Je leest:

‘Plantenziektes bestrijden met computerprogramma’s’

‘Plantenziektes bestrijden met computerprogramma’s’

Interview plantenbioloog Guido van den Ackerveken over bioinformatica

Auteur: | 17 januari 2020
Hans van Pelt

In 2020 bestaat de term bioinformatica vijftig jaar. Inmiddels is het een grote tak van wetenschap, maar wat is het nu precies, en waarom is het zo belangrijk? NEMO Kennislink spreekt in een serie met drie verschillende onderzoekers over de invloed van bioinformatica op hun vakgebied. Dit keer Guido van den Ackerveken, hoogleraar Translationele Planten- en Microbiologie aan de Universiteit Utrecht.

In een driedelige serie spreken we met verschillende wetenschappers over het belang van bioinformatica voor hun veld. Deze keer Guido van den Ackerveken, hoogleraar Translationele Planten- en Microbiologie aan de Universiteit Utrecht.
Pieter van Dorp van Vliet, Universiteit Utrecht

Dankzij computerprogramma’s begrijpen hoe ons DNA in elkaar zit en hoe dit vertaald wordt naar processen in ons lichaam. Dat is mogelijk door de bioinformatica, een vakgebied dat vijftig jaar geleden het levenslicht zag. Het bestuderen van DNA is een van de vele voorbeelden waarbij computerprogramma’s helpen om meer te begrijpen van de natuur. In een serie lichten we drie wetenschappers uit dit in dit werkveld bezig zijn. Dit keer gaat het over een praktische toepassing van bioinformatica. Hoogleraar Translationele Planten- en Microbiologie Guido van den Ackerveken van de Universiteit Utrecht bestrijdt plantenziektes.

Op welke manier gebruikt u bioinformatica in uw onderzoek?

“We werken aan micro-organismen die een interactie hebben met planten, en dan met name ziekteverwekkers. Valse meeldauw is daar een voorbeeld van bij spinazie en vormt een groot probleem in de teelt van deze plant. Een ziekte wordt bestreden door resistente rassen te veredelen (het selecteren van planten met de beste erfelijke eigenschappen – red.). Maar als een plant resistent is gemaakt tegen een ziekteverwekker, zien we dat deze zich snel aanpast en de resistentie doorbreekt.”

“Om te snappen hoe dat kan, proberen we eerst de genetische informatie van ziekteverwekkers in kaart te brengen. Vaak zijn dit organismen die nog nooit bekeken zijn, dus moeten we vanaf nul starten: er is geen referentiegenoom. Dit is een verschil met bijvoorbeeld het menselijke genoom dat al tot in detail bestudeerd is. Bioinformatica gebruiken we om zo’n onbekend genoom goed in kaart te brengen.”

Sporen van valse meeldauw vormen zich op sla.
Hans van Pelt

“Wanneer we het genoom hebben bepaald van een ziekteverwekker die de resistentie doorbroken heeft, vergelijken we die met het genoom van eentje die dat niet heeft gedaan. We proberen de verschillen te ontdekken en de verandering op te sporen die verantwoordelijk is voor de doorbraak. Dit is een bioinformatische analyse. Ook kunnen we eiwitten die vermoedelijk betrokken zijn bij de interactie tussen de twee organismen verder in kaart brengen met behulp van bioinformatica.”

“Ik merk gewoon dat de bioinformatica voor zoveel toepassingen essentieel is. Vier of vijf jaar geleden heb ik ook drie maanden een sabbatical genomen om bioinformatica te leren. Ik was daar zelf niet zo heel erg mee bezig, dat werd vooral door anderen gedaan, maar tijdens die sabbatical heb ik veel geleerd.”

Bioinformatica door de jaren heen

Paulien Hogeweg en Ben Hesper bedachten in 1970 de term bioinformatica voor het soort onderzoek dat zij wilden doen. De twee Nederlandse onderzoekers bedoelden hiermee: het bestuderen van informatieverwerking in levende systemen. Ons genetisch materiaal bijvoorbeeld is opgeslagen in de vorm van een code (DNA) die vertaald moet worden naar processen in ons lichaam; hier is overdracht van informatie voor nodig. De bioinformatica zou zich richten op het begrijpen van deze vertaalslag.

De bioinformatica kreeg echter een andere betekenis in de jaren tachtig. Vanaf toen konden onderzoekers de complete genetische code (het genoom) van organismen bepalen (sequencen). Het probleem was alleen: wat betekent die code, en hoe komen we daar achter? Onderzoekers moesten computerprogramma’s inzetten om dichterbij het antwoord te komen. Dit leverde veel gegevens op: informatie over het genoom van organismen en de vertalingen daarvan. Hiermee was ook een nieuwe definitie van bioinformatica geboren, namelijk het analyseren van dit soort gegevens. Inmiddels is de bioinformatica een groot en interdisciplinair veld dat draait om het begrijpen van biologische data in het algemeen, waaronder sequencing-data.

Hoe is het om een groep te leiden met mensen die verstand hebben van bioinformatica, zonder daar zelf veel achtergrond in te hebben?

