Crispr/Cas is de naam van een revolutionaire techniek om op een simpele manier genen stil te leggen of te muteren. Het kan gaan zorgen voor een revolutie in de veredeling. Tientallen studenten van de hogescholen InHolland en HAN oefenen er inmiddels mee. In de VS hebben de autoriteiten geconcludeerd dat je dit geen genetische modificatie moet noemen, in de Europese Unie valt het wel onder gmo-wetgeving.
[wcm_nonmember]
Voor het bekijken van deze content heeft u een lidmaatschap nodig, of log in als u al een lidmaatschap heeft.
[/wcm_nonmember]
[wcm_restrict]
Toen Nelleke Kreike drie jaar geleden op hogeschool InHolland met praktijkgericht onderzoek startte, waren er amper studenten geïnteresseerd. Met de start van het Crispr/Cas onderzoek een jaar geleden groeide de belangstelling enorm; op een maandagochtend half september is een heel lab vol studenten enthousiast DNA van petunia’s aan het isoleren (zie foto). Het bedrijfsleven heeft grote behoefte aan analisten die overweg kunnen met nieuwe moleculaire technieken en participeert in onderzoeksprojecten. Crispr/Cas is overigens maar een klein onderdeel van het hele opleidingsprogramma.
Revolutie
De nieuwe techniek kan met recht een revolutie worden genoemd. “Het werkt vrij gemakkelijk. Je kunt op een simpele manier bijvoorbeeld bloemkleuren veranderen”, vertelt ze. Kreike is lector Green Biotechnology bij hogeschool InHolland in Amsterdam. In die functie is ze verantwoordelijk voor praktijkonderzoek, zoals het project PACT, wat staat voor ‘Petunia and Crispr/Cas Technology’, waaraan verder hogeschool HAN, Wageningen University & Research, Syngenta, Rijk Zwaan en Scienza meewerken. Doel is de techniek toe te passen bij petunia en zo studenten kennis te laten maken met de mogelijkheden. Het kan resulteren in nieuwe soorten petunia’s en andere siergewassen, bijvoorbeeld met andere kleuren.
Verder geeft ze over het hele land lezingen over de nieuwe technologie en verzorgt ze een cursus ‘Novel breeding tools’ (nieuwe veredelingstechnieken) voor medewerkers van veredelingsbedrijven, agrarische docenten en andere belangstellenden.
Schaartje
Crispr/Cas is afgeleid van het immuunsysteem van bacteriën. Elke keer als zij worden aangevallen door een virus en ze overleven het, slaan ze een heel klein stukje erfelijke materiaal van dat virus op. Zo bouwen ze een bibliotheek van virus-DNA op. Als ze de volgende keer worden aangevallen, vlooien ze de bibliotheek door en herkennen ze het virus aan de hand van dat stukje DNA. Ze sturen dan een eiwit op pad dat kan knippen, een soort schaartje. Dat is gekoppeld met een stukje RNA uit de bibliotheek (= een enkele streng DNA). Als er een match is tussen de opgeslagen informatie en het virus, hecht het eiwit aan het virus-DNA en knipt het stuk. Zo wordt het virus uitgeschakeld.
“Jennifer Doudna van University of California was één van de eersten die inzag dat je dit proces in alle cellen kunt gebruiken. Ze is hiermee een duidelijke kandidaat voor de Nobelprijs”, vertelt Kreike. “Met een RNA-molecuul plus het ‘schaartje’ kun je heel specifiek op een vooraf bepaalde plek in het DNA knippen. Dat kan bij cellen van planten, dieren en mensen. Je zou zelfs een erfelijke ziekte bij een embryo kunnen genezen.”
Mutatie veroorzaken
Voorwaarde daarvoor is dat je de DNA-volgorde kent, om te weten waar je moet knippen. Petunia wordt vaak gebruikt als onderzoeksgewas en kent wat dit betreft weinig geheimen meer. “Het grote voordeel hiervan, in vergelijking met oudere moleculaire technieken, is dat je heel precies kunt bepalen waar je ingrijpt. Je kunt met deze techniek een gen stilleggen of een mutatie veroorzaken”, vertelt ze.
