Wetenschap - 27 november 1997

Baculovirus met schorpioengen snelle bestrijder van insecten

Baculovirus met schorpioengen snelle bestrijder van insecten

Baculovirus met schorpioengen snelle bestrijder van insecten
Koudwatervrees voor gentechnologie vertraagt ontwikkeling
Baculovirussen hebben als biologisch gewasbeschermingsmiddel nog niet zo'n hoge vlucht genomen. Een dure registratiemethode - er zijn veel experimenten nodig om de veiligheid te testen - ontmoedigt bedrijven en de teelten zijn vaak te klein om de hoge ontwikkelingskosten terug te verdienen. Verder gaat het wildtype-virus pas na drie tot vijf dagen de vraat van rupsen tegen. Virologen willen daarom snellere virussen maken met schorpioengenen. Dr ir Kees de Gooijer, coordinator van een Europees onderzoeksproject rond de productie van baculovirussen, ziet dat niet zitten. Zo'n product is in Europa niet te vermarkten.
Het gebruik van baculovirussen is nu nog vaak uit nood geboren. Telers zetten de virussen vooral in tegen insecten die resistent zijn geworden tegen een scala aan chemische middelen. Wereldwijd zijn vijftien op baculovirus gebaseerde biologische bestrijdingsmiddelen tegen insecten op de markt. In China in de katoenteelt, in Brazilie in de sojateelt en in Nederland in de kasteelt van bloemen. Dr Jan Boleij van het College voor de Toelating van Bestrijdingsmiddelen (CTB) vertelt dat er pas twee biologische middelen op basis van virussen op de Nederlandse markt zijn toegelaten. Momenteel lopen geen aanvragen voor andere middelen met virussen
Een nieuwe generatie genetisch gemodificeerde baculovirussen zorgt mogelijk voor een ruimere toepassing in de land- en tuinbouw, doordat ze beter kunnen concurreren met chemische middelen. Dat meent viroloog prof. dr Just Vlak, die eind vorig jaar zijn inaugurele rede uitsprak over de veelzijdigheid van baculovirussen. Probleem met het wildtype-virus is namelijk dat het voor veel telers te traag werkt; een geinfecteerde rups stopt pas na ongeveer drie tot vijf dagen met het eten van het gewas
Telers vinden het vervelend dat de rupsen niet al de volgende dag dood neervallen, vertelt Vlak. Daarom hebben onderzoekers in de natuur gezocht naar virussen die sneller en virulenter zijn, maar die zijn niet gevonden. Virussen die de rups sneller doden, werken zichzelf namelijk tegen. De virussen zijn voor hun vermenigvuldiging afhankelijk van de productie van virale eiwitten en DNA door een levende rups
Genetisch gemodificeerde baculovirussen kunnen rupsen al na twee dagen laten stoppen met eten. Daarvoor gebruiken virologen een gen dat in schorpioenen codeert voor een gifstof tegen insecten. Deze gifstof verlamt het zenuwstelsel van de rups, zodat zijn kaken niet meer functioneren; de rups kan zo het gewas niet meer aanvreten. Het middel is heel specifiek; een baculovirus heeft het meestal op een of enkele insectensoorten gemunt en de gifstof wordt alleen in dit insect geproduceerd. Vlak is enthousiast over deze ontwikkeling en vindt het jammer dat er in Europa zoveel koudwatervrees bestaat tegen dergelijke gentechnologie. Dat vertraagt de ontwikkeling van hele nuttige zaken.
Eng
Bioprocestechnoloog dr ir Kees de Gooijer is het niet met Vlak eens. De Gooijer ziet de relatief trage werking van baculovirussen niet als zo'n groot probleem en denkt dat genetisch gemodificeerde virussen geen alternatief vormen, omdat dat in Europa een moeilijk te vermarkten product is . Mensen vinden virussen al eng en als ze dan ook nog genetisch gemodificeerd zijn, wordt dat moeilijk geaccepteerd.
