Kun je de banaan hacken met CRISPR-Cas?

• Biologie
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Introductie

Hebben we straks geen bananen meer omdat de bananenteelt - monocultuur - bedreigd wordt door ziektes? De les duikt even de geschiedenis in om te laten zien hoe het probleem ontstaan is. Op zoek naar oplossingen komt DNA-technologie (CRISPR-Cas) langs, maar ook onderzoek naar goedaardige schimmels bij bananenplanten. De les bevat een aantal oude examenvragen over bananen als oefening/toepassing/reflectie. Als die vragen gemaakt worden, wordt de les zeker een half uur langer.

Instructies

Voorkennis van de leerling

Basiskennis van erfelijkheid en ecologie uit onderbouw.

Voorbereiding voor de docent

Neem de dia's en bijbehorende notities van tevoren door. Met de afsluitende examenopgaven duurt de les langer dan de geplande 45 minuten; houd daar rekening mee.

Deze examenopgaven zitten zowel in de les, als 'los' in de vorm van printbare pfd's (zie bijlagen).

Leerdoelen / vaardigheden

Na deze les...

...kunnen leerlingen uitleggen waardoor de banaan bedreigd wordt.

...kunnen leerlingen manieren noemen waarop geprobeerd wordt de banaan te redden van de ondergang.

...kunnen leerlingen de technieken die hierbij gebruikt worden uitleggen.

Aansluiting curriculum

De les sluit goed aan bij ecologie en moleculaire genetica. 

Feedback gevraagd!

We horen graag wat je van deze les vond. Geef je feedback via www.ut.onl/docent4tu. Hartelijk dank!

Werkbladen

Examen_bananen_opgaven.pdf

Examen_bananen_correctievoorschrift.pdf

Ondertitel

Kun je de banaan hacken met CRISPR-Cas?

Bananen, lekkere snack of basisvoedsel, bedreigd door resistente schimmels. 

Kunnen we de banaan nog redden?

Les 1. Wat is creativiteit?

Deze les is nieuw en de makers zijn benieuwd naar feedback. Die kun je geven via de vragenlijst (zie de QR-code hiernaast of aan het eind van de les). 

Of ben je bereid om tijdens een kort online interview je ervaringen met de makers te delen? Meld je dan aan via onze www.4tuschools.nl. 

Nieuwe les dus testers gezocht!

Vragenlijst voor docenten

ut.onl/docent4tu

Les 1. Wat is creativiteit?

Informatie voor de docent

Vooraf

Deze LessonUp duurt ongeveer een lesuur.

De les sluit aan bij ecologie en genetica, maar voorkennis is niet noodzakelijk.

Benodigdheden

Iconen

Zet het vinkje 'toon bij leerling' aan

Toon notities bij elke dia

Navigeren door de les

Vergroot een afbeelding

Klik hier

Hotspot met meer informatie

laptop voor elke leerling

Les 1. Wat is creativiteit?

Leerdoelen

Na deze les...

...is je kennis over bananen sterk toegenomen.

...kun je uitleggen waardoor de banaan bedreigd wordt.

...kun je manieren noemen waarop geprobeerd wordt de banaan te redden van de ondergang.

...kun je de technieken die hierbij gebruikt worden uitleggen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Bananenbasiskennis

Klik om te vergroten

het meest

Bananen zijn het meest gegeten fruit in Nederland

veel en weinig

Bananen bevatten veel energie maar slechts weinig vitaminen. Maar dan wel weer veel kalium (nuttig voor je spieren)

boom?

Een bananenboom is geen boom

basisvoedsel

Voor veel mensen is een banaan geen extraatje, maar basisvoedsel

uitsterven

De banaan wordt met uitsterven bedreigd!

70 bananen?!

Toelichting

In deze dia wordt via de verschillende hotspots veel kennis over bananen aangebracht. Leerlingen kunnen de hotspots zelf aanklikken of de docent doet dat op het centrale scherm.

Laat zeker het filmpje zien om duidelijk te maken dat voor veel wereldbewoners bananen basisvoedsel zijn en dat het uitsterven van 'de' banaan voor hen dus veel grotere gevolgen heeft dan voor ons.

