteit Gent. “In de kas groeit een plant met voldoende licht, bewatering en meststoffen. Er zijn geen schadelijke schimmels of insecten, en er waait geen wind. Per definitie kunnen onderzoekers geen beweringen doen over hoeveel sneller een boom buiten de kas groeit.”

Betere bomen maken: stukjes DNA toevoegen

Voeg gericht genen toe die verantwoordelijk zijn voor een gewenste eigenschap. Dat kan onder meer door een bacterie op de wortels van stekjes te smeren, de Agrobacterium tumefaciens. Deze eencellige veroorzaakt gezwellen door een stukje van zijn eigen DNA in te brengen in de celkern van het slachtoffer. De genen worden opgenomen in het DNA van de plant en zetten deze aan tot tumorvorming. Biotechnologen kunnen deze genen vervangen door andere, gewenste genen die de agrobacterie op dezelfde wijze inbrengt.

Zelf ervoer Boerjan dat bij het ontwikkelen van genetisch gemanipuleerde populieren met minder lignine in de celwand. Lignine is een houtstof die planten extra stevigheid geeft, maar die verwijderd moet worden om papier te maken van het hout. Dat vergt veel chemicaliën. “Onze bomen groeiden in de serre normaal, maar in het veld kregen ze een groeiachterstand die we niet konden voorzien.”

Close-upfoto van een aantal jonge stekjes in zwarte, plastic bakjes.
Dat stekjes in een kas goed groeien, is geen garantie dat ze dat in het veld ook doen.

Exoten

Veel milieuactivisten zijn bang dat genetisch gemodificeerde ‘superbomen’ soortgenoten zullen verdringen. Boerjan deelt die zorgen niet zo. “Het staat hier vol met allerlei exoten, sierteeltplanten, die hier niet van nature voorkomen. Het is belangrijk dat we voldoende hout kunnen produceren via aanplantingen, anders moeten we het halen uit natuurlijke bossen, en dat geeft schade aan de natuur.”

Ook onderzoeker René Smulders van de Wageningen University & Research benadrukt dat het sleutelen aan onze flora een lange geschiedenis kent. “Onze domesticatie van gewassen gaat tienduizend jaar terug”, zegt hij. “Sinds ongeveer 1900 maken we daarbij bewuste keuzes. We kruisen bomen en selecteren de exemplaren die beter zijn dan wat je had – daar komt het op neer. Daarmee pas je geleidelijk allerlei eigenschappen aan, die door honderden genen worden beïnvloed. Genetische modificatie is een manier om dat veel gerichter te doen; het betreft slechts enkele genen.”

Betere bomen maken: genen uitschakelen

Soms willen veredelaars één specifiek gen uitschakelen, bijvoorbeeld omdat dat gen een gewas stekels geeft, of een groente bitter maakt. Dat kan met behulp van CRISPR-Cas. Met deze technologie is het mogelijk om het planten-DNA op een uitgekozen plek door te knippen. De plant repareert het DNA onmiddellijk, maar het gen op de plek van de breuk gaat daarbij (vaak) kapot.

Eliteboom

Ondanks hun kanttekeningen bij het project van Living Carbon denken de experts wel degelijk dat het zinvol kan zijn om bomen te ontwerpen die meer CO2 opnemen. Voor Smulders is het alleen de vraag of sleutelen aan rubisco het beste middel daarvoor is. “Allerlei andere eigenschappen dan de efficiëntie van fotosynthese beperken de productie van gewassen veel meer. Denk aan de resistentie tegen ziekten, insectenplagen, schimmels of droogte. Hoeveel water heeft een plant nodig, wat is de stand van de bladeren, de takken?”

Een grauwe abeel (boom), bij het monument van de Bijlmerramp in Amsterdam.
Een grauwe abeel, bij het monument van de Bijlmerramp in Amsterdam.
Richardkw, Wikimedia Commons via CC BY-SA 3.0

Living Carbon gebruikt voor de experimenten de grauwe abeel, een kruising tussen de trilpopulier en de witte abeel. Die hybride groeit op zichzelf al sneller dan de ‘zuivere’ soorten en is ook makkelijker te stekken dan bijvoorbeeld eiken. Het kan alleen best zijn dat een andere kruising, of een andere veredelde boomsoort, in een bepaalde omgeving veel meer CO2 opneemt. Boerjan ziet daarom veel in een combinatie van klassieke veredeling en genetische manipulatie. “Maïs veredelen we al tienduizend jaar. Elke nieuwe variëteit levert maar een procent meer biomassa dan de voorgaande variëteiten. Bij populieren is veel minder veredeling gebeurd, dus daar is de winst nog veel groter. Eigenlijk wil je eerst via normale veredeling zo’n ‘eliteboom’ maken en vervolgens de fotosynthese of andere kenmerken aanpassen.”

Ook een sneller groeiende populier doet er een paar decennia over om groot te worden. Hoe de omgeving er tegen die tijd uit zal zien en of die wel optimaal zal zijn voor bomen die we nu ontwerpen, weet niemand. Ook maakt het uit wat er met de volwassen bomen gebeurt: blijven ze deel uitmaken van een biodivers bos dat veel CO2 opneemt, of worden ze na twintig jaar gekapt om te veranderen in papierpulp? In dat laatste geval is de CO2-winst op de middellange termijn niet zo groot. De winst van Living Carbon is vooralsnog vooral financieel: de start-up verkoopt carbon credits aan bedrijven die daarmee weer extra CO2 mogen uitstoten.

Deel dit artikel

Gerelateerde artikelen

  • Software sleutelt aan eiwitten

    Zoeken naar betere eiwitten is nu nog een kwestie van trial-and-error. Met kunstmatige intelligentie maakt de software van start-up Cradle in Delft het sleutelen aan eiwitten laagdrempeliger.

    • Duurzaamheid vergroten
    • Ziekten genezen
  • Water ontzouten met bacteriën

    Droogte, een stijgende zeespiegel en bodemdaling zorgen voor steeds zouter grondwater: een gevaar voor de akkerbouw. Maastrichtse studenten willen dit oplossen met cyanobacteriën die water ontzouten.

    • Duurzaamheid vergroten
Meer artikelen