Aspirinetabak

Aspirine beschermt planten tegen virussen, schimmels en bacteriën. Leidse transgene tabaksplanten maken hun eigen aspirine en zijn hun leven lang beschermd.

`We hebben al diverse e-mailtjes gehad van bedrijven en onderzoekers die graag onze planten of genetische constructen willen hebben', zegt Huub Linthorst, onderzoeker van het Instituut voor Moleculaire Plantenwetenschappen in Leiden. Samen met hoogleraar John Bol en promovenda Marianne Verberne werkte hij jarenlang aan tabaksplanten die door genetische manipulatie extra salicylzuur maken en daardoor beter bestand zijn tegen ziekten. Een publicatie over het onderzoek in het juli-nummer van Nature Biotechnology bracht de stroom aan reacties op gang. Marianne Verberne, die het onderzoek grotendeels uitvoerde, promoveert er op 19 oktober op.

Salicylzuur speelt een sleutelrol bij de afweer van planten tegen allerlei ziekteverwekkers omdat het een cascade aan afweerstoffen activeert. Om een plant te maken met meer salicylzuur en dus een verhoogde resistentie, brachten de Leidse onderzoekers via genetische manipulatie twee bacteriële genen in het genoom van tabak. (Tabak is een veel gebruikte laboratoriumplant.) De toegevoegde genen bevatten de informatie voor de enzymen isochorismaat-synthase en isochorismaat-pyruvaatlyase. Met behulp van deze enzymen kan de tabaksplant om in twee stappen salicylzuur te maken uit het in de bladgroenkorrels aanwezige chorismaat.

De wetenschappers koppelden speciale signaalsequenties aan de enzymen, die ervoor zorgden dat de enzymen in de plantencel netjes bij het chorismaat in de bladgroenkorrels terecht kwamen. De transgene planten bleken vijfhonderd tot duizend keer meer salicylzuur te bevatten dan gewone planten. Als gevolg van deze ophoping van salicylzuur maakten de transgene planten continu verdedigingseiwitten aan. Of de plant lijdt onder deze voortdurende `ziektestress' is niet duidelijk. Hij ziet er in ieder geval volkomen normaal uit, aldus de onderzoekers. En testen met besmettingen van het tabaksmozaïekvirus en de meeldauwschimmel Oidium lycopersicon lieten zien dat de transgene plant inderdaad resistenter was dan normaal. In plaats van grote, zich uitbreidende vlekken op het blad zijn er bij de transgene plant slechts kleine puntjes op de plaats van de infectie zichtbaar.

gele vlekjes

Bij hun manipulatie baseerden de Leidenaren op de natuurlijke afweermechanismen die in de plant aanwezig zijn. Zodra een tabaksplant geïnfecteerd raakt met een ziekteverwekker, bijvoorbeeld het tabaksmozaïeksvirus, ontstaat op de plek van de infectie een overgevoeligheidsreactie. Er ontstaan gele vlekjes waarin het weefsel naar verloop van tijd afsterft en zwart kleurt. Het virus blijft gevangen in deze plekken en kan zich niet verder verspreiden. Ondertussen komt ook het immuunsysteem van de plant in actie. Salicylzuur werkt daarbij als signaalstof: zodra de plant wordt aangetast, komen er grote hoeveelheden van dit molecuul vrij. Het alarmsignaal verspreidt zich door de hele plant en overal zet het plantencellen aan tot de productie van een scala aan verdedigingseiwitten. Daaronder bevinden zich enzymen als chitinases en glucanases, die de celwanden van schimmels en bacteriën afbreken. Een plant die in eerste instantie maar aan één blad geïnfecteerd raakt, blijkt later beschermende stoffen te hebben aangemaakt in zijn andere bladeren. Hij rekent nu efficiënt af met de indringer en er ontstaan slechts minieme puntjes op de plaats van de infectie. Dit alles dankzij salicylzuur, zo bewees John Ryals, die in 1993 een transgene plant maakte waarin het salicylzuur voortijdig door een ingebracht enzym werd afgebroken. De plant bleek geen resistentie op te bouwen na infectie van één blad.

Salicylzuur is al langer bekend als de geneeskrachtige stof uit wilgenbast. In 1793 herontdekte Edward Stone de koorts- en pijnstillende werking ervan. Eerder gebruikten de Oude Grieken en Romeinen het al als medicijn. Deze natuurlijke aspirine had vervelende bijwerkingen zoals maagbloedingen. In 1897 ontwikkelde Friedrich Bayer een methode om een salicylzuur-afgeleide stof langs chemische weg te bereiden. Deze stof, acetylsalicylzuur, werd bekend onder de naam aspirine. Het leverde wat minder maagklachten op en is nog altijd het meest verkochte geneesmiddel ter wereld.

