Wageningen, The Netherlands
February 11, 2025
Research into infectious diseases in plants, animals, and humans typically occurs in ‘silos.’ Researchers often focus on one species and one pathogen per project. The new global PADDLE platform (Plant & Animal Diversity-Disease Relationships across Levels of Ecology), an initiative by Wageningen scientists Liesje Mommer and Kevin Matson, bridges academic fields. Its first tangible result is a workable scientific model.
Liesje Mommer, professor of Belowground Ecology, considers the soil beneath our feet a treasure trove where she repeatedly makes new discoveries. Experiments in recent years have confirmed that biodiversity is crucial for a healthy, functioning ecosystem. It promotes crop productivity and makes the soil more resistant to drought.
According to Mommer, there is a clear relationship between the number of organisms in an ecosystem and the risk of diseases. The rule is: the more species, the lower the chance of diseases. But according to her, it’s not just about numbers; the properties of plants and animals and their interactions also matter. “Due to a deadly disease that nearly wiped out the rabbits, large grazers, including the European bison, were introduced in the dunes. The logic was: shorter grass leads to fewer tick bites. But the bison carries a different type of tick that is new to the dune landscape and can make dogs very sick. When it comes to disease pressure, a bison is not the same as a rabbit, even though they both keep the grass short.”
Another Language
To learn more about the underlying mechanisms, she contacted Kevin Matson, who, as an associate professor, focuses on animal physiology, animal ecology, and immunology. Together, they discovered that plant scientists speak a different language than animal scientists. Mommer: “I had trouble understanding that language. Although I see the same patterns, different words are used on both sides of the spectrum for the same things, and the same words for different things. While it is so important to understand each other.”
Matson shares her opinion: “In animal sciences, not much attention is paid to the plant world for inspiration and connection. The mismatch in terminology doesn’t help. Additionally, research often focuses on one scale, for example, one disease in one bird species. Researchers tend to stay in their own niche.”
International Workshops
Mommer and Matson saw that they could learn a lot together, both in terms of terminology and concepts. For example, about the contagiousness and transmissibility of pathogens and the relationship with characteristics such as body size, immune system, and defense mechanisms.
The ERRAZE@WUR programme of Wageningen University & Research honoured her project proposal for the development of a platform to bridge disciplines. This platform was named PADDLE, short for Plant & Animal Diversity-Disease Relationships across Levels of Ecology. What followed was a series of international workshops with leading scientists from the plant and animal worlds. Experts in human health also joined. Mommer: “We deliberately invited a wide diversity of people, from professors to master’s students. That diversity seemed important to us to really make progress.”
‘Aha Moment’
The workshops alternately took place on-site and online. The goal was to develop a scientific model for researching the relationship between biodiversity and disease risk that scientists from different disciplines can work with. Using visual design techniques, the input was distilled into a cube model (see figure). Mommer: “The workshops really helped us break free from our habits. It also helped change the way we think about diseases. With this new model, we have taken a big step. It bridges the gap between disciplines. For us, it was truly a big ‘aha moment.’”
Matson adds that the model also makes it clear that there are multiple research directions to pursue: “It shows that you don’t have to stay in your own, familiar box, but that you can explore perhaps five research directions. He presented the model at the symposium of the Society of Integrative and Comparative Biology to a broad group of scientists. Colleagues were enthusiastic about the model, and hopefully, a shared conceptual model will have a snowball effect.”
Figure. Plant and Animal Diversity and Disease across Levels in Ecology (PADDLE) Model. In this model, the Host Quality, the contribution of a host species to the fitness of a parasite species, is key. Exposure: probability of contact between a host and infectious parasite propagules. Establishment: probability that the parasite infects a host, given contact has occurred. Growth: parasite growth and persistence in an infected host. Infectivity: release of infectious propagules from an infected host that are accessible to susceptible hosts. By Mommer and PADDLE team.
He looks back on a successful series of workshops. “We always had good discussions, even during the online workshops. As scientists, we still realise too little how much it yields when you truly collaborate beyond the boundaries of your own discipline.”
Ecosystem Approach
The key question: will this model contribute to a more effective approach to disease prevention in plants and animals? Mommer thinks so: “We are increasingly realising that we should not focus on a subsystem, but that we need to choose an ecosystem approach. That means focusing on the entire ecosystem, rather than just one pathogen or host. This model helps us describe all types of interactions. It is no coincidence that policymakers from the RIVM have asked us to make this model public. It helps further the discussion about the risks you run when intervening in ecological systems. The health of plants and animals ultimately also affects humans.”
