Foto: M. Ströck (2006)

Onderzoekers ontwikkelden recentelijk een nieuwe methode om, met behulp van koolstof nanobuisjes, DNA naar bladgroenkorrels van verschillende plantensoorten te brengen. Volgens de auteurs is dit een eenvoudige en goedkope methode om het genetische materiaal van een plant aan te passen.

Genetische aanpassingen worden normaliter gedaan door veranderingen aan te brengen in de celkern. In dit geval passen de onderzoekers het DNA in de bladgroenkorrel aan. Bladgroenkorrel, ook wel chloroplasten genaamd, komen voor in cellen van planten, algen en bepaalde micro-organismen en zijn de plek waar de fotosynthese plaatsvindt.

Voor het aanbrengen van veranderingen in het chloroplast DNA zijn al methoden beschikbaar, maar deze zijn weinig efficiënt en/of vergen specialistische apparatuur. Wel wordt het aanpassen van chloroplast-DNA gezien als een veilig manier van genetische modificatie, omdat chloroplast-DNA via de vrouwelijke lijn wordt doorgegeven en dus niet in stuifmeelcellen terecht komt. Dit verkleint de kans op verspreiding van het aangepaste DNA.

Aanpassing van het chloroplast DNA is interessant voor gewasverbetering, bijvoorbeeld voor de productie van therapeutische eiwitten in planten. Een hoge productie kan bereikt worden door de aanwezigheid van meerdere chloroplast-DNA moleculen per chloroplast en meerdere chloroplasten per plantencel.

In het beschreven onderzoek is een enkelwandig koolstofnanobuisje gebruikt dat was omwikkeld in chitosan, een natuurlijk voorkomend suiker. Door elektrostatische interactie hecht het negatief geladen DNA aan het positief geladen oppervlak van het koolstofnanobuisje met chitosan. Via kleine poriën in het blad van de plant die de waterverdamping controleren, komt het complex in de plantencel waar het het dubbele membraan van de chloroplast passeert. Omdat de pH in de chloroplast relatief laag is laat het DNA los van het nanodeeltje. De onderzoekers laten zien dat het DNA specifiek in de chloroplast terecht komt en niet in de celkern.

De beschreven techniek blijkt eenvoudig toe te passen en is al op verschillende planten getest, waaronder rucola. Volgens de auteurs is het onwaarschijnlijk dat er nog koolstof nanobuisjes aanwezig zijn in eventueel commercieel te gebruiken planten, omdat meerdere cycli van zaad tot gewas nodig zijn voor de ontwikkeling van een commercieel gewas.

Reflectie

Deze studie laat zien dat nanomaterialen, in dit geval koolstof nanobuisjes, steeds meer toepassing vinden. Het gebruik van koolstof nanobuisjes om DNA in te brengen in chloroplasten en daarmee planten genetisch te modificeren is zo’n toepassing.

Ook deze vorm van genetisch modificeren valt onder GGO wetgeving waarbij aan strikte voorwaarden moet worden voldaan voor het tegengaan van verspreiding van het aangepaste DNA naar andere organismen. De aanwezigheid van koolstof nanobuisjes op voedselgewassen is echter een ander punt van aandacht. Blootstelling aan koolstofnanobuisjes via de consumptie van gewassen is niet gewenst. De auteurs benoemden dit aspect ook in hun studie en beredeneren waarom dit in commerciële gewassen niet mogelijk zou zijn.

In deze studie is de aanwezigheid van het ingebrachte DNA in de chloroplast kort na toedienen vastgesteld. Dit was mogelijk doordat het DNA codeerde voor een fluorescerend eiwit dat vervolgens in de bladeren zichtbaar kon worden gemaakt. Dit snelle en zichtbare effect van de genetische modificatie is al vaker aantrekkelijk gebleken voor hobbyisten. Voorbeeld hiervan is het crowd-funding project ‘Glowing Plant’ van enkele jaren geleden. De eenvoudige beschikbaarheid van deze nanodeeltjes en de eenvoudige werkwijze voor het gebruik op planten, kan voor een hobbyist een aantrekkelijke manier zijn om zelf te gaan knutselen. Het is goed om dit aspect in de gaten te blijven houden.