Cichorei zonder bitterstoffen, aardappelen met een sterkere ziekteresistentie … Het kan allemaal met CRISPR-Cas, een ‘genoom editingtechniek’ om veranderingen in het DNA van planten aan te brengen. Dr. Ir. Katrijn Van Laere, onderzoeker bij ILVO, het Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek, legt uit hoe het werkt en op welke uitdagingen het een antwoord biedt.

Snellere plantenveredeling met CRISPR-Cas

Katrijn Van Laere: “ILVO doet onder andere onderzoek naar het veredelen van planten. We onderzoeken hoe planten beter aangepast kunnen worden aan de noden van vandaag. Door de klimaatverandering hebben we bijvoorbeeld gewassen nodig die beter tegen droogte en ziekte kunnen. Planten die bestemd zijn voor voeding kunnen we via veredeling voedzamer maken, we kunnen de smaak verbeteren en de aanwezigheid van allergenen verminderen.”

Plantenveredeling, of het aanpassen van gewassen aan de behoeften van de mens, gebeurt al eeuwenlang. Dat kan bijvoorbeeld door sterke lijnen met elkaar te kruisen en daardoor zoveel mogelijk goede eigenschappen in één plantenras te verenigen. Doe je dat via klassieke veredeling, en dus zonder gentechnologie, dan duurt dat gemakkelijk 10 tot 15 jaar. Door gebruik van NGT’s (nieuwe genbewerkingstechnieken, waarvan CRISPR-Cas het bekendste voorbeeld is) kan de veredelingstijd tot 1/3 ingekort worden.


Dr. Ir. Katrijn van Laere doctoreerde als bio-ingenieur aan het Instituut voor Landbouw-, Visserij- en Voedingsonderzoek (ILVO). Ze bleef na haar doctoraat als onderzoeker verbonden aan de kennisinstelling, waar ze zich samen met haar team toelegt op veredelingsondersteunende technieken bij planten, zoals de genoom editingtechniek CRISPR-Cas.

CRISPR-Cas: zoeken, knippen en vervangen

CRISPR-Cas is een techniek om het DNA van levende cellen aan te passen. Het eiwit Cas9 fungeert daarbij als ‘moleculaire schaar’, die op een specifieke plaats in erfelijk materiaal het DNA knipt. Bij het herstel van de breuk op die plaats in de DNA-streng kan dan een verandering worden geïntroduceerd. De schaar krijgt een genetische code mee om de gewenste kniplocatie op te sporen, dat is CRISPR.

Katrijn Van Laere: “De DNA-veranderingen die we zo introduceren bij ILVO, zijn vergelijkbaar met natuurlijke mutaties bij planten. In de natuur komt het geregeld voor dat de genetische eigenschappen van een plant veranderen, bijvoorbeeld onder invloed van zonlicht. Met CRISPR-Cas bootsen we die natuurlijke processen na, maar dan preciezer en sneller, wat voordelen oplevert in de plantenveredeling.”

Technisch is het ook mogelijk om een nieuw stukje DNA toe te voegen op de plaats waar het DNA doorgeknipt werd. Wetenschappers kunnen met CRISPR-Cas dus ook stukjes DNA vervangen of toevoegen. Van deze nieuwe genbewerkingstechniek ‘categorie 2’ maakt ILVO op dit moment nog geen gebruik tijdens onderzoeksprojecten.

Op weg naar een soepelere Europese wetgeving

 CRISPR-Cas biedt dus duidelijk perspectieven voor een duurzamer landbouw- en voedselsysteem en het creëren van planten die beter bestand zijn tegen de klimaatverandering. Denk aan minder waterverbruik, minder pesticidegebruik, voedzamere groenten … Maar momenteel kunnen Europese bedrijven er nog niet veel mee doen.

Volgens de huidige Europese wetgeving valt CRISPR-Cas onder de GGO-wetgeving (wetgeving rond genetisch gemodificeerde organismen), en die is in Europa erg streng. De risicoanalyse die nodig is om GGO-gewassen op de markt te zetten, is zodanig uitgebreid en duur dat bedrijven en veredelaars de CRISPR-technologie niet gebruiken.

In de VS en Japan bijvoorbeeld, waar de wetgeving veel soepeler is, liggen er intussen al genetisch gemodificeerde groenten en fruit in de schappen. In Japan kan je bijvoorbeeld de GABA-tomaat kopen, een tomaat die door gebruik van CRISPR-Cas vijf keer zoveel gamma-aminoboterzuur (GABA) bevat als normale tomaten, wat gunstige effecten zou hebben op stress en slaap.

Katrijn Van Laere: “Europa hinkt achterop op andere werelddelen, en dat is jammer. Veredelaars, boeren, voedselbedrijven, consumenten én het milieu hebben voordeel bij de ontwikkeling van door NGT veredelde gewassen. Maar de klimaatverandering met alle bijhorende uitdagingen, lijkt een trigger te zijn voor Europa om de wetgeving toch op korte termijn te versoepelen. Met klassieke veredelingstechnieken kost het veel tijd om bijvoorbeeld tot droogteresistente rassen te komen. Genoom editing kan hier een versnelling bieden.”

