Bron: Maandblad van de Vlaamse Imkerbond
Jaargang: 89
Jaar: 2003
Maand: juni
Auteurs: Chris Simoens

BIJEN EN GENETISCH GEMODIFICEERDE PLANTEN

Deel 1: Wat is genetische modificatie?

Opbouw en ontwikkeling van een organisme

De fundamentele bouwsteen van een lichaam is de cel. Sommige organismen, zoals de bacteriën, bestaan uit één enkele cel, terwijl andere, zoals de mens, uit miljarden cellen bestaan. Ook veelcellige wezens zijn gegroeid uit één cel. In geval van geslachtelijke vermenigvuldiging is dit de zygote, het resultaat van de versmelting van een mannelijke en vrouwelijke cel.

Een cel is als het ware een druppel levende stof, netjes omhuld door een celmembraan of celwand. Binnenin zijn er de algemene celvloeistof of cytoplasma, naast een aantal structuurtjes of organellen met hun specifieke functies. Uiterst belangrijk is de kern, want daarin bevinden zich de chromosomen. Deze bevatten DNA, voluit desoxynucleïnezuur, een scheikundige stof die drager is van de erfelijke kenmerken. DNA is bijzonder ingenieus gebouwd en maakt het mogelijk op een efficiënte wijze informatie op te slaan, te decoderen en te vermenigvuldigen.

DNA bestaat uit een lange keten van  alternerende suiker- en fosfaatschakels. Aan elke
suiker is een base gebonden. Er zijn vier soorten basen: A, T, G en C. Samen vormen ze de vier let­ters het genetische alfabet. Hun specifieke opeenvolging of sequentie beschrijft als het ware de kenmerken die het organisme zal hebben.

Het DNA in de chromosomen is echter enkel werk­zaam als een dubbelstrengige helix. Twee tegenover elkaar liggende DNA-ketens zijn als een wen­teltrap gedraaid en specifiek met elkaar verbonden via de basen: A staat steeds tegenover T en C tegenover G. Dit betekent dat de twee strengen van een DNA-helix complementair zijn: wanneer we de sequentie van één van de ketens kennen, weten we meteen hoe de andere is samengesteld. Als de ene streng de sequentie AATCGG bevat, zal de tegenoverliggende sequentie TTAGCC zijn, ten gevolge van de regels van de baseparing.

Deze structuur maakt duidelijk hoe de erfelijke informatie verdeeld wordt bij een celdeling. De twee strengen gaan eenvoudigweg uit elkaar en met de beschikbare sequentie als mal wordt de complementaire streng aangebouwd. Er ontstaan twee identieke DNA-moleculen, de informatie blijft exact behouden.

Hoe wordt de opgeslagen erfelijke informatie vertaald in een levende cel of organisme? De actieve ‘werkstoffen’ zijn de eiwitten of proteïnes. Soms hebben zij een structurele functie (vb. opbouw van membraan of organellen), vaak zijn het enzymen die een welbepaalde biochemische stap versnellen en in goede banen Leiden (vb. synthese van suikers en vetten) of transporteren ze bepaalde stoffen.

Net als DNA zijn ook eiwitten in wezen ketens bestaande uit een welbepaalde opeenvolging van een aantal bouwstenen, in dit geval de ami­nozuren, waarvan er twintig verschillende bestaan. Het bouwplan voor een eiwit ligt besloten in het DNA. Elk aminozuur wordt bepaald door een opeenvolging van drie basen (=codon). Aangezien er vier verschillende basen bestaan, zijn er 64 mogelijkheden om groepjes van drie te bepalen, meer dan voldoende om twintig aminozuren te coderen. De meeste aminozuren hebben dan ook meer dan één codon.

