Planten missen het vermogen om antilichamen te ontwikkelen tegen een nieuw virus. Britse onderzoekers presenteren deze week in Science een nieuw concept; synthetische immuunreceptoren ‘op bestelling’. Daarmee komt de mogelijkheid om snel resistente gewassen te ontwikkelen een stap dichterbij.
In tegenstelling tot mensen en andere dieren, hebben planten geen adaptief immuunsysteem. Daarvoor in de plaats hebben ze receptoren die als antilichamen functioneren, ziekteverwekkers detecteren, en een immuunreactie opgang brengen. Maar deze receptoren missen het aanpassingsvermogen van antilichamen. Dit maakt het voor veredelaars moeilijk om resistentie tegen nieuwe ziektekiemen te ontwikkelen, omdat ze afhankelijk zijn van wat er in de plant al aanwezig is.
Daar brengen onderzoekers van het Sainsbury Laboratory in Norwich nu verandering in. Dit doen ze door planten uit te rusten met een ‘pseudo adaptief immuunsysteem’, zoals groepsleider Sophien Kamoun het omschrijft. Voor deze resistentiegenen-op-bestelling hebben ze het antigeen-bindende deel van een antilichaam geïntegreerd in een plantenreceptor. Op een dusdanige manier dat de plantenreceptor ook daadwerkelijk het antigeen herkent en een immuunreactie op gang brengt.
Nanobodies
De plantenreceptor in kwestie komt uit de NLR (nucleotide-binding immune receptors) familie. Deze in paren werkende receptoren bestaan uit een helper- en een sensoreiwit. Beide eiwitten bevatten een leucine-rich repeat (LRR) domein, een nucleotide binding (NB) domein en een coiled-coil (CC) domein, waarbij de sensor nog een unconventional integrated domein (ID) heeft dat tussen de NB en CC domeinen inzit. Dit ID domein is verantwoordelijk voor het herkennen van eiwitten en andere moleculen van de ziekteverwekker.
Het idee voor de synthetische immuunreceptoren kwam volgens Kamoun nadat ze doorhadden hoe ze dit ID domein met succes tussen verschillende typen NLR-receptoren konden verwisselen. Waarna ze zich afvroegen wat het ultieme ID domein zou zijn. ’En dan kom je al snel uit bij een domein bestaand uit een antilichaam, omdat we antilichamen kunnen maken tegen bijna alles’, zegt Kamoun. Specifieker kwamen ze uit op (synthetische) nanobodies, geïnspireerd op de single-chain antilichamen van lama’s en andere kameelachtigen, die al langer in het biomedische onderzoek worden gebruikt.
Rijst en tabak
Om te bewijzen dat het idee ook daadwerkelijk werkt, ontwikkelden de onderzoekers synthetische immuunreceptoren tegen de fluorescerende eiwitten GFP en mCherry. Hiervoor namen ze de NLR-receptoren Pik-1 en Pik-2 uit rijstplanten als basis. Bij de sensor, Pik-1, vervingen ze het ID domain met een GFP of mCherry bindende nanobody. Pik-1-nanobody en Pik-2 samen vormen een zogenaamde Pikobody.
De onderzoekers transformeerden vervolgens de bladeren van de tabaksplant Nicotiana benthamiana met de Pikobody genen, zodat de tabaksplant Pikobodies aanmaakt. Voegden de onderzoekers gelijktijdig ook de genen voor GFP of mCherry toe, dan zagen ze alleen een immuunreactie in de vorm van celdood, wanneer de tabaksplanten het corresponderende fluorescente eiwit maakten.
Evolutie bijhouden
Ook besmetting met een virus met een GFP of een mCherry eiwit resulteerde in een immuunreactie, waar virus besmetting zonder aanwezigheid van GFP of mCherry dit niet deed. Als laatste proef op de som transformeerden de onderzoekers de tabaksplanten zodat de Pikobodies overerfbaar zijn. Besmetting van deze anti-GFP Pikobody planten met GFP bevattende virusdeeltjes resulteerde in celdood op de plek van besmetting.
Dat het nu mogelijk is om, dankzij Pikobodies, als plant patholoog de evolutie van nieuwe ziekteverwekkers bij te houden, is een droom die uitkomt voor Kamoun. Een belangrijk nadeel is dat vanwege de strenge regulering rondom genetische modificatie, het vooralsnog lastig zal zijn om met deze methode resistente gewassen daadwerkelijk bij de boer te krijgen.
Nog geen opmerkingen