Deze zomer kwam er dan ook een voorstel voor een versoepelde Europese wetgeving. Als dit wetsvoorstel goedgekeurd wordt, zal CRISPR-Cas in de nabije toekomst niet meer onder de GGO-wetgeving vallen.

Katrijn Van Laere: “Het blijft onzeker afwachten, maar we zien toch een positieve beweging binnen de Europese adviesraden. In het beste geval wordt het Europees wetvoorstel binnen 2 jaar goedgekeurd, waarna alle Europese lidstaten hun wetgeving daarop kunnen afstemmen.”

Wat houdt het Europees wetsvoorstel in?

Katrijn Van Laere: “In het wetsvoorstel wordt een onderscheid gemaakt tussen 2 categorieën planten. Bij de eerste categorie, NGT-1, gaat het om planten die ook op natuurlijke wijze of via conventionele veredeling kunnen ontstaan. Deze planten zouden niet meer onder de strenge GGO-regelgeving vallen, waardoor het ook voor kleinere bedrijven mogelijk wordt om de CRISPR-Cas techniek te gebruiken. De planten die onder categorie 2 vallen, NGT-2, kunnen niet op natuurlijke wijze of via conventionele veredeling geproduceerd worden. Deze categorie zal nog steeds onder de strenge GGO-regelgeving vallen in Europa. De genbewerkingstechnieken die we bij ILVO op dit moment toepassen, vallen onder categorie 1.”

Zijn er gevaren verbonden aan CRISPR-Cas?

 Als Europa groen licht geeft om de regelgeving rond CRISPR-Cas te versoepelen, zullen er dus al snel genetisch bewerkte gewassen op de Europese markt komen. Maar niet iedereen staat hiervoor te springen. Sommige organisaties vrezen voor off-target effecten. Dat zijn mutaties die optreden op plaatsen in het genoom van de plant waar het niet bedoeld was.

Katrijn Van Laere: “Als planten in de natuur staan en onderhevig zijn aan zonlicht, wordt heel het genoom ad random op bepaalde plaatsen gemuteerd. Dat natuurlijk proces heb je niet in de hand. De off-target effecten die CRISPR-Cas mogelijk creëert, zijn niet ingrijpender dan wat er in de natuur constant gebeurt. Integendeel, CRISPR-Cas is erg nauwkeurig en dus meer gecontroleerd dan natuurlijke mutatieprocessen. We gebruiken alle genomische kennis over de plant en de genen die we willen aanpassen waardoor we heel specifiek en precies kunnen werken.”

Van de ene onderzoeksdoelstelling naar de andere

De vraag of er bij ILVO binnenkort nog nieuwe onderzoeksprojecten met CRISPR-Cas starten, leidt ons direct ook tot de essentie van onderzoek.

Katrijn Van Laere: “We hebben nu effectief witloofplanten die geen bitterstoffen produceren. Daarmee hebben we onze onderzoeksdoelstelling behaald. Maar die planten staan in een serre en zijn ziektegevoelig. Je bent dan euforisch over de ene aanpassing die je succesvol gedaan hebt, maar daar stopt het niet, want we staan alweer voor een andere uitdaging. Idealiter kunnen we nu een vervolgonderzoek uitvoeren om ook de ziekteresistentie van de witloofplanten te vergroten.

Dat vat goed samen wat onderzoek is: je onderzoekt een probleem, je vindt een mogelijke oplossing, maar de nieuwe situatie brengt andere uitdagingen met zich mee. Het is een continu proces van zoeken, leren, vinden en opnieuw zoeken.”

Dr. Ir. Katrijn Van Laere Onderzoeker ILVO

Voorbeelden van ILVO-projecten met CRISPR-Cas

Witloof en cichorei zonder bitterheid:
Katrijns onderzoeksteam slaagde erin om witloof en cichorei te creëren die minder bitterstoffen aanmaken. Dat deden ze door de genen die betrokken zijn in de aanmaak van de bitterstoffen uit te schakelen, wat interessant is voor de witlooftelers én voor de consument, want niet iedereen houdt van de bittere smaak van witloof. Ook voor de cichoreiteelt is dit veelbelovend, want minder bittere wortels zijn geschikter voor de productie van gezonde, vezelrijke en glutenvrije melen voor de voedingsindustrie.

Ziekteresistente aardappelen:
Bij een onderzoeksproject met aardappelen wordt CRISPR-Cas ingezet in een poging om de ziekteresistentie te verbeteren en een hoger zetmeelgehalte te bekomen voor nuttige industriële toepassingen.

Overproductie van hoogwaardige componenten in microalgen:
In dit Europees project met 18 internationale partners, staat ILVO in voor het ‘genoom editing’-gedeelte bij microalgen. Doel van het project is om hoogwaardige componenten zoals aminozuren in microalgen tot overproductie te brengen. Deze componenten kunnen bijvoorbeeld dienen als natuurlijke UV-blokker in zonnecrèmes. Een duurzaam alternatief voor onze huidige chemische zonnecrèmes, die moeilijk afbreekbaar zijn in de natuur.

Meer info
Delen via