Precisieveredeling: gerichter sleutelen aan de eigenschappen van planten en dieren
Stel je een fokker voor die al honderd jaar dezelfde methode gebruikt: duizenden planten kruisen, wachten tot ze volgroeid zijn, en dan met het blote oog kijken welke het beste presteert. Dat is in essentie hoe klassieke veredeling werkt, en het kost tien tot vijftien jaar om één nieuwe aardappel- of tomatenvariëteit op de markt te brengen. Precisieveredeling is de moderne tegenhanger: in plaats van te gokken op gelukkige combinaties van genen, kijken onderzoekers direct in het DNA en passen ze precies aan wat nodig is.
Een bekend voorbeeld maakt het concreet. Onderzoekers van het Britse John Innes Centre pasten met een genetische schaar het DNA van een tomatenplant zo aan dat de vruchten en bladeren provitamine D3 aanmaken, een stof die mensen normaal vooral via zonlicht of vette vis binnenkrijgen. In plaats van tientallen jaren te kruisen en te hopen op een toevallige mutatie, veranderden ze in het lab gericht twee genen die al in de tomaat aanwezig waren. Dat is precisieveredeling in een notendop: niet iets vreemds toevoegen, maar bestaand DNA nauwkeuriger bijsturen.
Wat is het precies?
Precisieveredeling is een verzamelnaam voor technieken die veredelaars helpen om gerichter, sneller en voorspelbaarder eigenschappen in planten en dieren te selecteren of aan te passen dan met kruising alleen. Er zijn grofweg drie lagen.
De eerste is marker-assisted selection (merker-ondersteunde selectie). Onderzoekers zoeken stukjes DNA, zogeheten merkers, die statistisch samenhangen met een gewenste eigenschap, bijvoorbeeld ziekteresistentie. Ze kunnen dan al bij een jong plantje of embryo in het DNA aflezen of de eigenschap aanwezig is, zonder te wachten tot de plant volgroeid is.
De tweede laag is genomic selection (genomische selectie). Hierbij wordt niet naar één merker gekeken, maar naar duizenden DNA-punten tegelijk, gecombineerd met statistische modellen die een fokwaarde voorspellen. Deze aanpak wordt al sinds ongeveer 2009 breed toegepast in de melkveefokkerij, ook in Nederland via fokkerijcoöperaties, en heeft de vooruitgang in bijvoorbeeld melkproductie en diergezondheid versneld.
De derde en meest besproken laag is gene editing (genbewerking), met technieken als CRISPR-Cas9 en TALEN. Dit zijn moleculaire 'schaartjes' die op een exacte plek in het DNA kunnen knippen, waarna de cel dat zelf herstelt, soms met een kleine verandering als gevolg. Belangrijk verschil met klassieke genetische modificatie: bij gene editing wordt meestal geen vreemd DNA van een andere soort permanent ingebouwd, maar wordt bestaand DNA subtiel aangepast, zoals ook door natuurlijke mutatie zou kunnen ontstaan. Daarom wordt in beleidsdocumenten vaak de neutralere term 'nieuwe genomische technieken' (NGT) gebruikt in plaats van 'genetische modificatie'.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is snelheid en precisie. Waar klassieke veredeling afhankelijk is van toeval en vele generaties nodig heeft, kan precisieveredeling een gewenste eigenschap in één stap toevoegen of aanscherpen, wat ontwikkeltrajecten met jaren kan verkorten.
Daarnaast spelen grote maatschappelijke opgaven een rol. Door klimaatverandering moeten gewassen beter bestand worden tegen droogte, hitte, verzilting of nieuwe ziekten en plagen. Veredelaars hopen met gerichte aanpassingen sneller rassen te ontwikkelen die minder gewasbeschermingsmiddelen nodig hebben, wat ook goed is voor het milieu. Bij dieren wordt gekeken naar ziekteresistentie, wat het gebruik van antibiotica kan verminderen en dierenwelzijn kan verbeteren.
Een derde doel is voedingswaarde: gewassen met meer vitamines of gezondere vetzuurprofielen, zoals de eerder genoemde vitamine D-tomaat. Ten slotte wordt precisieveredeling gezien als bijdrage aan voedselzekerheid: met een groeiende wereldbevolking en minder beschikbare landbouwgrond willen onderzoekers de opbrengst per hectare verhogen zonder extra grond of hulpstoffen.
Voorbeelden uit de praktijk
Verschillende projecten laten zien hoe het concept in de praktijk landt.
De vitamine D-tomaat van het John Innes Centre in Norwich, gepubliceerd in het vaktijdschrift Nature Plants in 2022, is een van de meest aangehaalde voorbeelden van gene editing voor voedingswaarde.
