CRISPR/Cas biotechnology: Targeted and Versatile Gene Editing in Petunia
Publicatie bij de rede, uitgesproken bij de aanvaarding van het ambt als lector Green Biotechnology aan Hogeschool Inholland te Amsterdam op 20 mei2015 door dr. C.M. Kreike
The Green Biotechnology research group focusses on the application of molecular breeding/biotechnological tools and also on the development/analysis of new tools, for the breeding of enhanced vegetable crops and ornamental plants. The research group is positioned within Inholland University of Applied Sciences, Life Sciences & Chemistry and serves as a link between the breeding companies and our education of the skilled technicians of tomorrow. We are working on the development of a method for targeted mutagenesis of plant genomes using the bacterial CRISPR-Cas system. This method greatly enhances the effectiveness and speed by which new crops and plants can be developed
In de faculteit ‘Science en Engineering’ van de Rijksuniversiteit Groningen is kennis ontwikkeld op het gebied van verduurzaming en vergroening in de chemie. De ambitie is om toe te werken naar de transitie van synthetische chemische processen naar biobased chemische processen. Een expertisegebied betreft de inzet van biotechnologische enzymconversies als alternatief voor klassieke (fossiele) chemische omzettingen. De vakgroep ‘Product and Processes for Biotechnology’ heeft expertise op het gebied van de opschaling van enzymatische conversies. Het MKB-bedrijf CarbExplore Research B.V. werkt aan procesontwikkeling van enzymatische glucosylering. De methode kan worden toegepast bij de (duurzame) productie van ingrediënten (w.o. zoetstoffen en surfactanten) die nodig zijn voor zogenaamde Home & Personal care producten van de toekomst. Bij de opschaling van de technologie, ontstaan innovatievragen. Inzet van het praktijkgerichte onderzoek tussen de RUG en CarbExplore is het vinden van een efficiënte enzymatische opschalingsroute voor deze groene grondstoffen. In de relatie met CarbExplore wordt gewerkt aan de conversie van een Stevia zoetstof. In het vervolg kan de universiteit deze enzymatische opschalingsmethode toepassen in andere bioconversies, andere producten, en bij andere bedrijven. Zowel voor de universiteit, als voor het bedrijf CarbExplore, wordt een economisch potentieel gecreëerd. De uiteindelijke visie en einddoel is het toewerken naar een vergroening van de chemie door middel van enzymatische conversies.
Momenteel worden houtafval en vergelijkbare reststromen voornamelijk gebruikt voor het verkrijgen van energie. Deze energie wordt verkregen door middel van verbranding of vergisting. In dit project worden de mogelijkheden onderzocht om lignine te ontsluiten uit houtafval en groenresten uit de paprikateelt en vervolgens chemisch/enzymatisch te verwerken tot bouwstenen voor de chemische industrie. Voor de private projectpartners, WAGRO Groenrecycling en paprikateler Helderman BV leidt dit tot hergebruik en verhoging van de economische waarde van de reststromen. Met de verkregen materialen kan tevens een ander probleem worden ondervangen. Huidige processen voor het vervaardigen van kunststoffen gebruiken aardolie als grondstof. Op termijn zouden in plaats van aardolie de eerder genoemde reststromen als duurzame bron voor kunststoffen gebruikt kunnen worden. Het onderzoek binnen dit project zal worden uitgevoerd door Hogeschool Inholland en de Universiteit van Amsterdam (UvA) en zal zich richten op (1) de ontsluiting en verdere verwerking van lignine uit de reststromen, (2) de chemische en/of enzymatische digestie van lignine, (3) het karakteriseren van de fragmenten ontstaan uit de digestie met vloeistoifchromatografie gekoppeld met massaspectrometrie (LC-MS) en (4) een haalbaarheidstoets voor de on-line digestie van de lignine met behulp van geïmmobiliseerde enzym technologie (immobilized-enzyme reactors, IMERs). De industriële partners in het project dragen zorg voor het aanleveren van de materialen, te weten paprika-afval en houtafvalresten. Daarnaast nemen ze deel aan het stuurgroepoverleg dat tweemaal gedurende het project plaats zal vinden. De bijdrage van Hogeschool Inholland zal