Hete hangijzers in het voedselsysteem Knutselen met planten - CRISPR-Cas

Afgelopen maanden ging het hard tegen hard in het Europees parlement, en ook in de kamers daaromheen. Op de agenda stonden nieuwe genetische technieken zoals CRISPR-Cas, die tot nog toe streng gereguleerd waren in de Europese plantveredeling. Volgens voorstanders moet de techniek snel vrijgegeven worden omdat we hopeloos achterop dreigen te raken en onszelf prachtige oplossingen ontzeggen tegen honger en droogte. Volgens sommige tegenstanders was dit allemaal geklets van een gentechlobby die hier vooral heel erg rijk van gaat worden. Onlangs viel het oordeel van het Europarlement: de ‘new genomic techniques’ moeten de ruimte krijgen, maar… er moet wel een streng kader omheen komen. Aan de lidstaten en de Commissie nu de schone taak om de boel af te ronden, onder hevige druk van verschillende lobby’s, maar het is duidelijk dat de markt opengaat voor ge-CRISPR’de planten. Wacht ons nu voorspoed of juist rampspoed? Het antwoord hangt af van de expert aan wie je het vraagt.

Wacht ons nu voorspoed of juist rampspoed? Het antwoord hangt af van de expert aan wie je het vraagt

John van der Oost, één van de ontdekkers van dit hele mechanisme, is in elk geval enthousiast. In zijn werkkamer aan de Wageningen University geeft hij een bevlogen college celbiologie om uit te leggen hoe het ook al weer zit met DNA en RNA, bestaande uit reeksen A, C, G en T die de erfelijke eigenschappen van een organisme beschrijven. Op een whiteboard laat hij zien hoe ze bacteriën hebben gevonden die een heel vernuftige methode gebruiken, CRISPR genaamd, om bepaalde genencombinaties te registreren van virussen die ze hebben ontmoet. Ze gebruiken vervolgens het eiwit Cas9 dat binnenkomende virussen grondig fouilleert om te zien of het DNA stukjes heeft die overeenkomen met stukjes uit het eigen CRISPR-geheugen, en zo ja, om het stukje er vervolgens uit te knippen.

Veel minder ingrijpend
Deze bacterie en dit eiwit kun je vervolgens aanvullen met een eigen stukje RNA-streng, waarna het Cas9-eiwit deze lettercombinatie gaat opzoeken in de DNA-strengen. "We kunnen nu elk gewenste DNA, van ieder organisme, knippen op elke plek die we willen, door het juiste RNA-stukje te gebruiken. Dit was twintig jaar geleden nog science-fiction!" zegt Van der Oost. "Het is veel en veel sneller dan bestaande systemen. Ik kan nu bij het lab RNA met twintig letters bestellen, en dan heb ik volgende week cellen met de juiste DNA-combinatie erin."

De ingreep is minimaal, zegt Van der Oost, vergeleken bij klassieke veredeling. "Neem de wilde tomaat uit de Andes, die is klein en groen. Wat blijkt: als je zes genen verstoort, dat is een verandering van tien tot vijftig letters, dan wordt hij rood en groot. De huidige supermarkttomaat verschilt in tien tot twintig miljoen letters (of nucleotiden) van de wilde tomaat, doordat er een eeuw aan veredeling aan voorafgegaan is. Niet alleen door te kruisen, maar ook door het DNA bloot te stellen aan straling en dan te kijken wat er gebeurt. Hartstikke willekeurig en grof. Als je gericht te werk gaat, hoef je misschien maar een handjevol letters te veranderen. Véél minder ingrijpend, en er blijven veel meer belangrijke natuurlijke eigenschappen behouden."

Het kan toch niet zo zijn, in een wereld met honger en milieuproblemen, dat we onszelf de goede toepassingen ontzeggen omdat we bang zijn dat het wordt misbruikt?