Wel zijn er drie codons die als stopsignaal fungeren, en dus het einde van een eiwitsegment markeren. Een gen is een stukje DNA dat, meestal toch, voor één enkel eiwit codeert. Het DNA, dat in de celkern is opgeslagen, levert echter niet rechtstreeks zijn informatie voor de vorming van eiwitten. Er wordt gebruik gemaakt van RNA-moleculen (ribonucleïnezuur) die de informatie in de kern overschrijven en deze dan in het cytoplasma van de cel laten vertalen tot eiwitten. RNA is zeer gelijkaardig aan DNA, maar is bijvoorbeeld enkelstrengig en veel korter.

Bij de uitgroei van één cel – al dan niet het gevolg van geslachtelijke vermenigvuldiging – tot een veelcellig organisme, gaan de cellen zich geleidelijk specialiseren. De één wordt bijvoor­beeld een wortelcel, de ander een blad- of stengelcel. Dit is mogelijk doordat in elk celtype slechts een welbepaald gedeelte van de erfelijke informatie wordt gebruikt. Dus, hoewel elke cel van een volwassen organisme hetzelfde DNA heeft, zal  dit niet gelijkmatig tot expressie komen. Waar en wanneer een gen tot expressie moet komen, wordt bepaald door specifieke (niet-coderende) sequenties (= ‘promotor’met expressiesignalen) die vóór de coderende sequentie gelegen zijn.

Hoe gebeurt genetische modificatie?

Bij genetische modificatie wordt van buitenaf een gen in het DNA ingebracht. Bij planten maakte men oorspronkelijk gebruik van een bacterie, Agrobacterium tumefaciens, die van nature in staat is DNA in de chromosomen van een plantencel binnen te smokkelen. De binnen­gebrachte genen laten vervolgens een tumorcel ontstaan.

De bacterie werd door de mens als vehikel gebruikt door de tumorinducerende genen te vervangen door de genen die hij op het oog had. Andere technieken brengen bijvoorbeeld DNA in een plantencel binnen door het met een micronaald in te spuiten. Gespecialiseerde plantencellen behouden meestal het vermogen uit te groeien tot een volwassen plant.

In de praktijk brengt men gemodificeerde cellen in kweekvloeistoffen en zet men hen met planten­hormonen aan zich te delen en te ontwikkelen. Het resultaat is een volwassen, genetisch gewijzigde plant, die in elke cel het vreemde DNA bevat. Keuze van de expressiesignalen maakt het mogelijk een gen gericht tot expressie te brengen in een bepaald celtype of ontwikkelingsfase. Meer algemeen spreekt men over GGO, genetisch gewijzigd organisme.

Het binnengebrachte DNA kan van gelijk welk soort organisme afkomstig zijn: bacterie, schimmel, plant, dier, mens. Immers, al deze organismen hebben dezelfde DNA-structuur als drager van erfelijke informatie. Men kent bijvoor­beeld de bacterie Bacillus thuringiensis, die eiwit­kristallen aanmaakt die giftig zijn voor de rupsen van welbepaalde vlindersoorten. De genen die voor de eiwitkristallen coderen, werden afgezonderd en met succes in planten ingebouwd.

Waarom wil de mens planten genetisch wijzigen?

In feite heeft de mens, sinds hij met landbouw begonnen is, voortdurend wijzigingen in zijn gewassen aangebracht, al was het maar door telkens van de grootste en meest gezonde planten zaad te nemen. Dit heeft geleid tot een enorme gamma aan productieve gewassen en variëteiten.

Vooral in de twintigste eeuw heeft men zich zeer intens gewijd aan doelgerichte selectie en kruising om een toenemende wereld­bevolking blijvend van voedsel te kunnen voor­zien. Gewone selectie maakt gebruik van de natuurlijk aanwezige variatie tussen individuen van één plantensoort. Deze variatie is beperkt, vandaar dat de genetische modificatie als uitbreiding van de klassieke plantenveredeling naar voor werd geschoven. Immers, bij genetische modificatie kan men erfelijke informatie van gelijk welk organisme inzetten om een gewas te verbeteren.