Les 1. Wat is creativiteit?

Bananenplanten zijn geen bomen maar 's werelds grootste bloeiende kruiden

Bananenplant

Bron: Kema & Van Rijn (2022)

Kam: een groep bananen die samen aan dezelfde steel groeien. Dit is een onderdeel van de grotere tros.

Blad: het buitenste, oudste blad verdroogt en sterft af als nieuwe bladeren uit het midden groeien en de bovenkant van de plant bereiken. 

Vrouwelijke bloemen

Bloemknop met mannelijke bloemen

Bloemstengel: groeit uit het midden van de knol, en produceert bloemen en vruchten.

Uitloper: nieuwe plant die vegetatief uit de wortelstok ontspruit.

Knol: het ondergrondse deel van de plant dat fungeert als opslagorgaan en groeipunt.

Wortelstok: de wortels en de uitlopers groeien uit een wortelstok, die zorgt voor vegetatieve vermeerdering van de bananenplant.

Valse stam: een schijnstam opgebouwd uit strak opgerolde bladstelen met het jongste blad in het midden.

Toelichting

Deze dia geeft meer inzicht in de biologie van de bananenplant. Klik op de hotspots voor info over elk onderdeel.

Vraag

Een vrucht heeft doorgaans zaden (pitjes). Daarmee plant een plant zich voort. Bananen hebben geen pitjes. 

Dat is lekker, maar hoe komt dat?

1. De pitjes verdwijnen tijdens het rijpen van de banaan, omdat ze via een proces dat resorptie heet worden opgenomen door de vrucht.
2. Bananen hebben geen pitjes omdat ze heel vroeg, als ze nog groen zijn, worden geplukt voordat de zaden kunnen groeien.
3. Onze bananen hebben 3 setjes genen (1 van de moeder, 2 van de vader). Dat is moeilijk in tweeën te delen en daarom zijn bananen steriel (maken geen zaden)
4. Bananen hebben geen pitjes omdat ze geen zaden nodig hebben om zich voort te planten; ze groeien vanzelf uit de grond

Toelichting

Het juiste antwoord (C) laat zien dat klassieke veredeling door middel van kruisingen bij bananen lastig is. Dat is voor het vervolg van deze les van belang.

Les 1. Wat is creativiteit?

Monocultuur

Hoe zit dat nou, met dat uitsterven van 'de' banaan?

Eerst een beetje geschiedenis:

Tot ongeveer 1950: alle bananen van het ras Gros Michel.

Grote plantages, veel bananenplanten bij elkaar op grote oppervlaktes → monocultuur

Bron: Kema, G., & Van Rijn, F. (2022)

Les 1. Wat is creativiteit?

Schimmel 1

Rond 1920: de Gros Michel krijgt last van de fusariumverwelkingsziekte (Panamaziekte), veroorzaakt door een bodemschimmel.

Aangezien bijna alle bananen ter wereld klonen van elkaar zijn, zijn ze allemaal even gevoelig voor deze schimmel.

Kloon?

Een kloon is een genetisch identieke kopie van een organisme, ontstaan door een proces van ongeslachtelijke voortplanting of laboratoriumtechnieken. Klonen kan natuurlijk plaatsvinden, zoals bij eeneiige tweelingen of bij bollen (ui, narcis) of kunstmatig worden uitgevoerd. De erfelijke eigenschappen van klonen zijn gelijk, dus gevoeligheden voor ziektes ook.

Les 1. Wat is creativiteit?

Schimmel 2

Dus op zoek naar een nieuwe variëteit, een nieuw bananenras, bestand tegen die schimmel.

Dat wordt vanaf ongeveer 1950 de Cavendish, resistent tegen de verwelkingsziekte. Tenminste, dat was hij 70 jaar lang.

Een nieuwe variant van de schimmel treft nu alle Cavendish-bananen. Niks geleerd dus?

resistent?

Een resistente soort is bestand tegen een bepaalde ziekte of plaag. Dit is erfelijk bepaald.

Les 1. Wat is creativiteit?

Wist je dat ...

