Kan de wetenschap onze favoriete wijnen bewaren?
Chardonnay behoort tot de meest populaire en herkenbare wijnen ter wereld. De genen van de druif zijn in wezen eeuwen geleden doorgegeven van een enkele plant in Oost-Frankrijk. Deze genetische consistentie kan als een goede zaak worden gezien, omdat het de druif herkenbaar houdt. Maar zijn genen zijn ook verantwoordelijk voor hoe het reageert op het milieu, inclusief de plagen en ziekten die in elke wijngaard voorkomen.
Een van die wereldwijde plagen is wat bekend staat als 'valse meeldauw', een schimmelachtige ziekteverwekker die fruit kan rotten en de bladeren van een plant kan verwijderen, zodat de druiven niet genoeg suiker kunnen produceren om tot goede wijn te fermenteren.
In de geboortestreek van een wijnstok kan de plant een natuurlijke resistentie hebben ontwikkeld tegen valse meeldauw en andere ziekten. Maar wanneer wijnmakers oude variëteiten plunderen in nieuwe wijngebieden, kunnen de wijnstokken bijzonder kwetsbaar zijn voor lokale plagen.
Een voorbeeld? New Jersey. De staat is misschien niet zo bekend om wijn, maar de productie is de afgelopen jaren toegenomen. Een groot probleem zijn de hete en vochtige zomers in New Jersey, een perfect recept voor rot.
Peter Oudemans, professor, Afdeling Plantenbiologie en Pathologie, Rutgers University / Foto met dank aan Rutgers University
“Elke wijngaard in New Jersey heeft te maken met valse meeldauw”, zegt Peter Oudemans, plantpatholoog aan de Rutgers University. 'Het is een veel voorkomende en behoorlijk verwoestende ziekte.'
Valse meeldauw kan nog erger worden zoals klimaatverandering verandert wijngebieden rond de wereld.
Voorlopig houden zowel conventionele als biologische boeren hun wijnstokken ziektevrij door een combinatie van praktijken zoals snoeien en pesticiden.
In New Jersey spuiten wijnbouwers 6 tot 12 keer per seizoen fungiciden om valse meeldauw te bestrijden, volgens het New Jersey Center for Wine Research and Education. Maar een nieuwe techniek, CRISPR (afkorting van Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), kan wetenschappers in staat stellen om de genen van Chardonnay aan te passen om resistent te worden tegen valse meeldauw.
Maar er is nog een andere optie. Chardonnay-fans vinden het misschien niet leuk, maar waarom zou je de druif niet weggooien en op zoek gaan naar nieuwe lokale variëteiten?
'Ik hoop dat we de plant intern kunnen ontwerpen om infecties te verminderen', zegt Rong Di, plantpatholoog en moleculair bioloog bij Rutgers. Haar team test CRISPR op een druivensoort genaamd Dijon Chardonnay 76. Het werk wordt gefinancierd door het National Institute of Food and Agriculture, onderdeel van het Amerikaanse ministerie van landbouw.
'De schimmel zal er altijd zijn', zegt Di. 'Maar als de planten resistent kunnen [worden], hoeven we niet zo veel te spuiten.'
Maar zullen consumenten een nieuwe en soms controversiële technologie accepteren om een oude traditie te redden? Zo nee, wat is het alternatief?
Close-up van wijnstokdruivenblad aangetast door valse meeldauw ( Plasmopara viticola ) / Getty
EEN CRISPR-druif
Genen zijn een fundamentele blauwdruk van het leven, een code die instructies geeft voor hoe een levend wezen eruit zal zien en functioneren. Genen zijn ook erfelijk. Bij de traditionele druiventeelt worden druiven gekruist om specifieke kenmerken te krijgen.
Maar traditioneel fokken kan een slog zijn. Fok op een beoogde eigenschap, en je zou een andere essentiële eigenschap kunnen verliezen. Wanneer fokkers bijvoorbeeld proberen de ecologische fitheid van een druif te verbeteren, lopen ze het risico de smaken te veranderen.
“Chardonnay wordt wereldwijd zeer gewaardeerd. Mensen weten en herkennen hoe Chardonnay smaakt ”, zegt Oudemans. 'Als je nu begint te rotzooien met Chardonnay in termen van conventionele veredeling, ga je het smaak- en geurprofiel veranderen tot een punt dat het misschien niet langer een Chardonnay is.'
“Telers en de markt zijn allemaal geconditioneerd om bepaalde populaire variëteiten te accepteren - Merlot, Chardonnay, Cabernet. [Mijn druiven] hebben misschien kwaliteiten die vergelijkbaar kunnen zijn met elite-variëteiten, maar dit zouden geheel nieuwe variëteiten zijn. ' —Bruce Reisch, geneticus, Cornell University
CRISPR heeft een radicaal andere aanpak. Het is een soort genbewerking, vaak vergeleken met een biologische tekstverwerker. Als genen een code zijn, stelt CRISPR wetenschappers in staat om kleine stukjes van die code toe te voegen, te verwijderen of te vervangen.
