'Betere fotosynthese levert meer voedsel op'

Tijdens deze zonnige dagen werken planten hard. Ze doen aan fotosynthese, het proces dat zonlicht omzet in koolhydraten, waar de planten van groeien. Tijdens deze fotosynthese nemen de planten ook nog eens koolstofdioxide op en stoten ze zuurstof uit. Een essentieel proces dus, maar volgens Roberta Croce kan het nog efficiënter. De hoogleraar biofysica van fotosynthese ontving afgelopen maart een NWO TOP-subsidie om dit voor elkaar te krijgen: “Fotosynthese is de basis voor al het leven op aarde, maar het kan nog beter.”

Croce komt oorspronkelijk uit Italië en kwam in 2005 voor het eerst naar Nederland voor onderzoek: “Ik ging als gastonderzoeker een jaar werken op een lab in Wageningen. Dat beviel goed, dus besloot ik hier een permanente baan te zoeken.” Ze was toen al in aanraking gekomen met de wereld van fotosynthese, en ze besloot dieper in dit onderwerp te duiken: “Ik vind het fascinerend hoe planten licht omzetten in energie. Wij kunnen daar nog veel van leren.” Via een Rosalind Franklin fellowship aan de Rijksuniversiteit Groningen kwam ze uiteindelijk aan de Vrije Universiteit terecht, waar ze sinds 2011 de biofysica groep leidt.

Je werkt al heel lang aan fotosynthese, weet je inmiddels alles over dit proces?

“We weten al een heleboel, maar er zijn zeker nog dingen onduidelijk. Ik ben met name geïnteresseerd in de reacties met licht, en hoe planten zich aanpassen aan veranderingen. Fotosynthese bestaat namelijk uit twee delen. Eerst vangen de planten de fotonen (lichtdeeltjes) op en exciteren bepaalde pigmenten. Dit betekent eigenlijk dat ze hun energie overdragen aan de pigmenten, zodat die gaan werken. De pigmenten produceren dan zuurstof, NADPH en ATP – twee energiedragers. Vervolgens zet de plant de ATP en NADPH samen met CO₂ om in koolhydraten zoals glucose. Deze laatste stap lukt alleen met de hulp van een enzym, maar dit enzym is gevoelig voor temperatuur. Dus op een koude zonnige dag werkt het eerste proces wel maar het tweede niet. Dit kan de plant beschadigen.”

Andere onderzoekers proberen de fotosynthese na te bootsen in kunstmatige systemen. Denk je dat deze systemen uiteindelijk beter gaan presteren dan de planten zelf?

“Ik zie inderdaad dat anderen de fotosynthese kunstmatig nabouwen en daarmee bijvoorbeeld biobrandstof maken. Dit werkt op dit moment alleen nog niet zo goed als de planten zelf. Voor voedsel verwacht ik dat we altijd nog wel op planten blijven bouwen, maar voor energieproductie valt er winst te behalen. Maar dan moeten we onze kennis delen. Om deze kunstmatige systemen te verbeteren, moeten we natuurlijk wel eerst begrijpen hoe het in de plant precies werkt. Ik probeer dit te achterhalen, maar ik bouw het systeem zelf niet na. Ik gebruik de kennis wel in natuurlijke systemen zoals algen, die we inmiddels zover hebben dat ze een beetje biobrandstof produceren.”

Algen waren ook je inspiratie voor deze TOP-subsidie. Wat zijn je plannen met dit geld?

“Een paar jaar geleden ontdekten onderzoekers een type alg, de cyanobacterie, die infrarood licht kan gebruiken voor fotosynthese. Dit hebben die bacteriën waarschijnlijk ontwikkeld zodat de bacteriën die niet aan het wateroppervlak zitten ook kunnen groeien. Het infrarood licht dringt namelijk door die bovenste laag heen, en zichtbaar licht niet.

Nu wil ik proberen om dat principe ook toe te passen bij planten. Het is zonde dat planten alleen het zichtbare licht gebruiken. In een graanveld zie je dan ook dat de bovenste bladeren veel licht blokkeren en de bladeren daaronder afsterven. Als we het mechanisme van de algen in deze planten stoppen, zou dat veel winst opleveren.”

Denk je dat je op korte termijn resultaat zult zien?

“Het idee is nieuw, dus we hebben zeker vijf jaar nodig om de planten op de juiste manier aan te passen. Maar ik zie geen enkele reden waarom het niet zou werken. Met deze toevoeging kun je uiteindelijk meer voedsel produceren op hetzelfde oppervlak. En aangezien we met steeds meer mensen zijn op deze wereld, hebben we de microbiologie echt nodig.”