“Bij gewone mutatieveredeling zetten veredelaars nu chemicaliën of straling in om het DNA te veranderen. Dat gaat al een stuk sneller dan jarenlang wachten op een spontane mutatie, maar het blijft een toevalsproces. Met Crispr/Cas weet je waar je iets doet. Dan is het nog afwachten of het lukt, maar je knipt in elk geval in het juiste gen en je kunt daarna met moleculaire technieken bekijken of het is gelukt, zonder dat je duizenden zaden hoeft op te kweken. Bij siergewassen zou je zo op den duur bijvoorbeeld gericht de bloemkleur kunnen veranderen.”
Ook resistentie tegen ziekten is een mogelijkheid. Een ziekteverwekker herkent het gewas vaak aan bepaalde eiwitten. Als je het gen weet uit te schakelen dat zorgt dat die eiwitten worden gemaakt, herkent de ziekteverwekker het gewas niet meer als waardplant.
Mutaties
DNA bestaat uit twee strengen erfelijk materiaal (in tegenstelling tot RNA; dat is één streng). Die moeten allebei op dezelfde plek worden geknipt. “Vervolgens merkt de cel dat het DNA stuk is en gaat dat repareren door de uiteinden aan elkaar te plakken. Dat gebeurt niet zo heel precies en daardoor ontstaan de mutaties. We hoeven dus niet een heel gen weg te knippen om het stil te leggen. Eén knip op de juiste plek is voldoende voor een mutatie”, vertelt ze.
Ook is het mogelijk om met de nieuwe techniek een nieuw gen in te brengen. Tijdens het knippen breng je dan het DNA van een nieuw gen in de cel. Dat triggert een ander reparatiesysteem om het nieuwe DNA in te bouwen op de plaats van knippen. Zo is het mogelijk een gen op een precies bepaalde plaats in te voegen. “Bij traditionele genetische transformatie met behulp van de kroongalbacterie weet je niet waar een gen terecht komt. Juist dat aspect wekt veel protest op. Nu kan het veel preciezer”, geeft de lector aan.
Wetgeving
Wat betreft wetgeving is er een groot verschil tussen de VS en de EU. In de EU vallen alle nieuwe technieken onder de gmo-wetgeving en die is zeer strikt. Dat betekent dat gewassen die met nieuwe technieken – niet alleen Crispr/Cas maar ook de zogeheten zink finger nuclease – niet mogen worden geteeld (behalve met ontheffing, bijvoorbeeld voor onderzoek). In de VS zijn de laatste vijf jaar dertig genetisch veranderde gewassen toegelaten zonder dat ze aan de gmo-wetgeving zijn getoetst, meldt wetenschapstijdschrift Nature. De reden daarvoor is dat ze geen vreemd DNA bevatten.
Afgelopen april heeft het Amerikaanse ministerie van Landbouw (USDA) besloten dat het eerste gewas dat met genoemde techniek tot stand is gekomen, niet hoeft te worden getoetst, omdat er geen gen is ingevoegd. Het gaat om een champignon die niet bruin verkleurt. In de VS kan deze dus binnenkort worden geteeld, in de EU niet.
Kloof
Verder heeft Dupont aangekondigd dat boeren in 2021 een ‘waxy’ maïs, tot stand gekomen met Crispr/Cas, kunnen gaan telen. Deze soort bevat een hoog gehalte van de zetmeelsoort amylopectine. Ook deze heeft geen gmo-status gekregen. “In de EU valt alles onder dezelfde wetgeving, of het nu gaat om een soortvreemd gen inbrengen of op een precieze manier een mutatie veroorzaken. De EU schuift beslissingen over nuancering van de regelgeving steeds vooruit”, constateert Kreike.
Dat maakt de kloof tussen de VS en de EU steeds breder, zeker als deze techniek een grote vlucht gaat nemen. Pas vier jaar geleden verscheen het eerste wetenschappelijke artikel over mogelijke toepassing van deze techniek, nu al gebruikt de hele onderzoekswereld hem en komt marktintroductie van de eerste gewassen in zicht.
Samenvatting
Met de techniek Crispr/Cas kunnen veredelaars vrij gemakkelijk op een vooraf bepaalde plek in het DNA knippen om mutaties te veroorzaken. Ook een nieuw gen inbrengen is mogelijk. Naar verwachting zal deze techniek een grote vlucht nemen. In de VS wordt de ingreep niet gezien als genetische modificatie, in de EU wel. Dat vergroot de kloof tussen VS en EU op dit terrein.
Tekst: Tijs Kierkels. Foto’s: Wilma Slegers.[/edd_restrict]
[/wcm_restrict]