Di wil CRISPR gebruiken om Chardonnay-genen te bewerken, zodat de wijnstok bestand is tegen valse meeldauw, waardoor specifieke genen worden uitgeschakeld om het voor de schimmel moeilijker te maken om de plant vast te houden.
Veranderende tradities?
Di's eerste laboratoriumresultaten worden al uitgerold, maar dit zijn proof-of-concept-experimenten op een bloeiende plant genaamd Arabidopsis , die verwant is aan mosterd. Wetenschappers gebruiken Arabidopsis als laboratoriummodel, deels omdat het gemakkelijk binnenshuis te kweken is en een snelle levenscyclus heeft. Volgens Di hebben de CRISPR-versie van deze planten 'resistentie getoond' tegen een soort valse meeldauw die uniek is voor deze soort.
Er zijn nog veel meer experimenten nodig om CRISPR-druiven aan het werk te krijgen in het laboratorium en in experimentele kassen. Het zal zelfs nog langer duren voordat de druiven de wijngaarden van New Jersey bereiken. Naast de technische realiteit en of consumenten de praktijk omarmen, kan de technologie ook worden geconfronteerd regelgevende hindernissen
Maar er is nog een andere optie. Chardonnay-fans vinden het misschien niet leuk, maar waarom zou je de druif niet weggooien en op zoek gaan naar nieuwe lokale variëteiten?
Bruce Reisch, een geneticus en wijndruivenkweker aan de Cornell University, doet precies dat.
Bruce Reisch bestuivende druivenbloemen / Foto met dank aan Cornell University
Het team van Reisch onderzoekt het DNA van minder bekende wijndruiven om genen te vinden die natuurlijke weerstand bieden tegen valse meeldauw en andere ziekten. Vervolgens kruisten de wetenschappers de resistente druiven met bekende tegenhangers om nakomelingen te creëren die zowel smakelijk als gemakkelijker te kweken zijn in de regio.
'Telers en de markt zijn allemaal geconditioneerd om bepaalde populaire variëteiten te accepteren - Merlot, Chardonnay, Cabernet', zegt Reisch. Zijn druiven zijn anders. 'Ze hebben misschien eigenschappen die vergelijkbaar kunnen zijn met elite-variëteiten, maar dit zouden geheel nieuwe variëteiten zijn.'
Het vinden van een markt voor deze onbekende druiven kan een uitdaging zijn. Wijnkopers kunnen iets nieuws overslaan. Maar Reisch zegt dat het het waard is. De meeste van de huidige populaire druiven zijn naaste verwanten, vatbaar voor ziekten en moeilijk te kweken zonder pesticiden.
Meer genetische diversiteit zou zorgen voor gezondere dieren, zegt Reisch, wat op de lange termijn gunstig is voor de wijnbouw.
Is het een ggo?
Net als de meeste wetenschappers die met CRISPR werken, stelt Di dat haar werk niets te maken heeft met genetisch gemodificeerde organismen (GGO's), een term die in controverse verkeert.
Terwijl de betekenis van GGO is niet altijd duidelijk verwijst het meestal naar een techniek die genetische informatie van de ene soort neemt en deze in het DNA van een heel andere soort invoegt.
In sommige opzichten kan CRISPR heel anders zijn dan deze oudere GGO-technieken omdat het meer verfijnde genetische veranderingen mogelijk maakt.
Enkele van de meest voorkomende GGO's zijn gemodificeerd met genen die bacteriële toxines produceren, die specifieke insectenplagen doden, of genen die gewassen tolerant maken voor het herbicide glyfosaat, ook wel bekend als Roundup.
In sommige opzichten kan CRISPR heel anders zijn dan deze oudere GGO-technieken omdat het meer verfijnde genetische veranderingen mogelijk maakt. In plaats van een brok genetische code van een andere soort in te voegen, kan CRISPR slechts een klein stukje code binnen de beoogde plant veranderen.
Maar hoewel CRISPR kleinere veranderingen mogelijk maakt, kan het nog steeds worden gebruikt om drastischer te maken. Dit omvat het inbrengen van genen van andere soorten, zegt Jennifer Kuzma, hoogleraar wetenschaps- en technologiebeleid en mededirecteur van het Genetic Engineering and Society Center aan de North Carolina State University.
'Ik denk niet dat je over het bewerken van genen of CRISPR kunt generaliseren', zegt ze.
Voorstanders van CRISPR hebben de neiging zich te concentreren op de subtielere manieren waarop het een plant kan veranderen, terwijl degenen die tegen biotechvoedsel zijn, de meer ingrijpende mogelijkheden onderstrepen.
'De waarheid zit er ergens tussenin', zegt Kuzma. 'En het hangt af van de toepassing.'
Di's werk omvat relatief kleine aanpassingen, een bewuste beslissing om controverse te vermijden.
'Er zijn sociale zorgen voor GGO's', zegt ze. 'Het debat is er al.'
