Sinds de coronapandemie zijn we allemaal wel vertrouwd geraakt met het belang van vaccinaties om ziektes te bestrijden. Zo versterken we ons immuunsysteem om met ons eigen lichaam de ziekte te verslaan. Is het dan zo’n gek idee om onze gewassen te vaccineren, zodat we het gebruik van chemische pesticiden kunnen verlagen? Jasper Matthys toont aan van niet.

Hoewel het immuunsysteem van planten verschillend is van dat van dieren, kan het zich mits gepaste stimulatie ook voorbereiden op een toekomstige besmetting. In vaktermen noemen we dit ‘geïnduceerde resistentie’ in planten, wat conceptueel vergelijkbaar is met vaccinatie.

Deze aanpak kent veel voordelen in vergelijking met het gebruik van pesticiden. Ten eerste activeren we het immuunsysteem van de plant in de plaats van te zoeken naar toxische chemicaliën, die niet alleen de ziekte maar ook de mens en onze omgeving kunnen aantasten. Ten tweede maakt dit plantenziektes minder snel resistent tegen de behandeling.

Tot slot helpt het vaak om de plant te beschermen tegen verschillende soorten ziektes en omgevingsstressoren, zoals hitte en droogte. Hier verschilt geïnduceerde resistentie van vaccinatie, aangezien bij het laatste het immuunsysteem slechts één specifieke ziekte herkent.

Een vaccin voor rijst

Jasper Matthys onderzocht voor zijn thesis het plantenvaccin “mCCOPE”. Dit is een biologisch extract gebaseerd op meloenenschillen en dus een duurzame manier om plantenziektes te bestrijden. Hiermee kunnen we een afvalstroom opwaarderen tot een natuurlijk en hoogwaardig plantenbeschermingsproduct, om zo bij te dragen aan een duurzamere en circulaire landbouw.

In zijn onderzoek focuste hij zich op het immuunsysteem van rijst. Dit gewas koos hij niet zomaar. Rijst is namelijk een belangrijke modelplant, niet alleen omdat we er verschillende moleculaire technieken op kunnen toepassen, maar ook vanwege zijn globale belang. Rijst houdt immers ongeveer de halve wereldbevolking in stand en is een belangrijk basisgewas in heel wat landen in het Globale Zuiden.

Hierdoor kunnen doorbraken en studies op rijst sneller een impact hebben op de landbouw en dit over heel de wereld. Aangezien mCCOPE wordt gewonnen uit plantaardig afval, ligt de drempel voor armere landbouwers om het product te gebruiken lager in vergelijking met chemische plantenvaccins. Daarnaast zorgt dit voor een kleinere ecologische voetafdruk en geeft het landbouwers de mogelijkheid om waarde te creëren uit afval.

Waartegen moeten we rijst nu precies beschermen? Matthys concentreerde zich op de rondworm Meloidogyne graminicola, een microscopisch kleine worm die de wortels van de rijstplant binnendringt en er zich voedt.

Naar schatting zouden deze rondwormen jaarlijks meer dan 65 miljard euro aan schade berokkenen in de wereldwijde landbouw. Verder hebben recente ontwikkelingen in de rijstkweek, die net dienden om de productie te verduurzamen, geleid tot een toename van besmettingen. Bovendien zijn de pesticiden die we traditioneel inzetten tegen rondwormen extreem toxisch en schadelijk voor het milieu.

Om de productie van rijst in de toekomst op een duurzame wijze te garanderen, hebben we dus dringend nood aan alternatieve beschermingsmiddelen. Het vaccineren van rijst met bijvoorbeeld mCCOPE kan een eerste stap in de goede richting zijn.

Plantenvaccin in actie

Het doel van zijn onderzoek was om na te gaan wat het precieze effect is van een mCCOPE vaccinatie op het rijstimmuunsysteem en dit op een moleculair niveau. Zo kunnen we ons begrip van deze vaccinatiestrategieën verder uitbouwen en op lange termijn gewassen proberen te kweken met een betere immuunrespons en gevoeligheid voor deze plantenvaccins.

Om het effect op het immuunsysteem na te gaan, keek hij naar de activiteit van de genen in de plant via een analyse van het mRNA. Deze moleculen werken als een sjabloon voor de plantencel en bevatten de informatie die nodig is voor de synthese van eiwitten. Deze eiwitten kunnen op hun beurt bijdragen aan de verdediging van de plantencel.

En dat gebeurde ook. Matthys stelde vast dat mCCOPE diverse verdedigingssignalen en -genen activeert en dus effectief het immuunsysteem stimuleert. Daarnaast duwt het verschillende verdedigingsmechanismen in gang. Zo blijkt mCCOPE plantenhormonen te beïnvloeden en de vorming van fysische barrières, de eerste afweerlinie van een organisme, te stimuleren.

Inmiddels weten we dat het vaccin de plant helpt om zich te beschermen tegen ziekte, maar beïnvloedt het ook de groei van de plant – we willen immers geen lagere opbrengst – en is het effectief giftig voor de rondworm?

Het antwoord is tweemaal veelbelovend. Rijstplanten blijken na herhaaldelijke behandeling met mCCOPE even goed te groeiden en evenveel rijst te produceerden. We kunnen het plantenvaccin dus toepassen in de landbouw zonder de groei van de plant negatief te beïnvloeden op lange termijn.

Daarnaast heeft het extract een dubbel negatief effect op de rondworm: enerzijds doordat het vaccin het immuunsysteem activeert, anderzijds doordat het wel degelijk giftig is voor de worm.

Weg met pesticiden?

Kortom, kunnen we planten “vaccineren”? Op deze vraag luidt het antwoord volmondig ja en dit zelfs door gebruik te maken van plantaardig afval.

Verder onderzoek naar deze duurzame en biologische manier van bescherming kan ons helpen om het immuunsysteem van planten beter te begrijpen en om deze methode optimaal toe te passen. Op die manier kunnen we naar een duurzamere en gezondere landbouw toewerken en – wie weet – ooit het gebruik van chemische pesticiden volledig verbannen.