“Ja dat is best ingewikkeld, daarom is het goed om wel in grote lijnen te snappen hoe het werkt. Ik kan het goed volgen door vragen te stellen en kritisch mee te denken, maar ik kan geen computercodes schrijven. Wat ik daarom heel belangrijk vind, is dat er test sets zijn: datasets waarvan je al ongeveer weet wat eruit moet komen. Die laat ik mijn onderzoekers dan analyseren, en als de juiste resultaten eruit komen, weten we dat het script werkt.”

Uitgelicht door de redactie

Psychologie
Terug naar school: waar laat je al die leerstof?

Cultuurwetenschappen
’De gezondheid van anderen vinden we belangrijker dan die van onszelf’

Maatschappijwetenschap
‘We moeten nadenken over nationale rituelen om dit trauma te verwerken’

“Wat ook goed helpt, is de bevestiging uit het lab. Als je een experiment doet op basis van een foute bioinformatische analyse, zal je zien dat er iets niet klopt. Dan moet je terug naar die analyse en kom je erachter dat er iets fout is gegaan. Die link tussen experiment en analyse, bioinformatica en lab, is belangrijk.”

Lukt het al om planten beter resistent te maken op basis van onderzoeksresultaten?

“We hebben in ons onderzoek belangrijke genen gevonden die de plant resistenter maken wanneer ze uitgeschakeld zijn. Samen met een veredelingsbedrijf kijken we nu of dat in gewassen ook werkt.”

“Daarnaast onderzoeken we of we meerdere eigenschappen van planten kunnen combineren om een duurzamere vorm van resistentie te krijgen. Op dit moment worden resistente rassen namelijk gekweekt op basis van ziektetoetsen. Dit houdt in dat je test of een plant ziek wordt van een ziekteverwekker, en als dit niet zo is, ga je verder met die plant. Dit wordt al honderd jaar zo gedaan en werkt op zich, maar je weet op deze manier niet welke eigenschappen verantwoordelijk zijn voor de resistentie. Bioinformatica is cruciaal om te ontdekken wat de onderliggende erfelijke eigenschappen, de genen, zijn. Alleen daarmee kunnen we ontdekken welke genetische eigenschappen van een resistente plant we het beste kunnen combineren met die van een andere plant, die op een andere wijze resistent is.”

Hoe heeft de bioinformatica uw werkveld veranderd de afgelopen vijftig jaar?

“Het beschikbaar maken van de genoomsequenties (zie kader -red.), heeft de bioinformatica veel mogelijkheden gegeven. We zijn bijvoorbeeld net van start gegaan met een groot nationaal project over de weerbaarheid en architectuur van sla, het LettuceKnow-project. Daarbij bekijken we vijfhonderd verschillende wilde en gecultiveerde lijnen van sla, en daarbij komt heel veel data beschikbaar. Om dat allemaal te verwerken en goed te benutten, heb je expertise in de bioinformatica nodig. Vier van de twaalf groepen binnen dit project zijn dan ook bioinformatica-groepen.”

Guido van den Ackerveken geeft uitleg over het LettuceKnow-project, waarin onderzoekers meer kennis over sla willen opdoen.

Wat voor ontwikkelingen binnen de bioinformatica zijn er gaande die belangrijk zijn voor de plantenbiologie?

“Het fenotyperen neemt nu een vlucht. Dat is het meten van allerlei uiterlijke kenmerken en reacties van planten. De grote vraag zit aan de bioinformatische kant: hoe kunnen we de fenotypische data zo goed mogelijk koppelen aan de genetische data die we al hebben? Zo krijgen we goed inzicht in de manier waarop bepaalde genen bijdragen aan specifieke eigenschappen. We gebruiken op dit moment bijvoorbeeld nieuwe geavanceerde beeldtechnieken om de aantasting door ziekteverwekkers te meten voordat je het met het blote oog ziet. Dit vraagt om de ontwikkeling van machines en methoden om de juiste beelden te verkrijgen, ook van binnenin de plant, en om bioinformatische hulpmiddelen die de beelden verwerken en koppelen aan genetische data. Hierbij zal er steeds vaker gebruik worden gemaakt van kunstmatige intelligentie.”

“Verder kunnen we nog vooruit in het zo efficiënt mogelijk analyseren van sequencing-data (zie kader – red.), met name die van het microbioom: alle bacteriën en andere micro-organsimen die de groei en het immuunsysteem van planten beïnvloeden. Dit gaat steeds beter; er wordt slimmer geprogrammeerd en er worden nieuwe aanpakken bedacht om data te analyseren. Hierbij is het belangrijk dat verschillende vakgebieden met elkaar praten, bijvoorbeeld binnen het Utrecht Bioinformatics Center, want onderling kun je veel van elkaar leren.”

Vijftig jaar bioinformatica

Om te vieren dat de term “bioinformatica” vijftig jaar bestaat, en omdat twee Nederlanders deze voor het eerst gebruikten, organiseert het Utrecht Bioinformatics Center verschillende activiteiten gedurende het jaar 2020. Ga voor meer informatie naar hun website.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Voedsel produceren op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 17 januari 2020

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.