...de Cavendish-bananen op meer dan 50% van alle bananenplantages wereldwijd staan?

...er van tarwerassen honderden variëteiten bestaan, maar van eetbare bananen maar een paar?

...er dus enorme genetische uniformiteit (gelijkvormigheid) is bij (eetbare) bananen?

...ze dat extra kwetsbaar maakt voor ziektes en plagen?

Les 1. Wat is creativiteit?

Bestrijden dan maar

Bestrijden

Er zit weinig anders op dan de schimmel te bestrijden met bestrijdingsmiddelen.

En dan niet één keer, maar wekelijks.

Bron: Het Bittere Verhaal Achter Onze Zoete Bananen (2022), pers. comm. Gert Kema

En...helpt dit?

Nee, zelfs wekelijks bespuiten met bestrijdingsmiddelen helpt onvoldoende. Bovendien is dit voor de werknemers en omwonenden erg ongezond.

Productiekosten banaan

Meststoffen

Meststoffen die essentieel zijn voor de groei van bananenplanten vertegenwoordigen 28% van de totale productiekosten van een banaan.

Black Sigatoka

De bestrijding van ziektes, waaronder de significante schimmelziekte Black Sigatoka, is verantwoordelijk voor 32% van de totale productiekosten van een banaan.

Overige kosten

Kosten voor zaken als arbeid, plantmateriaal, water, transport, kapitaalgoederen, land en overige operationele zaken vertegenwoordigen 40% van de bananenproductiekosten.

Er gaat dus eenderde van alle productie-kosten op aan bestrijding van ziektes!

Les 1. Wat is creativiteit?

 Intermezzo 

Nani Maryani, onderzoeker en docent bij de universiteit in Serang, Indonesië:

'In gezonde bananenplanten vinden we goedaardige fusariumschimmels! We onderzoeken welke rol die hebben. Bij komkommer- en tomatenplanten onderdrukken deze goedaardige schimmels de ziekteverwekkende varianten. Is dat ook zo bij bananenplanten? Houden ze die ziekteverwekkende schimmels tegen, verwijderen ze die of nemen ze hun plaats in? Daar willen we achter komen. En ook: waarom zijn er eigenlijk goedaardige fusariumschimmels in de bananenplanten? Wat doen ze daar? Hebben de bananenplanten die misschien ergens voor nodig?

Misschien leidt dit onderzoek tot een manier om te voorkomen dat bananenplanten ziek worden, maar zover zijn we nog lang niet!'

Zijn er goedaardige fusariumschimmels in bananenplanten?

Bron: Kema & Van Rijn (2022)

Toelichting

Dit intermezzo is voor het verhaal van de les niet noodzakelijk, maar laat leerlingen wel nadenken. De vragen in de tekst zijn de vragen waar de onderzoeker mee bezig is. Ze laten zien waar wetenschappelijk onderzoek toe kan leiden.

 Vraag

De Cavendish dreigt nu dus ook uit te sterven.

Wat kan jij / de wetenschap doen om te voorkomen dat dit basisvoedsel voor velen straks verdwenen is?

Toelichting

Mogelijke antwoorden:

- op zoek gaan naar andere bananen-variëteiten in het wild

- via biotechnologie proberen om Cavendish-bananen resistent te maken tegen verwelkingsziekte

- biologische bestrijdingsmiddelen zoeken die de schimmel aanpakken

- bananen minder in monocultures verbouwen maar samen met bijvoorbeeld koffie of andere gewassen

- nieuwe rassen maken

Les 1. Wat is creativiteit?

Werken aan een oplossing...

In Wageningen, bij het bedrijf Yelloway, is een nieuwe banaan ontwikkeld: de Yelloway One. 

Yelloway One is het product van klassieke  veredelingstechnieken (kruisen). 

De plant is resistent tegen TR4 (variant van de schimmel die fusariumverwelkingsziekte veroorzaakt en hele plantages kan vernietigen), en grotendeels tegen Black Sigatoka (bladziekte die opbrengsten sterk vermindert). 

Beide ziektes vormen een bedreiging voor de populaire Cavendish-banaan die wereldwijd wordt geëxporteerd.

Bron: Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.)