Achter het veranderen van de tomaat doemen nog veel mooiere doelen op. "Wat als je rijst kan maken die tolerant is tegen droogte, of tegen zout water? Daar doen we nu onderzoek naar. Als dat lukt, dan zou je echt kunnen meehelpen om de opbrengst te verhogen in landen waar honger is. Je kan hier zulke mooie dingen mee doen." Ook verkeerde dingen, trouwens, zegt Van der Oost. "Je kunt er misschien ook ooit designerbaby’s mee maken. Maar het kan toch niet zo zijn, in een wereld met honger en milieuproblemen, dat we onszelf de goede toepassingen ontzeggen omdat we bang zijn dat het wordt misbruikt? Dan moet je dat politiek afspreken. Zoals ze in Noorwegen doen: als je kunt laten zien dat het een verbetering is voor het milieu of de samenleving, dan is CRISPR toegestaan."

Petrischaaltjes en petuniablad
Niet alleen in Wageningen, maar ook op de Universiteit van Amsterdam is CRISPR een dagelijkse praktijk. In een lab op de afdeling Plantenfysiologie bekijkt een studente de DNA-analyse van een bacterie die ze met een Cas9-eiwit heeft behandeld. Als de bacterie goed gemodificeerd is, kan ze die in contact brengen met stukjes blad van een petuniaplant. "Studenten leren hier hoe ze de kleur van de bloem kunnen modificeren", zegt Michel Haring, hoogleraar plantenfysiologie.

Het is een heel gecontroleerd en overzichtelijk proces

Verderop in de gang is nog veel beter te zien wat er gebeurt. In grote klimaatruimtes staan rijen petrischaaltjes, waar stukjes petuniablad aan het reageren zijn op de bacterie, met hulp van een hormoon dat de celdeling bevordert. De petuniablaadjes doorlopen een paar stadia, legt Haring uit. Eerst wordt een stukje DNA van de bacterie opgenomen door de cellen, aan de wondranden van het bladsnippertje. In een volgend schap zie je hoe uit deze snippertjes nieuwe klompjes bladcellen en vervolgens bladscheutjes groeien, afkomstig uit één cel. Na een badje met wortelgroeibevorderend hormoon groeien die scheutjes uit tot een compleet nieuwe plant. Als het goed gaat, zegt Haring. Want je ziet ook schaaltjes waar niets anders groeit dan klompjes die eruitzien als een soort kanker. Is zo’n techniek niet gevaarlijk, zoals sommige tegenstanders zeggen? Knutselen met genen die je vervolgens loslaat in de natuur? "Absoluut niet", zegt Haring. "Het is een heel gecontroleerd en overzichtelijk proces."

Niet heersen maar samenwerken
Edith Lammerts van Bueren is een van de drijvende krachten achter de biologische veredeling in Nederland. Jarenlang was ze bijzonder hoogleraar biologische plantenveredeling in Wageningen en daarnaast teamleider duurzame teelt bij het Louis Bolk instituut. Ze heeft in haar werkzame leven gewerkt aan een uitgebreid theoretisch kader om te definiëren wat biologische veredeling precies betekent en op welke waarden dat is gestoeld.

Edith Lammerts van Bueren


Volgens Lammerts van Bueren is in de biologische landbouw het besef cruciaal dat je niet heerst over het leven, maar ermee samenwerkt, als partner, en dus ook respect betoont voor andere vormen van leven. "Alle veredeling heeft invloed op een plant en op de genen. We kunnen veredelen op veldniveau en op plantniveau. Maar met gentech gaan ze de cel ín. Dat is een grens over. Een plant is een samenhangend, levend organisme. Zodra je de celwand oplost, ontdoe je de plant van zijn eigenheid. Maar die eigenheid is de kern waarmee de biologische landbouw wil werken."

Misschien is het resultaat van CRISPR wel niet te onderscheiden van planten die via klassieke weg zijn veredeld. "Maar het gaat bij biologisch niet louter om het product. Het gaat om het proces daarnaartoe."