She points to the risk of monocultures in agriculture and the intensive use of pesticides: “Monocultures are intrinsically susceptible to pathogens. That can and must be different if you can use biodiversity in the field and landscape to reduce the chance of diseases.”
“Thinking Differently About Diseases”
Joukje Siebenga, manager of the ERRAZE@WUR research and investment programme, decided to honour Mommer and Matson’s funding request: “I am extremely proud of this project, precisely because it develops conceptual knowledge. It will help us create landscapes that are safer for plants, animals, and humans. The findings in PADDLE underpin the notion that we need to think differently about diseases. Where we have always been inclined to eliminate every risk, this interdisciplinary collaboration teaches us that we should really use the strength of the landscape and of animals to minimise risks.”
Verbinden van onderzoek naar ziekten bij planten, dieren en mensen
Onderzoek naar infectieziekten bij planten, dieren en mensen speelt zich doorgaans af in ‘silo’s’. Vaak richten onderzoekers zich op één soort en één ziekteverwekker per project. Het nieuwe wereldwijde Plant & Animal Diversity-Disease Relationships across Levels of Ecology (PADDLE)-platform, een initiatief van de Wageningse wetenschappers Liesje Mommer en Kevin Matson, slaat een brug tussen academische werkvelden. Met als eerste tastbare resultaat een werkbaar wetenschappelijk model.
Liesje Mommer, hoogleraar Ondergrondse Ecologie, beschouwt de bodem onder onze voeten als schatkamer waarin zij keer op keer weer nieuwe ontdekkingen doet. De afgelopen jaren gaven experimenten haar de bevestiging dat biodiversiteit cruciaal is voor een gezond functionerend ecosysteem. Zo bevordert het de gewasproductiviteit en maakt het de bodem resistenter tegen droogte.
Volgens Mommer is er een duidelijke relatie tussen het aantal organismen in een ecosysteem en het risico op ziekten. Hoe meer soorten, hoe minder kans op ziekten, is de stelregel. Maar het gaat volgens haar niet alleen om aantallen: ook de eigenschappen van planten en dieren en hun interactie doen ertoe: “Door een dodelijke ziekte die de konijnen bijna uitroeide, werden er in de duinen grote grazers geïntroduceerd, waaronder de Europese bizon. De logica was: Korter gras leidt tot minder tekenbeten. Maar die bizon draagt wél een andere soort teek bij zich die nieuw is in het duinenlandschap en waar honden erg ziek van kunnen worden. Als het gaat om ziektedruk is een bizon geen konijn, al eten ze beiden het gras kort.”
Andere taal
Om meer te weten te komen over de onderliggende mechanismen, nam ze contact op met Kevin Matson, die zich als universitair hoofddocent bezighoudt met dierfysiologie, dierecologie en immunologie. Om vervolgens samen te ontdekken dat de plantwetenschapper een andere taal spreekt dan de dierwetenschapper. Mommer: “Ik had moeite om die taal te begrijpen. Hoewel ik dezelfde patronen zie, worden er aan beide kanten van het spectrum verschillende woorden voor dezelfde dingen gebruikt en dezelfde woorden voor verschillende dingen. Terwijl het zo belangrijk is om elkaar te begrijpen.”
Matson deelt haar mening: “In dierwetenschappen wordt niet veel naar de plantenwereld gekeken voor inspiratie en verbinding. De mismatch in terminologie helpt daarbij niet mee. Daarnaast richten onderzoeken zich vaak op één schaalgrootte, bijvoorbeeld op één ziekte bij één vogelsoort. Onderzoekers blijven veel in hun eigen niche.”
Internationale workshops
Mommer en Matson zagen dat zij samen veel konden leren, qua terminologie en conceptueel. Bijvoorbeeld over de besmettelijkheid en overdraagbaarheid van pathogenen en de relatie met kenmerken als lichaamsgrootte, immuunsysteem en afweermechanismen.
Het ERRAZE@WUR-programma van Wageningen University & Research honoreerde haar projectvoorstel voor de ontwikkeling van een platform om een brug te slaan tussen disciplines. Dit platform kreeg de naam PADDLE, voluit: Plant & Animal Diversity-Disease Relationships across Levels of Ecology. Wat volgde, was een serie internationale workshops met toonaangevende wetenschappers uit de planten- en dierenwereld. Ook deskundigen op het gebied van mensgezondheid sloten zich hierbij aan. Mommer: “We hebben heel bewust een grote diversiteit aan mensen uitgenodigd, van hoogleraren tot masterstudenten. Die diversiteit leek ons belangrijk om echt progressie te kunnen boeken.”