 Vraag

De Yelloway One is bestand tegen twee beruchte bananenziektes. Aan welke eisen moet deze nieuwe banaan nog meer voldoen om de Cavendish te kunnen vervangen?

Mogelijke antwoorden

- moet eetbaar zijn

- moet onrijp geplukt kunnen worden en narijpen tijdens transport / moet niet te snel bruin worden

- zonder pitjes / steriel

- planten moeten kunnen groeien in gebieden waar nu ook bananen geteeld worden

- planten moeten niet duur zijn / boeren moeten voldoende inkomsten kunnen verkrijgen met dit nieuwe ras

- de Yelloway mag niet via genetische modificatie gemaakt zijn, omdat bepaalde markten (waaronder de Europese) dit (nog) niet toestaan)

- weinig bestrijdingsmiddelen nodig

- niet al te hoge eisen aan bodem / water / voedingsstoffen

 Vraag

Hoeveel tijd kost het om zo'n nieuwe bananenvariant te ontwikkelen via 'gewone' kruisingstechnieken?

1. ongeveer 2 jaar
2. ongeveer 7 jaar
3. ongeveer 16 jaar
4. ongeveer 22 jaar

Les 1. Wat is creativiteit?

Waarom duurt het zo lang?

selectie en kruising

Je moet ouderplanten selecteren met gewenste eigenschappen, zoals smaak, houdbaarheid, resistentie tegen bepaalde ziekten. Kruisingen zijn lastig, omdat de meeste bananen steriel zijn.

groeicyclus

Een bananenplant heeft een groeicyclus van ongeveer een jaar, dus elke generatie kost een jaar.

de markt op

Het nieuwe ras moet ook nog lekker zijn, houdbaar zijn en een goede textuur hebben. Zo'n nieuwe banaan moet 'in de markt gezet worden' en dat kost tijd.

testen op ziekteresistentie

Voor het ontwikkelen van een ras dat bestand is tegen ernstige bananenziektes zijn allerlei tests (in het lab en in het veld) nodig

regelgeving

Soms moet zo'n nieuw ras nog aan allerlei strenge regels voldoen voor het op de markt mag komen.

Bron: Chiquita et al. (2024)

Dat bananenproducent Chiquita een van de partners is, betekent niet dat andere bananentelers geen toegang krijgen tot dit soort nieuwe variëteiten: meerdere organisaties werken samen zodat de technologie breed beschikbaar is; de nieuwe rassen zijn geschikt voor lokale markten.

Les 1. Wat is creativiteit?

Werken aan een oplossing...

De doorbraak werd bereikt dankzij een samenwerking tussen Chiquita, KeyGene en MusaRadix en Wageningen University & Research. De betrokken deskundigen gebruikten een combinatie van traditionele kruisingstechnieken en moderne DNA-analysetechnologie om het proces van het ontwikkelen van resistente bananen te versnellen. Dit stelt hen in staat om sneller en efficiënter nieuwe variëteiten te selecteren op basis van gewenste eigenschappen, zoals resistentie tegen ziektes.

Bron: Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.)

DNA-technologie: CRISPR-Cas9

Bekijk de video om op te frissen hoe deze techniek werkt.

(gaat uit van genezing van ziektes bij de mens maar kan natuurlijk ook voor bananen gebruikt worden)

Toelichting

De Yelloway-One is ontwikkeld zonder CRISPR-Cas-technologie. Dat wil niet zeggen dat deze technologie in de toekomst niet gebruikt zal worden bij het ontwikkelen van nieuwe bananenrassen.

 Vraag

Noem twee voordelen van het gebruik van CRISPR-Cas ten opzichte van het gebruik van traditionele kruisingstechnieken.

Antwoord

1. Met CRISPR-Cas kan veel preciezer in het DNA geknipt worden, zodat alleen het specifieke stukje DNA (bijv. verantwoordelijk voor resistentie tegen één van de ziektes) geknipt en geplakt kan worden. De rest van het DNA blijft onveranderd. Bij traditionele kruisingen gaat het altijd om veel grotere stukken DNA, zodat er altijd meerdere eigenschappen veranderen.