De Gooijer is coordinator van ruim zes miljoen onderzoeksgeld voor een Europees onderzoeksproject dat als doel heeft de productie van wildtype-virussen te optimaliseren in bioreactoren met losse insectencellen. Hij ziet vooral toepassingen voor gewassen die op grote oppervlaktes worden geteeld en die grote toegevoegde waarde hebben, zoals katoen, tomaten, komkommer en verschillende koolsoorten. Bij tomatenplanten is bijvoorbeeld twee dagen extra vraat van de rupsen aan de bladeren niet zo problematisch, omdat je uiteindelijk niet de bladeren maar de tomaten verkoopt
In Engeland zijn al tests gedaan met de virussen met schorpioengenen en het blijkt te werken, vertelt De Gooijer. Ze vallen echter van het blad af, terwijl de rupsen met wildtype-virussen op de plant blijven zitten. Mogelijk zorgt dat laatste voor een tweede infectieronde. Dat kan gunstig zijn, omdat dit biologische bestrijdingsmiddel voorlopig redelijk duur blijft
Virussen hebben het imago van onaangename gasten en veroorzakers van nare ziektes bij mens en dier. Als biologische bestrijders willen virologen virussen juist ten bate van mensen inzetten, maar hoe veilig is dat eigenlijk? Baculovirussen hebben geen verwanten in hogere dieren, maar het is nooit uit te sluiten dat ze niet actief zullen worden in zoogdiercellen, stelt Vlak. De ervaring tot nu toe geeft ons daar echter geen enkele aanwijzing voor. Iemand die het daar niet mee eens is, moet een experiment doen om het tegenovergestelde aan te tonen. Je moet ook de risico's van het gebruik van (genetisch gemodificeerde) baculovirussen afwegen tegen het gebruik van enorme hoeveelheden chemische bestrijdingsmiddelen.
Veilig
Binnen De Gooijer's EU-project worden bij een Duitse bedrijf toxiciteitstesten gedaan. Ze laten dan niet-ingekapselde virussen los op een hele waslijst van zoogdiercellen. De Gooijer verwacht daar geen grote problemen mee. Hij heeft zelfs gehoord dat baculovirussen als vector voor gentherapie worden gebruikt. Als dat kan, is het inherent veilig.
Bij de genetisch gemodificeerde baculovirussen zetten de virologen het schorpioengen op de plaats van de genen die normaal zorgen voor de verspreiding van het virus. Dat zorgt voor een soort natuurlijke inperking van de genetisch gemodificeerde virussen. Als dit virus DNA uitwisselt met in de natuur voorkomende virussen, kan het toxinegen alleen uitgeruild worden voor genen die belangrijk zijn voor de verspreiding, vertelt Vlak. Althans, dat is de theorie. Ir Felix Bianchi, een gezamenlijke aio van Virologie en Theoretische productie-ecologie, toetst nu of de verspreiding van wildtype-baculovirussen in een kas met chrysanten overeenkomt met een verspreidingsmodel van hem. In 1999 wil Bianchi ook tests doen met genetische gemodificeerde virussen, in het extra beveiligd deel van de nieuwe kassen van Unifarm
Baculovirussen
De zevenhonderd beschreven baculovirussen komen vooral voor bij insecten die vraatschade veroorzaken en ze zijn zeer specifiek voor een of enkele verwante insectensoorten. Ze zijn bovendien behoorlijk infectueus. Dit maakt ze geschikt als specifiek biologisch bestrijdingsmiddel
Een rups kan binnen enkele dagen verteerd worden en verslijmen als zij blad eet dat bespoten is met baculovirus. In dat geval heeft de rups een race tegen de klok verloren. De virusdeeltjes vermenigvuldigen zich namelijk in de darmcellen en bij specifieke virussen lukt het insecten niet om hun darmcellen op te ruimen voordat de infectie tot nieuwe virusdeeltjes leidt. Andere cellen en weefsels zijn dan binnen twee tot drie dagen geinfecteerd en na vijf tot zeven dagen is vrijwel de hele inhoud van de rups omgezet in virus
Bioreactor vervangt insect
