Onderzoekers van het Amerikaanse MIT hebben een nieuwe manier gevonden om planten snel en trefzeker te wapenen tegen onder meer droogte en schimmelinfecties. Ze gebruiken nanodeeltjes om genetisch materiaal aan de bladgroenkorrels toe te voegen. 

De methode werkt bij tal van plantensoorten, waaronder diverse groenten, schrijven de onderzoekers deze week in het tijdschrift Nature Nanotechnology. De huidige methode om planten genetisch te modificeren is veel ingewikkelder, kost meer tijd en is bovendien voor elke soort anders. Deze nieuwe manier is daarentegen universeel, zegt Michael Strano, hoogleraar chemische technologie van MIT en samen met hoogleraar Nam-Hai Chua van de National University of Singapore hoofdauteur van de publicatie.

'Dit is een belangrijke stap richting het transformeren van bladgroenkorrels' die in planten voor fotosynthese zorgen, zegt Chua in een persbericht. 'De techniek kan worden gebruikt om te kijken welke extra genen we daarbij tot expressie kunnen laten komen.'
 

Glow-in-the-dark

Een paar jaar geleden ontdekte Strano dat nanodeeltjes plantaardige celmembranen konden doordringen. Daarvoor moesten ze de deeltjes wel aanpassen in omvang en elektrische lading. Dit mechanisme (LEEP) stelde de onderzoekers onder meer in staat om glow-in-the-dark-planten te bouwen. Met behulp van nanodeeltjes voegden ze het bioluminiscentie-enzym luciferase aan het blad toe. 

Plantbiologen hoopten meteen op meer. Plantencellen hebben tientallen, tot soms wel honderd bladgroenkorrels of chloroplasten. Door daar genetisch materiaal in aan te brengen, kan dat leiden tot veel grotere hoeveelheden van een gewenst eiwit dan wanneer enkel de celkern wordt gemodificeerd. 


Fotosynthese

'Biologen hebben grote interesse in de mogelijkheid om genetische aanpassingen te verrichten in verschillende delen van de plant', zegt Strano. 'Telkens als ik een praatje houd voor plantbiologen, vragen ze me of de LEEP-techniek ook kan worden gebruikt om genen toe te voegen aan de bladgroenkorrels.'

Bladgroenkorrels zijn essentieel voor fotosynthese. Ze vangen zonlicht op en zetten het om in energie. Ze bevatten ongeveer tachtig genen. Tot nu toe was het lastig om er genetisch materiaal toe te voegen. De enige methode vereist het gebruik van een 'pistool' waarmee genen met kracht in de cel worden geschoten, maar de kans om de plant daarmee te beschadigen is groot. 


Nanodeeltjes

De MIT-onderzoekers zijn er nu in geslaagd nanodeeltjes te maken van koolstofnanobuisjes, omwikkeld in chitosan, een natuurlijk voorkomend suiker. DNA, dat negatief is geladen, bindt zich lichtjes aan de positief geladen koolstofbuisjes. Met een spuit kunnen die deeltjes in het blad worden gespoten via de huidmondjes, kleine poriën die normaal gesproken de waterverdamping controleren. Eenmaal in het blad passeren de nanobuisjes de celwand, de celmembranen en vervolgens de dubbele membranen van de bladgroenkorrels. In die korrels is het relatief zuur, dus laten de nanodeeltjes daar het DNA los. Dat groeit vervolgens uit tot eiwitmateriaal. 

De onderzoekers hebben bij proeven op onder meer spinazieplanten en waterkers goede resultaten behaald. Ze gaan nu verder testen met ander genetisch materiaal. Zo willen ze gewassen beter bestand maken tegen droogte, gaan ze bananen- en citrusplanten proberen resistent te maken tegen schimmelinfecties en rijst kweken die geen arsenicum uit het grondwater opneemt.
 

Beeld: MIT