Geen gekke opvatting
"Ik vind dit geen gekke opvatting", zegt Haring. "We zijn wel aan het knutselen met de kern van een cel. We brengen een nieuw gen in, we dwingen een verandering af en daar groeit weer een nieuwe plant uit. Bij mij wekt het vooral verwondering op. Wat een levenskracht zit er in één zo’n cel. Het helpt me juist om nog meer ontzag te krijgen voor de diepe complexiteit van het leven."

De levende wereld is niet gemaakt van lego en de economie al evenmin

Dat neemt niet weg dat hij wel kritisch is over de simpele voorstelling van zaken van een aantal van zijn medeknutselaars. "Sommige mensen doen alsof alles maar door genen wordt bepaald. Dat is niet correct. Zo is het echt een misvatting dat je de commerciële tomaat kunt krijgen door maar een paar genen in de wilde tomaat te veranderen." Haring zelf doet veel onderzoek naar geur. "De lekkere geur van de tomatenplant komt van de haartjes op de bladstengel, waarmee hij communiceert met nuttige insecten en vijanden afschrikt. Dit zijn complexe systemen, die afhankelijk zijn van ingewikkelde genencombinaties, maar die je daar niet toe kunt reduceren. Het beeld van DNA als simpele hardware waar je alle eigenschappen mee kunt vormgeven is naïef. ‘Sterker nog: het is een geloof. Een geloof dat we alles kunnen maken wat we willen, als we de bouwstenen maar kennen. Maar de levende wereld is niet gemaakt van lego."

En een cruciaal punt: de economie is evenmin gemaakt van lego. Op de vraag of deze techniek de honger uit de wereld kan helpen, moet Haring lachen. "Nee. Dat is een absurde claim. Deze techniek versnelt alleen maar een enkele stap in het veredelingsproces. Je moet nog steeds jaren onderzoek doen om te ontdekken welke genen verantwoordelijk zijn voor welke verandering en hoe dat met de omgeving samenhangt. Voor CRISPR moet je nog steeds de plant via weefselkweek kunnen modificeren, en dat kan bij veel planten niet. Dus als iemand zegt: we gaan hier cassave even mee verbeteren, dan moet ik wel even hoesten. CRISPR is een handige tool, maar het kan alleen doen wat al weten – alleen dan sneller."

John van der Oost (l) en Michel Haring (r)


Bluf
"Het is je reinste bluf, wat de grote zaadverkopers zoals Bayer en Syngenta beweren", zegt Edith Lammerts van Bueren. "Op potniveau kun je opbrengst van een plant verhogen, dat klopt. Maar op veldniveau zijn de effecten héél anders, en veel complexer, door allerlei feedback-mechanismen, dat is onlangs nog aangetoond in Nature. Planten gebruiken heel verschillende genen om bepaalde eigenschappen onder verschillende omstandigheden te activeren. Ze hebben een enorme toolbox."

In de maatschappij is de roep om verduurzaming enorm. Dus dat zal de komende jaren leidend zijn in de veredeling

En tóch zou de wereld baat hebben bij gewassen die beter tegen ziektes, droogtes en temperatuurstijgingen kunnen, zegt Niels Louwaars. Als directeur van brancheorganisatie Plantum, waar allerlei zaadbedrijven bij aangesloten zijn, vertegenwoordigt hij grote multinationals, die volledige DNA-sequenties onderzoeken, maar ook kleine biologische telers die puur op het oog veredelen. Toch is hij al met al blij dat de markt opengaat voor CRISPR-Cas. "Het kost soms tientallen jaren om nieuwe rassen op de markt te brengen. Eerst moet je jarenlang in oude rassen bepaalde resistentie onderzoeken. En als je die hebt gevonden, moet je die nog weten in te kruisen in de rassen die je verkoopt. Dat proces kan veel sneller. En daar vraagt de maatschappij om. De ziektes blijven komen. Het klimaat wordt onvoorspelbaarder. Het is goed als veredelaars daar veel sneller op kunnen inspelen." Louwaars gaat ervan uit dat CRISPR voor deze nobele doelen zal worden gebruikt. Wat als het vooral ingezet gaat worden voor financieel gewin? Je kunt ook tomaten maken die mooier glanzen zodat de consument denkt dat ze lekkerder zijn. "Het is altijd zo dat veredelaars moeten luisteren naar de markt. Maar in de maatschappij is de roep om verduurzaming enorm. Dus dat zal de komende jaren leidend zijn in de veredeling."

