Mensen kunnen het niet. Bacteriën kunnen het wel. Sprinkhanen kunnen het zeker niet. Koeien weer wel, tenminste daar gebruiken ze bacteriën voor. En nu blijkt dat ook aaltjes de wand van plantencellen kunnen afbreken.

Dieren die de celwand niet kunnen kraken, moeten heel veel voedsel verzamelen. Een olifant staat twintig uur per dag te kauwen. De bamboe die door de panda gegeten wordt, komt bijna nog als stro uit de pandabillen. Ook sprinkhanen staan bekend als inefficiënte verteerders. Ze leven van de inhoud van cellen die bij iedere beet vrijkomt. Omdat sprinkhanen slecht kauwen, moeten ze veel blad eten. Mensen kauwen al beter. Toch bestaat een groot deel van onze poep uit celwanden – en dat is maar goed ook, want het maakt de feces tot een vaste substantie. Herkauwers als koeien, schapen en geiten laten bacteriën in hun maag het werk doen. Zij kunnen met enzymen, en met relatief veel tijd, de stevige plantencelwand afbreken.

Parasitaire aaltjes hebben die tijd niet. Het aardappelcystenaaltje Globodera rostochiensis, dat de gevreesde aardappelziekte veroorzaakt, dringt binnen twee minuten een wortel binnen. Met de hulp van een eiwit dat dienst doet als glijmiddel.

Glijmiddel

‘De celwand is een gigantische barrière voor nematodes,’ verklaart dr. Hans Helder van het Wageningse Laboratorium voor Nematologie. ‘Dat moet ook wel, in de grond barst het van de pathogenen, de plant moet zich daartegen beschermen. De celwand bestaat uit een zeer dicht netwerk van microfibrillen van onder andere cellulose en hemicellulose.’

‘Nematodes bezitten een stekel, een zogeheten stylet, om een gaatje in de wand te maken. Wij dachten lang dat ze daarmee net zo lang prikken tot de wand scheurt. Maar dat is maar een deel van het verhaal. In 1998 ontdekten we dat ze cellulase uitscheiden, terwijl het idee was dat dieren dat enzym niet konden maken.’

Toch kon cellulase de afbraak niet helemaal verklaren. ‘Het kan hemicellulose aardig afbreken, maar de cellulosevezels zijn zo compact dat cellulase daar niet goed bij kan.’ Helder heeft nu gevonden, en bewezen, dat het enzym expansinehet cellulose- vlechtwerk losser maakt (Qin et al., Nature, 1 januari). Helder: ‘Expansine is geen knipper, het is – populair gezegd – een soort glijmiddel. Het verbreekt de non-covalente bindingen (waterstofbruggen) tussen microfibrillen, waardoor de celwandafbrekende enzymen hun werk kunnen doen.’

Labexperimenten bevestigen dat. ‘Andere onderzoekers hebben in een reageerbuis cellulase toegevoegd aan celwanden. Dat knipt dan een beetje. Toen ze er expansine bij deden, knipte cellulase veel meer celwanden kapot.’

Schotse onderzoekers schakelden in het aaltje het mRNA uit dat codeert voor expansine. Expansine-loze wormpjes bleken veel langzamer de plant binnen te dringen. De lastigste proef was het geïsoleerd tot expressie brengen van (functioneel) expansine. Eerste keus daarvoor is Escherichia coli. De bacterie produceerde wel expansine, maar dat kon geen celwanden uit elkaar trekken. Dat werd getest door Jeroen Nieuwland van de Nijmeegse groep Experimentele plantkunde.

Nieuwland nam een stukje plant, dat hij verwarmde om de bestaande expansines uit te schakelen. Dan voegde hij het te onderzoeken expansine toe, en hing gewichtjes aan het stengelfragment. Als expansine zijn werk deed, rekte de celwand uit. Zonder expansine, of bij niet-functioneel expansine, brak de celwand. Zo vond Nieuwland dat expansine uit E. coli zijn werk dus niet deed. Vervolgens brachten Wageningse nematologen het eiwit tot expressie in de schimmel Pychia pastoris. Ook dat bood geen soelaas: wel expressie, maar het eiwit faalde in de Nijmeegse test. Uiteindelijk werden tabaksplanten getransformeerd (dat kost veel meer tijd kost dan een bacterie of schimmel). Dit bracht het gewenste resultaat: het planten- glijmiddel werd kennelijk correct gevouwen, want in de assay kon het de celwand keurig uit elkaar trekken.

Rijpend fruit

De expansinevondst in aaltjes is opmerkelijk. Het is immers een planteneiwit. Helder: ‘Het komt voor bij alle planten. Het helpt cellen zich te strekken bij groei. Ook pollenkorrels bezitten expansine, zo kunnen ze tot de stempel doordringen. Bovendien zorgt dit eiwit voor het zacht worden van rijpend fruit.’ ‘Wij hebben het nu in aaltjes gevonden, maar het zou me niks verbazen als het wijd verspreid is onder plantenpathogenen, bijvoorbeeld in fytoparasitaire schimmels of in de bacteriën in koeienmagen.’

Eén kwestie zit Helder nog dwars. De veroorzaker van aardappelmoeheid parasiteert op tweezaadlobbigen zoals de aardappel, maar ook op tomaat en aubergine. Toch produceert het wormpje B-expansine. Dat is vreemd: tweezaadlobbige planten produceren voornamelijk a-expansines en nauwelijks B-expansines. De B-expansines zijn juist dominant in eenzaadlobbigen. Nu blijkt dat B-expansine uit het aardappelcystenaaltje de meeste activiteit vertoont op jonge tarwestengels (een éénzaadlobbige), en het veel minder doet op de tweezaadlobbige komkommer.

Helder: ‘Als ik als aaltje had mogen kiezen, dan had ik de voorkeur gegeven aan a-expansines.’ Helder gaat nu expansines in kaart brengen van andere aaltjessoorten. ‘Ik ben erg benieuwd wat er in het speeksel zit van nematoden die alleen parasiteren op éénzaadlobbigen’.