“Ik was vorig jaar zomer op een cryobiologiecongres in Hannover en vertelde daar over ons werk aan menselijke cellen. Er waren veel plantenbiologen aanwezig en die deelden hun uitdagingen.”

Zo kwam Voets te weten dat zaden van veel belangrijke gewassen in de Svalbard Global Seed Vault liggen, maar lang niet alle planten hébben zaden of kunnen goed tegen het uitdrogen voor opslag bij -18 graden Celcius, de internationale standaard voor langdurige zaadopslag. De biologen willen die planten ook graag veilig bewaren.

Biodiversiteitscrisis

Drie op vier planten die nog niet ontdekt en beschreven zijn – naar schatting enkele duizenden tot tienduizenden - zijn al op voorhand bedreigd. Dat blijkt uit een analyse van 200 wetenschappers uit 30 landen. Bij de reeds ontdekte bloemplanten is dat 45 procent. 

‘Deze biodiversiteitscrisis moet dringend aangepakt worden, om de eenvoudige reden dat alle leven op aarde afhankelijk is van deze biodiversiteit’, zo staat in het rapport van de wereldwijde inventarisatie.

“Veel zaden van plantensoorten die met uitsterven bedreigd worden, zijn droogtegevoelig. De nieuwe technieken die wij ontwikkeld hebben voor menselijke cellen, zouden hier ook uitkomst kunnen bieden”, dacht Voets al snel. 

“En de planten die niet zaaddragend zijn, kunnen wellicht ook geholpen zijn met onze technologie.” Een mogelijk alternatief bij zo’n plant is het toevoegen van of deze inkapselen met een beschermende verbinding waardoor de plant geen signaal ontvangt dat het foute boel is.” Daar is overigens nog wel meer onderzoek voor nodig.

Metabolisme uitschakelen

Voets ziet hoe scheikunde, biologie, en fysica goed kunnen samenwerken om dit te laten lukken. “Om materialen te maken, heb je chemie nodig. En om toepassingen hiervoor te ontwikkelen en vervolmaken, gebruiken we cryomicroscopie. Zo kunnen we de positieve impact van onze materialen meten.”

Bij cryomicroscopie worden biologische monsters (zoals eiwitten) razendsnel ingevroren, waardoor je met een elektronenmicroscoop zeer gedetailleerde 3D-beelden kunt maken van hun natuurlijke, onbeschadigde vorm.

Maar cryomicroscopie is geen standaardmethode; veelal wordt er gemeten op kamertemperatuur of lichaamstemperatuur, maar niet onder nul. Voets en haar collega’s hebben nieuwe methodes voor cryomicroscopie en superresolutiemicroscopie onder nul ontwikkeld en toegepast op menselijke cellen, maar deze technieken kunnen zeker ook worden toegepast op plantencellen.

Het bewaarproces van de zaden is erop gericht om het metabolisme uit te schakelen en daarmee te voorkomen dat het plantje gaat kiemen. Een zaadje moet niet het signaal krijgen om een plant te worden. Als je zaad afkoelt, vertraagt dit proces. Maar als je de zaden flink afkoelt, loop je het risico dat er ijs ontstaat, dat onttrekt vocht aan het zaad en dat kan dan weer stress induceren. 

Daar kan een levende cel van mens of plant niet mee omgaan. Er kan dan schade optreden en als die niet hersteld kan worden, sterft het weefsel of het zaadje af. Dat wil je voorkomen. Je wilt dus geen ijsvorming in de cellen. IJs kan overigens ontstaan bij koelen, maar opvallend genoeg ook bij verwarmen. In het laatste geval kan dat bijvoorbeeld gebeuren door druk of trillingen.

Kikkers

In de natuur bestaat echter al een trucje om te voorkomen dat er ijs ontstaat in organismen die bevriezen. De meesters van die cryobiologietruc zijn vissen en Canadese kikkers. Canadese kikkers koelen voor de winter heel snel af, laten hun lichaam gecontroleerd bevriezen en worden zo hard als een steen. Hun hart stopt tijdelijk met kloppen en de ademhaling valt stil. Ze maken een eigen ‘antivries’ van glucose en ureum aan dat voorkomt dat er ijskristallen in hun cellen ontstaat, dat zou namelijk dodelijk zijn. Wat ze laten bevriezen is het water tussen hun cellen. Ze houden hun cellen net genoeg gehydrateerd om te overleven. In het voorjaar, als het warmer wordt, ‘komen ze weer tot leven’. 

Veiligste plek

Dat de grootste zadenbank ter wereld in zo’n uithoek staat, heeft overigens een paar goede redenen. De energie die het kost om de zaden op -18 graden te houden, is lager op een plek waar het van nature al koud is. Er is op Spitsbergen sprake van natuurlijke permafrost: de bodem is permanent bevroren, waardoor zelfs bij stroomuitval de zaden toch nog bevroren blijven. 

De berg waarin de kluis is gebouwd, heeft een lage luchtvochtigheid en een constante temperatuur - omstandigheden die ook positief zijn voor het conserveren van zaad. En niet te vergeten de locatie: die ligt ver boven zeeniveau, dus zelfs bij de stijging van de zeespiegel zouden de zaden nog veilig liggen.