Niels Louwaars
Als een techniek nóg sneller en complexer wordt, wordt het dan niet moeilijker voor kleinere bedrijven om mee te doen? "Dat denk ik niet. Ik denk dat er serviceproviders komen, die naar veredelaars stappen om nieuwe eigenschappen aan te bieden. Ik ken een sierteeltbedrijf dat dat wel zou willen. Ik zou zeggen: maak deze ontwikkeling goedkoper. Dan wordt het open voor meer dan alleen de grote bedrijven!"

Onrealistisch
"Dit is echt onrealistisch", zegt Haring. "CRISPR versnelt alleen de fase van inkruisen van een eigenschap, dus dat is vooral efficiënt als je een resistentie-gen hebt gevonden dat je in één keer wilt doorvoeren in het hele arsenaal aan rassen dat je verkoopt. CRISPR is dus vooral heel efficiënt, en alleen geschikt voor grote bedrijven die aan weefselkweek van planten doen, DNA-informatie hebben van hun rassen, een licentie op CRISPR kunnen betalen en advocaten in dienst hebben om patenten te schrijven voor de nieuwe rassen."

Dit is een recept voor meer bestrijdingsmiddelen!

Is het erg dat de grote bedrijven groter worden, als onze gewassen daar beter van worden? "Het hangt ervan af wat je beter noemt", zegt Haring. ‘"Als het systeem gebaseerd blijft op monoculturen en een hoge input van kunstmest en bestrijdingsmiddelen, dan word ik daar niet blij van. Ik zie nu al promotiemateriaal langskomen van Bayer, dat beweert dat het 35 nieuwe chemische verbindingen heeft gevonden die je kunt gebruiken om onkruid te bestrijden. Weet je wat dat betekent? Dat er ook 35 genen in een gewas te vinden zijn die je zo kunt CRISPR’en dat je de plant resistent kunt maken tegen dat middel. Dit is een recept voor meer bestrijdingsmiddelen!" Volgens Haring gaat de geschiedenis zich herhalen. Monsanto, dat nu bij Bayer hoort, heeft eerder in Latijns-Amerika al op grote schaal herbicidetolerante GM-maïs en GM-soja geïntroduceerd. Daardoor zijn enorme monoculturen ontstaan waar ruim met gif kon worden gespoten omdat het gewas er immers tegen kon. "Dat hebben we in Europa met strenge regels tegengehouden, maar nu komt die toepassing via CRISPR-Cas alsnog binnen."

Een ander groot zaadconcern is Syngenta. "Ik ken ze goed, want we doen onderzoek samen. De onderzoekers zijn geïnteresseerd in biologie, maar het moederbedrijf denkt echt alleen maar aan business. Bij dat bedrijf léven ze van patenten. Patenten mogen eigenlijk niet worden aangevraagd op planten, maar alleen op een natuurlijke eigenschap die met een bepaalde techniek is verkregen. Zoals een broccoli met langere stengels. Maar toch zijn er bij dat Europese Patentenbureau eindeloos veel patenten op planten doorheen geglipt. Ik heb wel eens bij zo’n zitting gezeten als expert, naast vier advocaten van Syngenta. Zij beweerden dat ze een paprika hadden met een milde resistentie tegen witte vlieg. Wetenschappelijk een heel dun verhaal. Maar de discussie ging totaal niet over de inhoud. Eerst werd de tijd volgepraat met procedurele zaken en toen moest de inhoudelijke discussie in vijf minuten worden afgeraffeld. Een complete plant kregen ze in hun schoot geworpen!" Dat is waar CRISPR toe gaat leiden: er zullen alleen nog maar meer patenten op planten worden aangevraagd, en dat zijn planten die passen bij het huidige model, gebaseerd op kunstmest en gif.