bestaan uit het uitvoeren van digesties en analyses met LC-MS en de dagelijkse begeleiding van studenten/stagiaires voor het project. De UvA zal zich richten op het ontwikkelen van LC methoden voor de analyse van digestieproducten, en het optimaliseren van on-line bioreactoren (IMERs) voor digestie. De samenwerking binnen het voorgestelde project zal leiden tot een versterking van de kennispositie van Hogeschool Inholland voor het onderwerp Circulaire Economie, dat goed aansluit bij het lectoraat Green Biotechnology. Het project zal deel uitmaken van de Amsterdam Green Campus. In dit regionale platform werken onderzoekers, onderwijsinstellingen en ondernemers samen aan vernieuwingen en het opleiden van talent binnen de groene sector. Wanneer blijkt dat het proces van ontsluiten en digesteren van lignine uit reststromen succesvol en rendabel is, kunnen de deelnemende bedrijven binnen dit project hier economisch voordeel uit halen. Tevens zal er binnen Hogeschool Inholland en de UvA een stevige kennisbasis ontstaan met betrekking tot het opwaarderen van reststromen in het algemeen en het ontsluiten, digesteren en analyseren van lignine in het bijzonder. Door de geplande gezamenlijke bijeenkomsten zal de samenwerking tussen Hogeschool Inholland, de UvA en de private partners worden versterkt. De ontwikkelde werkwijzen kunnen in de toekomst worden toegepast op andere materiaalstromen en een van de beoogde uitkomsten van dit project is dan ook het indienen van andere gezamenlijke projectvoorstellen.
Aanleiding De Nederlandse zaad- en plantenveredelingsbedrijven staan internationaal aan de top. Om deze goede concurrentiepositie te behouden zijn innovaties in de veredelingstechnieken noodzakelijk, zoals moleculaire veredeling. Op dit moment is er in het werkveld behoefte aan een methode waarmee men heel specifiek, op één plaats in het DNA, een mutatie kan aanbrengen ('targeted mutagenesis'). Zeer recent is hiervoor een nieuwe, veelbelovende methode beschreven, namelijk de CRISPR/Cas-technologie. Met deze techniek kunnen de bedrijven relatief eenvoudig veel preciezer en sneller veredelen, waardoor de internationale concurrentiepositie behouden blijft. Verschillende veredelingsbedrijven en onderwijsinstellingen willen daarom de toepasbaarheid van deze nieuwe technologie onderzoeken. Doelstelling Het programma wil vaststellen wat de toepasbaarheid van de CRISPR/Cas-technologie is en welke potentie deze technologie heeft in gewassen die van belang zijn voor de Nederlandse zaad- en plantenveredelingsbedrijven. Het onderzoek bestaat uit twee fasen: 1) de techniek wordt getest en geoptimaliseerd in het modelgewas petunia en aanverwante soorten zoals tomaat en aardappel. 2) het onderzoeksteam past de techniek toe in gewassen die voor de bedrijven commercieel interessant zijn, zoals gewassen uit de familie van de Solanaceae, Brassicaceae en Cucurbitaceae. In het onderzoek worden diverse specialistische instrumenten en methodes ingezet en uitgetest (in combinatie met de CRISPR/Cas-technologie). Beoogde resultaten Na afloop van het project zijn er: 1) nieuwe protocollen voor het toepassen van de CRISPR/Cas-technologie in petunia, Solanaceae, Brassicaceae en Cucurbitaceae; 2) nieuwe vectoren (dragers) voor het maken van de plaatsspecifieke mutaties; 3) methoden voor het aantonen van de mutaties op DNA-niveau; 4) mutante petunia's waarvan de bloemkleur, bloemgeur, bloemvorm of de aanwezigheid van trichomen ('haren') zijn veranderd; 5) mutante Solanaceae-, Brassicaceae- en Cucurbitaceae-planten waarvan de plantvorm, de inhoudsstoffen of de gevoeligheid voor een ziekte is veranderd. De lector Green Biotechnology van Hogeschool InHolland stuurt met (docent-)onderzoekers het project aan. De studenten van de betrokken hogescholen participeren binnen het reguliere onderwijs (projectonderwijs) en via stage- en afstudeeropdrachten in het onderzoek. Al tijdens het onderzoeksproject vindt de implementatie van de technologie in het onderwijs plaats. De consortiumleden wisselen maandelijks ervaring, materialen en protocollen uit. Het gehele consortium komt minstens 2 keer per jaar bijeen om de resultaten en voortgang te bespreken.