In de veehouderij werken de Roslin Institute (Universiteit van Edinburgh) en het bedrijf Genus plc aan varkens die met CRISPR zijn aangepast zodat het PRRS-virus, een besmettelijke luchtwegziekte die de varkenshouderij wereldwijd miljarden kost, geen vat meer op hen heeft. Het onderliggende onderzoek loopt al sinds het midden van de jaren 2010 en heeft de afgelopen jaren belangrijke regelgevingsstappen gezet in de Verenigde Staten.
In de plantenteelt bracht het Amerikaanse bedrijf Corteva Agriscience rond 2020 een met CRISPR bewerkte 'waxy maïs' (amylosevrije maïs) op de Amerikaanse markt, een van de eerste commerciële gene-edited gewassen.
Het Amerikaanse bedrijf Calyxt gebruikte de TALEN-techniek om sojabonen te ontwikkelen met een gezonder vetzuurprofiel; de daaruit gewonnen olie wordt sinds 2019 verkocht onder de naam Calyno.
Een vroeg en veelgeciteerd voorbeeld is de champignon van bioloog Yinong Yang aan Penn State University, die in 2016 met CRISPR een gen uitschakelde waardoor de paddenstoel minder snel bruin verkleurt na snijden. Dit was destijds het eerste met CRISPR bewerkte organisme dat door de Amerikaanse landbouwautoriteit USDA niet als reguliere genetisch gemodificeerde organisme werd behandeld.
Hoe ver is de techniek?
De wetenschappelijke basis van gene editing staat inmiddels stevig: de ontdekking van CRISPR-Cas9 als programmeerbaar knipinstrument leverde de ontdekkers Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier in 2020 de Nobelprijs voor Chemie op. Het lab- en fokkerijwerk gaat dus snel, maar de weg naar de winkelschappen loopt vooral via regelgeving, en die verschilt sterk per land.
In de Europese Unie ligt dat gevoelig. Een uitspraak van het Europees Hof van Justitie uit 2018 bepaalde dat met gene editing gemaakte organismen in principe onder dezelfde strenge GGO-regels vallen als klassieke genetische modificatie, met dure toelatingsprocedures en etiketteringsplicht tot gevolg. Om dit te herzien deed de Europese Commissie in juli 2023 een voorstel voor een nieuwe verordening over 'nieuwe genomische technieken', die planten met kleine, ook via natuurlijke mutatie mogelijke aanpassingen zou vrijstellen van de zwaarste GGO-regels. Het Europees Parlement stemde in februari 2024 in met een eigen, aangescherpte versie van dit voorstel. Op het moment van schrijven onderhandelen Raad en Parlement nog over de definitieve tekst; wanneer en in welke vorm deze wet er precies komt, is nog niet zeker.
Het Verenigd Koninkrijk koos na de brexit een eigen, soepeler traject met de Genetic Technology (Precision Breeding) Act, die in 2023 werd aangenomen. De regels voor gene-edited planten zijn in Engeland inmiddels van kracht; voor dieren ligt het gevoeliger, omdat daar extra dierenwelzijnswaarborgen voor nodig zijn, en de uitwerking daarvan volgt in een later stadium. Buiten Europa lopen landen als de Verenigde Staten, Japan, Canada en Australië doorgaans voorop, met een aantal producten al op de markt.
Belangrijke obstakels blijven: maatschappelijk draagvlak en het risico dat consumenten gene editing verwarren met klassieke genetische modificatie, de hoge kosten van toelatingstrajecten die vooral grote bedrijven kunnen dragen, patenten die de toegang tot de technologie beperken, en het technische feit dat veel landbouwkundig interessante eigenschappen, zoals droogtetolerantie, door tientallen genen samen worden bepaald en dus niet met één simpele ingreep te regelen zijn.
Wie werken eraan?
In Nederland is Wageningen University & Research (WUR) het belangrijkste kenniscentrum, met onderzoek naar onder meer resistentie tegen de aardappelziekte phytophthora. Daarnaast is het Wageningse bedrijf KeyGene gespecialiseerd in moleculaire veredelingstechnologie voor gewasveredelaars wereldwijd, en werken Nederlandse groente- en sierteeltveredelaars zoals Rijk Zwaan en Enza Zaden met genomische selectietechnieken.
In het Verenigd Koninkrijk zijn het John Innes Centre en het Roslin Institute leidend in respectievelijk plantenonderzoek en dierveredeling, met Genus plc als commerciële partner voor de PRRS-resistente varkens. In de Verenigde Staten investeren grote landbouwbedrijven als Corteva Agriscience en Bayer Crop Science zwaar in gene-edited gewassen, terwijl kleinere, gespecialiseerde bedrijven als Cibus en Calyxt zich toeleggen op specifieke toepassingen. Fundamenteel CRISPR-onderzoek komt voor een groot deel uit het Broad Institute (verbonden aan Harvard en MIT) en het Innovative Genomics Institute in Berkeley. In Japan bracht het bedrijf Sanatech Seed in 2021 een met gene editing ontwikkelde tomaat op de markt die van nature meer GABA bevat, een stof die in verband wordt gebracht met bloeddrukverlaging.