‘Aha-moment’
De workshops vonden afwisselend op locatie en online plaats. Doel was om een wetenschappelijk model voor onderzoek naar de relatie tussen biodiversiteit en ziekterisico te ontwikkelen waar wetenschappers uit de verschillende disciplines mee kunnen werken. Met behulp van visual design-technieken werd de input afgepeld tot een kubusmodel (zie figuur). Mommer: “De workshops hebben echt geholpen om onszelf los te weken van onze gewoonten. Het heeft ook geholpen om het denken over ziekten te veranderen. Met dit nieuwe model hebben we een grote stap gezet. Daarmee overbruggen we de kloof tussen disciplines. Voor ons wat het echt een groot ‘aha-moment’.
Matson voegt daaraan toe dat het model ook inzichtelijk maakt dat er meerdere onderzoeksrichtingen te bewandelen zijn: “Het laat zien dat je niet in je eigen, bekende vakje hoeft te blijven werken, maar dat je misschien wel vijf onderzoeksrichtingen op kunt gaan. We presenteerden het model tijdens het symposium van de Society of Integrative and Comparative Biology aan een brede groep wetenschappers. Collega’s waren enthousiast over het model en hopelijk heeft een gedeeld conceptueel model een sneeuwbaleffect tot gevolg.”
Figuur. Plant and Animal Diversity and Disease across Levels in Ecology (PADDLE) Model. In dit model staat de gastheerkwaliteit, de bijdrage van een gastheersoort aan de fitheid van een parasietsoort, centraal. Blootstelling (exposure): waarschijnlijkheid van contact tussen een gastheer en infectieuze parasietpropagulen. Vestiging (establishment): waarschijnlijkheid dat de parasiet een gastheer infecteert, mits er contact is geweest. Groei: groei en persistentie van parasieten in een geïnfecteerde gastheer. Infectiviteit (infectivity): afgifte van infectieuze propagulen van een geïnfecteerde gastheer die toegankelijk zijn voor vatbare gastheren. Door Mommer en PADDLE team.
Hij kijkt terug op een succesvolle reeks workshops. “We hebben altijd goede discussies gevoerd, ook tijdens de online workshops. We realiseren ons als wetenschappers nog te weinig hoeveel het oplevert als je écht samenwerkt buiten de grenzen van je eigen discipline.”
Ecosysteembenadering
De hamvraag: gaat dit model bijdragen aan een effectievere aanpak van ziektepreventie bij planten en dieren? Mommer denkt van wel: “We realiseren ons steeds beter dat we ons niet moeten richten op een deelsysteem, maar dat we een ecosysteembenadering moeten kiezen. Niet focussen op maar één ziekteverwekker of gastheer, maar op het hele ecosysteem. Dit model helpt ons om alle typen interacties te kunnen beschrijven. Niet voor niets hebben beleidsmedewerkers van het RIVM ons gevraagd dit model openbaar te maken. Het helpt de discussie verder op gang te brengen over welke risico’s je loopt als je ingrijpt in ecologische systemen. De gezondheid van plant en dier heeft uiteindelijk ook effect op mensen.”
Ze wijst daarbij op het risico van monoculturen in de landbouw en het intensieve gebruik van pesticiden: “Monoculturen zijn intrinsiek gevoelig voor pathogenen. Dat kan en moet anders, als je biodiversiteit zo kan inzetten op de akker en in het landschap dat je de kans op ziekten verkleint.”
“Anders over ziekten denken”
Joukje Siebenga, manager van het onderzoeks- en investeringsprogramma ERRAZE@WUR, besloot de financieringsaanvraag van Mommer en Matson te honoreren: “Ik ben enorm trots op dit project, juist omdat het om conceptuele kennis gaat. Die gaat ons helpen om landschappen te creëren die veiliger zijn voor planten, dieren en mensen. De bevindingen van PADDLE onderstrepen voor mij nogmaals dat we anders over ziekten moeten gaan denken. Waar we altijd geneigd zijn geweest elk risico uit te willen bannen, leert deze interdisciplinaire samenwerking ons dat we de kracht van het landschap en de dieren moeten gaan gebruiken om risico’s te minimaliseren.”
Topics
Species
