De groeiende wereldbevolking vereist meer voedsel. Daarbij moeten we onze groenten verbouwen in steeds extremere klimaten. Een mogelijke oplossing? Een voorgeprogrammeerde plant die de kou live waarneemt, en zich daarin sneller aanpast. Jason Gardiner is docent en onderzoeker aan de Universiteit Utrecht. Hij wil bijdragen aan de efficiëntere kweektechnieken voor de planten van de toekomst. Niet door alleen het DNA te veranderen, maar door ook te kijken naar de interpretatie van dat DNA: het epigenoom.

“Ik was was altijd een beetje mopperig als het ging om planten. Ik ben opgegroeid in Canada in een zeer landelijk gebied. Mijn moeder was een echte hovenier, dus ze had altijd enorme tuinen. Als kind had ik dan in het weekend de klus om onkruid te wieden. Ik had er een hekel aan, ik wilde liever wat anders doen. Mijn interesse was eerst in de synthetische biologie: het ontwerp van de cel. Pas tijdens een bachelorvak over planten werden mijn ogen geopend. Hoe gaaf is het wel niet dat torenhoge redwood bomen water uit de grond opzuigen, helemaal naar bladeren aan de top, zonder energie te gebruiken? Toen ik dat leerde, begon het balletje te rollen.

De brandende vraag die mij door heel mijn academische loopbaan heeft gedreven is: ‘Hoe kan het dat binnen een groep cellen die identiek lijken, cellen zich toch nog anders uiten?’ Alle cellen in jouw lichaam hebben bijvoorbeeld hetzelfde DNA, maar toch heb je verschillende types cellen. Hoe bepalen we welke cel een hartcel moet worden, of in een bloem een cel blauw of wit moet kleuren? Als jouw DNA het bouwplan van een huis moet voorstellen, dan is er ergens een aannemer die bepaalt waar en wanneer de bouw van de woonkamer moet gebeuren. Die aannemer is wat ik onderzoek: het epigenoom.

Voorprogrammering

Net zoals we stukjes DNA kunnen aanpassen met het knip-en-plak-eiwit CRISPR-Cas, is het ook mogelijk om het epigenoom aan te passen. Je kan bijvoorbeeld een plek op het DNA markeren. Op de ene plek kan die markering een eigenschap zoals een blauwe kleur aanzetten, terwijl diezelfde markering op een andere plek een eigenschap uitzet. Dat is heel vreemd. Maar iets geks zien en ‘Waarom?’ denken, dat is een wetenschappers bread and butter.

Het voordeel is dat de veranderingen door die markeringen omkeerbaar zijn. Bij genetische modificatie, zoals het aanpassen van DNA met CRISPR-Cas, is dat moeilijker. Daar verwijder je een optie uit het bouwplan van alle cellen; om deze ongedaan te maken kost veel moeite. Bij een epigenetische aanpassing is de originele bouwtekening er nog, dus je hoeft alleen die markering te verwijderen. Het is alleen niet zo dat je de ene of andere techniek kiest, ik vind dat ze elkaar juist mooi aanvullen. Als een eigenschap zoals een blauwe kleur niet in de tekening zit, kan je die ook niet aan- of uitzetten met epigenetica.

Epigenetica is op dit moment onderbenut in de landbouw, vind ik. Vooral nu onze wereldbevolking hard groeit, moeten we manieren vinden om planten te verbouwen in andere omgevingen. Door het DNA te veranderen, kunnen de planten die we daar verbouwen voorgeprogrammeerd zijn tegen de kou. Maar met epigenetica kunnen we de planten de omgeving óók live laten waarnemen, dan denken ze: ‘Oh het is fris, laten we ons aanpassen aan die kou.’

Sierteelt

In de EU gelden strenge regels voor elke nieuwe verbeteringstechniek. Over het algemeen is het erg lastig om een innovatie in de landbouw te brengen. Dat is deels omdat voedsel een culturele ervaring is: als ik een aardappel ontwikkel die minder snel ziek wordt, ziet de consument dat niet. Cultureel gezien is de aardappel hetzelfde, tenzij ik vertel dat we er een nieuwe technologie voor gebruikt hebben. Doordat mensen de nieuwe technologie nog niet begrijpen, is het lastiger om ze aan boord te krijgen. Maar hoe langer we wachten met het toepassen van nieuwe technieken, hoe verder we achter zullen lopen.

Eigenlijk verschillen de nieuwe (epi)genetische technieken, zoals CRISPR-Cas, niet veel vergeleken met hoe we nu planten kweken. Je kan alleen gericht een aanpassing maken, in plaats van het ingewikkeld kruisen van planten. Het is daarom efficiënter: we gebruiken minder grondstoffen. Ik denk dat, in sommige opzichten, het zelfs onethisch is om het niet te proberen.

Waarschijnlijk zal je als consument de toepassing van de epigenetica als eerst bij de sierteelt merken. Een aantal bedrijven doet mee met mijn onderzoek, voor de telers is het namelijk van belang dat ze fraaie kleurpatronen in de bloemen kunnen bewaren. Soms is het patroon alleen in de volgende generatie weer verdwenen. Wanneer we uitvogelen hoe die patronen ontstaan, kunnen we ze behouden. Als synthetische bioloog zijn dat echt mijn roots. Ik wil mijn eigen bloem ontwerpen.”

Dit artikel is geschreven voor het mastervak wetenschapsjournalistiek.