1
Moleculaire klonering in planten
Why do we need to modify plants through gene technology?
Planten zijn essentieel voor het leven op aarde en spelen een cruciale rol in ecosystemen en
als hulpbron voor mensen en dieren. Ze hebben de unieke capaciteit om koolstofdioxide (CO₂)
uit de atmosfeer om te zetten in energierijke moleculen via fotosynthese. Dit proces vormt
niet alleen de basis van de voedselketen, maar zorgt ook voor de productie van suikers en
zetmelen die nodig zijn voor het menselijk dieet. Planten functioneren als de beste chemische
fabrieken van de natuur, omdat ze een breed scala aan nuttige stoffen produceren.
Via fotosynthese en metabolische processen synthetiseren planten vitamines zoals vitamine A
en C, die essentieel zijn voor onze gezondheid. Ze produceren ook smaak- en geurstoffen
zoals vanilline en cafeïne, en krachtige medicijnen zoals morfine. Bovendien leveren planten
bouwmaterialen zoals hout, evenals vezels voor kleding, zoals katoen, linnen en basttextiel.
Daarnaast vormen suikers, zetmelen en cellulose uit planten de basis voor biobrandstoffen
zoals ethanol, wat bijdraagt aan duurzame energieoplossingen.
Planten zijn niet alleen een bron van voedsel en materialen, maar ook van waardevolle
chemische stoffen en biomassa voor biobrandstoffen. Ze dragen bij aan de bio-economie door
voedsel te leveren, schuilplaatsen te bieden, waardevolle verbindingen te produceren en
hernieuwbare energie mogelijk te maken. Toch worden planten geconfronteerd met diverse
bedreigingen. Klimaatverandering, zoals stijgende temperaturen en onvoorspelbare
weersomstandigheden, vormt een risico voor gewasopbrengsten. Daarnaast bedreigen plagen
zoals de maïsboorder, ziekten zoals bacteriële bladvlekkenziekte en virussen zoals het maïs-
dwergmozaïekvirus de gezondheid van planten. Veel gewassen groeien bovendien in minder
ideale omstandigheden, zoals op bodems van slechte kwaliteit, in droogte of bij hoge
zoutgehaltes.
Genetische technologie biedt krachtige oplossingen om deze uitdagingen aan te pakken. Door
planten genetisch te modificeren, kunnen wetenschappers gewassen ontwikkelen die bestand
zijn tegen plagen, ziekten en extreme omgevingsomstandigheden. Het is ook mogelijk om de
voedingswaarde te verbeteren door hogere concentraties vitamines en mineralen in te
bouwen. Verder kunnen genetisch gemodificeerde gewassen efficiënter groeien in
suboptimale omstandigheden en bijdragen aan de productie van biomassa voor
biobrandstoffen.
Het benutten van genetische biotechnologie kan de toekomst van de landbouw veiligstellen.
Het helpt niet alleen om de voedselproductie te verhogen, maar draagt ook bij aan een
duurzame bio-economie. Door planten te verbeteren en te beschermen tegen toenemende
bedreigingen, kunnen we ervoor zorgen dat ze blijven bijdragen aan de groeiende behoeften
van de mensheid en de planeet.
Which genetically improved crops are produced across the globe?
Insect pest resistance: expression of Bt
toxin
Wereldwijd zijn er verschillende genetisch
gemodificeerde of genoom-bewerkte
gewassen ontwikkeld om uitdagingen in
de landbouw, voedselzekerheid en
volksgezondheid aan te pakken. Een
, 2
belangrijk voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van gewassen die resistent zijn tegen
insecten, zoals maïs, katoen en pinda’s, door de introductie van het Bt-gen. Dit gen, afkomstig
van de bacterie Bacillus thuringiensis (Bt), codeert voor een toxine dat specifiek dodelijk is
voor bepaalde insectensoorten zoals de maïsboorder. Het toxine wordt pas actief nadat het in
de insectendarm is verwerkt en bindt aan specifieke receptoren in de darmwand. Dit
veroorzaakt de vorming van poriën in de darmwand, wat leidt tot lekkage, verstoring van de
osmotische balans en uiteindelijk de dood van het insect. Bt-gewassen produceren dit toxine
zelf, wat het gebruik van chemische insecticiden vermindert en zowel milieuvriendelijk als
economisch voordelig is. In andere planten kan je Bt gen tot expressie brengen (GMO) of je
kan Bacillus thuringiensis op de planten sproeien. Toch vormt resistentieontwikkeling bij
insecten een uitdaging voor de duurzaamheid van deze technologie.
Herbicide resistance: expression of glycophosate-resistane EPSP synthase
Een andere belangrijke toepassing is de ontwikkeling van gewassen die tolerant zijn voor
herbiciden zoals glyphosaat, ook bekend als Roundup. Glyphosaat remt een cruciaal enzym,
EPSP-synthase, dat betrokken is bij de productie van aromatische aminozuren in planten. Door
het CP4 EPSPS-gen, afkomstig van Agrobacterium tumefaciens, in te brengen, wordt een
variant van dit enzym geproduceerd die niet wordt geremd door glyphosaat. Hierdoor kunnen
boeren onkruid bestrijden door hun velden met glyphosaat te besproeien, zonder de
transgene gewassen te beschadigen. Deze technologie heeft de efficiëntie van de landbouw
aanzienlijk verbeterd, maar heeft ook geleid tot de opkomst van glyphosaat-resistente
onkruiden, wat vraagt om nieuwe strategieën voor onkruidbeheer.
Human health promoting compounds: metabolic engineering of GABA production via CRISPR-
Cas9 deletion
Genoom-bewerkingstechnologieën, zoals CRISPR-Cas9, bieden veelbelovende mogelijkheden
voor het verbeteren van gewassen en het ontwikkelen van voedingsmiddelen met
gezondheidsvoordelen voor de mens. Een voorbeeld van deze toepassing is de ontwikkeling
van GABA-verrijkte tomaten. Gamma-aminoboterzuur (GABA) is een belangrijke
neurotransmitter in het zenuwstelsel die onder andere kan bijdragen aan het verlagen van de
bloeddruk en het bevorderen van ontspanning.
In Japan zijn er tomaten op de markt die
verhoogde GABA-niveaus bevatten,
geproduceerd door het gebruik van CRISPR-
Cas9 om de activiteit van het enzym
glutamaatdecarboxylase (GAD) te verhogen.
GAD is verantwoordelijk voor de omzetting
van glutamaat naar GABA, en een
verhoogde activiteit van dit enzym kan de
GABA-concentratie in tomaten aanzienlijk
verhogen. Dit wordt bereikt door gerichte
genetische modificatie waarbij een
autoinhibitorisch domein in het GAD-eiwit
wordt verwijderd, wat de enzymactiviteit
bevordert bij fysiologische pH-waarden.
Het GAD-eiwit bevat een C-terminus die een Ca2+/calmoduline (CaM)-bindend domein heeft.
Dit domein fungeert als een autoinhibitor en remt de activiteit van GAD bij normale pH.
Echter, wanneer er stressfactoren zijn die de accumulatie van Ca2+ in de plantencellen