De productie van baculovirussen vindt traditioneel in insecten plaats. Als een geinfecteerde rups sterft, komen de virusdeeltjes vrij. Deze eenvoudige wijze van bereiding maakt deze methode bijzonder geschikt voor gebruik in ontwikkelingslanden, stelt Just Vlak. In China behandelen boeren elk jaar honderdduizend hectare katoen met wildtype-virussen. Drie dorpen verdienen hun geld met het produceren van de virussen. Daarvoor kweken ze miljoenen insectenlarven. En ze zijn blij met deze inkomstenbron; het is relatief schoon werk. Er zijn ingekapselde virusdeeltjes uit honderd tot vijfhonderd geinfecteerde rupsen nodig om een hectare gewas met succes tegen vraat te beschermen
De genetisch gemodificeerde baculovirussen met schorpioengenen die ervoor zorgen dat de kaken van de rups verlammen, zijn echter niet goed in levende insecten te kweken. Bovendien is voor grootschalige toepassing in het westen een minder arbeidsintensieve en daardoor goedkopere productiemethode nodig. In bioreactoren van de sectie Proceskunde zweven daarom miljarden insectencellen in een vloeibare voedingsoplossing. In deze losse cellen zijn de virussen ook te kweken. Als de cel dood gaat, komen de geproduceerde virusdeeltjes vrij en kunnen ze worden opgewerkt tot een handzaam gewasbeschermingsmiddel
Uitgekleed
De productie op grote schaal levert echter nog de nodige problemen op. In insectencellen verloopt de levenscyclus van een baculovirus anders dan in het insect. Elke keer als het virus zich in losse insectencellen repliceert, kan het een stukje van zijn genoom weggooien. In rupsen is dit nog nooit waargenomen. Al na vier tot twaalf vermenigvuldigingen is een behoorlijk deel van het genoom verdwenen. Uiteindelijk blijft hoogstens de helft van het erfelijke materiaal over, vertelt postdoc dr ir Dirk Martens. Deze deeltjes met een kleiner genoom vermenigvuldigen zichzelf sneller en krijgen daardoor de overhand in de reactor. Vervelend is dat zo'n uitgekleed virusdeeltje niet meer biologisch actief is en daarom niet als bestrijdingsmiddel is te gebruiken
Onduidelijk is nog of dit zogenaamde passage-effect genetisch bepaald is of dat het ligt aan een veranderde fysiologie van losse insectencellen. De Wageningse virologen proberen uit te zoeken waarom en op welke wijze het virus deze stukken DNA verliest. Mogelijk is daarna het virus via genetische weg te repareren
Procestechnoloog dr ir Kees de Gooijer schat dat bedrijven met reactoren van vijftig a honderd kuub moeten werken om er echt geld mee te verdienen. Om zo'n groot vat te infecteren, is veel opstartvirus nodig en dat is het goedkoopst te verkrijgen door het te vermenigvuldigen in insectencellen. Daar treedt het gevreesde passage-effect op en hiervoor is nog geen oplossing in zicht
Bij het werken met genetisch gemodificeerde virussen wordt het passage-effect nog een groter probleem, verwacht proceskunde-aio ir Rolf Marteijn. Het is heel arbeidsintensief om via rupsen, waarin het passage-effect niet optreedt, genoeg zuiver genetisch gemodificeerd virus bij elkaar te krijgen om een grote reactor te infecteren
Voor commerciele toepassingen mag het medium niet meer dan een dollar per liter kosten, vertelt De Gooijer. Die media bestaan, maar wij moeten nog onderzoeken of ze echt goed werken. Om de kosten van de productie te minimaliseren, onderzoekt Proceskunde hoe voedingsstoffen tot insectencellen worden verwerkt. Als je een cel infecteert, schakelt zij waarschijnlijk haar metabolisme om, vertelt Marteijn. Als een cel gebruik maakt van andere metabole routes, zorgt een andere verhouding van de voedingsstoffen voor optimale groei. Als je die verhouding weet, kun je na de infectie een nieuw medium toevoegen
Een ander probleem waar de bioprocestechnologen tegen aanliepen was het feit dat in te dichte celcultures infectie niet mogelijk bleek. Nu moet de hoogst mogelijk dichtheid worden gezocht waarbij nog wel infectie mogelijk is

Re:ageer