Dat de stof ook voor planten een heilzame werking heeft, is nog niet zo lang bekend. Bol diept er aardige anekdote over op: ``Het verhaal gaat dat de Britse onderzoeker Ray White aan zijn moeder probeerde uit te leggen hoe hij planten trachtte te genezen van virusinfecties. Zij raadde hem aan zijn planten aspirine te geven, omdat zij daar zelf veel baat bij had. Als brave zoon besproeide hij in 1979 zijn tabaksplanten met verdunde oplossingen van aspirine en salicylzuur, en zowaar: ze werden resistent tegen virusinfecties!''

Vanaf dat moment was de belangstelling van plantenpathologen voor salicylzuur gewekt. Het bleek echter een probleem om planten in het veld door een eenvoudige bespuiting met salicylzuur langdurig te beschermen tegen infecties. Alleen in kassen werd met deze methode een bescheiden succes geboekt. Pas sinds kort zijn er verbeteringen op dit vlak. Zo brengt het Zwitserse bedrijf Novartis het middel BTH (benzothiadiazole) op de markt, een salicylzuurderivaat dat granen gedurende het hele seizoen kan beschermen tegen meeldauw. Toch zijn de mogelijkheden van dit soort chemische gewasbescherming nog beperkt.

De Leidse wetenschappers werkten in hun onderzoek samen met het plantenbiotechnologiebedrijf Zeneca-Mogen. Het bedrijf ligt op een steenworp afstand van het Gorlaeuslaboratorium waar de universitaire onderzoekers huizen. Samen met Mogen deelt de onderzoeksgroep vier patenten op het gebied van ziekteresistentie in planten, onder andere voor de inbouw van chitinase- en glucanasegenen. Er is een samenwerkingsovereenkomst getekend waarin is vastgelegd dat de onderzoekers een vast bedrag krijgen per patent, en als de uitvindingen geld opleveren ontvangt de universiteit royalties. Bol: ``We hebben goede hoop dat dit bij de chitinase en glucanase op termijn het geval zal zijn.''

Plantenveredelaars zijn bijzonder geïnteresseerd in varianten die door genetische manipulatie resistent zijn gemaakt tegen allerlei ziekten. ``Voedingsgewassen zijn over het algemeen erg gevoelig voor ziekten omdat ze in het verleden zijn veredeld op hun smaak en opbrengst, zonder dat daarbij goed is gelet op de resistentie tegen ziekten'', zegt Linthorst. ``Wat je nu dan ook ziet is dat de wilde planten vaak goed bestand zijn tegen schimmels, bacteriën en andere parasieten, maar dat de commerciële gewassen allerlei ziektes krijgen. Veredelaars proberen nu die resistentie in hun gewassen terug te krijgen door ze te kruisen met wilde verwanten, of door de resistentiegenen uit wilde gewassen via genetische manipulatie over te brengen op de commerciële gewassen. Daarmee zijn al diverse successen behaald, maar het is een moeizame weg, want het biedt telkens maar één oplossing voor één bepaalde ziekte. Onze methode biedt mogelijk bescherming tegen een heel breed spectrum aan plantenziekten. Daar is begrijpelijkerwijs veel belangstelling voor.''

Of de plant daadwerkelijk ook beschermd is tegen andere infectieziektes dan het tabaksmozaïekvirus en meeldauw, weten de Leidenaren nog niet. Ze zouden het graag onderzoeken, maar de onderzoekers zijn er niet in geslaagd een vervolgsubsidie voor dit onderzoek te krijgen. Ook de samenwerking met Zeneca-Mogen zal op korte termijn geen uitkomst bieden: ``Die samenwerking is op een laag pitje komen te staan, door ruzie over een ander octrooi op een veelgebruikte techniek op biotechnologisch gebied die Mogen en de universiteit samen ontwikkelden. Op zichzelf hebben wij met deze affaire weinig te maken, maar de relatie van de universiteit met het bedrijf is er wel door bekoeld. Daarom hebben wij het advies gekregen de contacten terug te schroeven.''

suikerverbinding

Een andere vraag die door de stagnatie in het onderzoek nog onbeantwoord blijft, is of een door genetische manipulatie verkregen verhoogd salicylzuurgehalte zonder meer toepasbaar is in voedingsgewassen. De onderzoekers zijn hoopvol. ``Negentig procent van het geproduceerde salicylzuur in de plant komt voor in de vorm van een suikerverbinding'', zegt Linthorst. ``Het is niet bekend wat daar precies mee gebeurt in de stofwisseling van de mens. Maar in ieder geval zijn de concentraties salicylzuur in de transgene planten steeds erg laag. Ik heb wel eens uitgerekend dat als wij spinazie met verhoogd salicylzuur zouden maken, je er iedere dag 500 kilo van zou moeten eten om dezelfde dosis binnen je krijgen als een licht aspirientje biedt! Het is dus maar betrekkelijk. Bovendien zijn er gewassen bekend met van nature al een veel hoger salicylzuurgehalte, zoals bijvoorbeeld rijst.''