2. CRISPR-Cas gaat veel sneller. Bij kruisingen moet je eerst afwachten wat het resultaat is en dat duurt bij bananen best lang.

3. Uiteindelijk maakt dat CRISPR-Cas dan ook goedkoper en kansrijker.

 Vraag

Wat zou het belangrijkste nadeel zijn van het gebruik van CRISPR-Cas om een nieuw bananenras te ontwikkelen?

Antwoord

Uiteindelijk creëer je met deze techniek een nieuwe 'Cavendish', tenminste als je hier weer monocultures mee vol plant.

Les 1. Wat is creativiteit?

Oefenen-I

Examen HAVO 2018: 

Bananen! 

Maak de opgaven 

...en kijk dan pas naar de uitwerkingen 

Toelichting

In twee examens is onderzoek naar bananen aan bod geweest. In de volgende dia's worden deze vragen weergegeven (HAVO 2018 en 2011) met daarna de antwoorden. Goed om mee te oefenen!

Uiteraard is overslaan ook een optie, want met deze oefenvragen past de les zeker niet binnen 1 lesuur. Dan is het misschien wel leuk om te laten zien dat dit soort onderwerpen (contexten) in examens voorkomen.

Les 1. Wat is creativiteit?

antwoorden-I

Les 1. Wat is creativiteit?

Oefenen-II

Examen HAVO 2011: 

Bananen! 

Maak de opgaven 

...en kijk dan pas naar de uitwerkingen 

Les 1. Wat is creativiteit?

antwoorden-II

Les 1. Wat is creativiteit?

Gefeliciteerd!

Na deze les...

...is je kennis over bananen sterk toegenomen.

...kun je uitleggen waardoor de banaan bedreigd wordt.

...kun je manieren noemen waarop geprobeerd wordt de banaan te redden van de ondergang.

...kun je de technieken die hierbij gebruikt worden uitleggen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Geïnspireerd?

Vond je dit een leuke les? Dan is één van de volgende vervolgopleidingen misschien iets voor jou. 

Biotechnologie (hbo)

https://www.hvhl.nl/opleidingen/hbo/biotechnologie/?_gl=1*1b9i6zn*_up*MQ..*_gs*MQ..&gclid=EAIaIQobChMI2IbF58LligMV9rKDBx0T5BjLEAAYASAAEgL0CfD_BwE

Biotechnologie (universiteit)

https://www.wur.nl/nl/onderwijs-opleidingen/bachelor/bsc-opleidingen/bsc-biotechnologie.htm

Plantenwetenschappen (universiteit)

https://www.wur.nl/nl/onderwijs-opleidingen/bachelor/bsc-opleidingen/bsc-plantenwetenschappen.htm

Les 1. Wat is creativiteit?

De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!

Feedback gevraagd

ut.onl/leerling4tu

Vragenlijst voor leerlingen

Les 1. Wat is creativiteit?

De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!

Feedback gevraagd

Vragenlijst voor docenten

ut.onl/docent4tu

Les 1. Wat is creativiteit?

Check www.4tuschools.nl voor meer inspirerende lessen!

Les 1. Wat is creativiteit?

Bronnen

Bananen - Black Sigatoka en Panama disease. (z.d.). WUR. https://www.wur.nl/nl/onderzoek-resultaten/dossiers/dossier/bananenteelt.htm

Chiquita, KeyGene, MusaRadix, Wageningen University & Research, García-Bastidas, F., & Kema, G. (2024). Chiquita en Yelloway presenteren eerste resistente bananenplant Yelloway One. In Persbericht. https://www.keygene.com/wp-content/uploads/2024/09/pr-yelloway-one-nl-final.pdf

Voedingscentrum. (z.d.). Banaan. https://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/banaan.aspx#blokhoeveel-bananen-eten-we?

Kema, G., & Van Rijn, F. (2022). De banaan: De onbekende wereld achter ons favoriete fruit (Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, Red.; 1ste editie). Lias.

Het bittere verhaal achter onze zoete bananen. (2022, 15 november). Quest. https://www.quest.nl/mens/voeding/a41819241/bittere-verhaal-achter-bananen/