Er zullen alleen nog maar meer patenten op planten worden aangevraagd, en dat zijn planten die passen bij het huidige model, gebaseerd op kunstmest en gif

Overigens deelt het Europarlement deze zorg van Haring en wil dat er in de CRISPR-wetgeving een verbod op patenten komt. Of dat lukt, hangt nu af van onderhandelingen met de Commissie en de lidstaten.

De veredelingsindustrie gaat door alle technologische versnellingen steeds minder over de plant, en steeds meer over genen, zegt Lammerts van Bueren. Er worden miljoenen gestoken om de juiste genen te vinden die zorgen voor een bepaalde ziekteresistentie of een bepaalde grootte. "Ik pleit er juist voor dat we toegaan naar een veredeling die het hele systeem eromheen meeneemt. Moleculaire kennis is niet verkeerd, maar landbouw is geen geïsoleerde activiteit. Het vindt plaats in een systeem van bodem, bodemleven, bestuivers, boeren en een klimaat dat ook nog eens verandert. Je kunt vlinderbloemigen, zoals klaver, zo veredelen dat de opbrengst hoger wordt maar ook de bloemvorm zodanig verandert dat bestuivers niet meer bij de nectar kunnen. Maar bijen hun voedsel ontnemen kan immoreel zijn. Bij grassen willen veredelaars niet te veel wortelmassa, om zo veel mogelijk energie voor de bladgroei over te houden, maar wat als wortelmassa het humusgehalte in de grond verbetert, waardoor het beter regen vasthoudt? Ik pleit ervoor om veel holistischer naar veredeling te kijken."

Dit zijn niet direct argumenten tégen CRISPR-Cas. "Maar het gevaar van een focus op genen is dat je de systemen eromheen vergeet. Je kunt planten resistentiegenen geven tegen een bepaalde ziekte, maar als de resistentie dan toch wordt doorbroken, moet je alsnog spuiten.’ Met andere woorden: de huidige veredeling is vaak symptoombestrijding. ‘Je kunt ook werken aan robuuste rassen, zoals we die noemen, zodat planten sterker worden, in samenhang met hun omgeving. Maar dat lukt alleen in een context zonder chemie, want dan moet de veredelaar de veerkracht ergens anders vandaan halen."

Weet je dat ik nog posters heb geplakt voor de PSP, toen ik student was?

Moedeloos
In Wageningen kijkt Van der Oost een beetje moedeloos uit het raam. Alsof hij het flauw vindt dat het kapitalisme erbij wordt gehaald. "Weet je dat ik nog posters heb geplakt voor de PSP, toen ik student was? Ik word echt niet vrolijk van het kapitalistische model dat we nu hebben. Daar moeten we óók iets aan doen." Maar dat moet je volgens hem los zien van techniek. "Ik zie positieve toepassingen. Die moeten we niet tegenhouden. Ik denk dat het iets kan doen tegen honger. 'Honger is een verdelingsprobleem', zei iemand laatst tegen me. Maar wat als het ergens in een arm land bijdraagt aan een hogere opbrengst, waar nu mensen honger hebben – dan helpt het toch?"

Áls – ja, dan zou Haring ook wel voor zijn. ‘Maar zal het in de praktijk worden ingezet voor voedselzekerheid of toch voor financieel gewin van een kleine groep? Ik vind CRISPR een prachtige techniek. Maar kunnen we erop vertrouwen dat de markt goed omgaat met de macht die dit geeft?’