Groene aaseters

br />
Sinds de eerste planten en bacteriën halverwege de jaren tachtig gemodificeerd ter wereld kwamen, zitten biologen en biotechnologen ermee opgescheept: onvoorstelbare hoeveelheden kennis en data van het genoom. Op het Europese symposium Biochemical Engineering Science, dat het Kluyver Laboratorium voor Biotechnologie deze week organiseert, praten onderzoekers over hoe ze al die gigantische hoeveelheden informatie het snelst kunnen analyseren en verwerken. En wat deze informatie kan betekenen voor het milieu, de procesindustrie, geneeskunde en de voedselindustrie.

Professor Mark van Loosdrecht van de sectie Bioprocestechnologie is betrokken bij de organisatie van het proces. Hij doet onderzoek naar mengculturen; natuurlijke gemeenschappen van bacteriën. ,,Het gebruik van mengculturen voor de productie van bioplastics en biobrandstof staat nog in de kinderschoenen”, vertelt de hij. Van Loosdrechts sectie ontwikkelde een manier om bacteriën in mengculturen simpele bouwblokken te laten maken. Bouwblokken die op hun beurt weer gebruikt kunnen worden voor allerlei chemicaliën, zoals biogas of bioplastics. ,,We hebben al patent op een mogelijke proceswijze aangevraagd. Ik verwacht dat het gebruik van mengculturen voor het maken van chemicaliën over vijf tot tien jaar volop aan de orde is. Hopelijk spelen wij daarin een leidende rol.”

Shampoo

De bacteriën waarmee Van Loosdrechts sectie werkt, produceren biopolymeren. Dit is het milieuvriendelijke alternatief voor polipropyleen, ofwel de grondstof die we nu voor plastics gebruiken. Nadeel van dit bioplastic is dat het zo’n vijftien keer duurder is dan het gewone plastic. ,,Een flesje shampoo kost dan al gauw een euro meer”, schat van Loosdrecht. ,,Voor een tasje dat je zomaar gratis meekrijgt is het geen optie, maar wat een fles shampoo betreft, is het een kwestie van goede marketing. Iedereen wil toch een biologisch afbreekbaar en milieuverantwoord flesje?”

Toch is de onderzoeker druk aan de slag met het bedenken van een mogelijkheid waarmee de productie goedkoper kan. ,,De industriele biotechnologie werkt onder steriele omstandigheden, om te voorkomen dat er andere organismen in het productieproces komen. Daar zitten nu net de meeste kosten in. Wij werken niet steriel. Maak je gebruik van open mengculturen, zoals wij milieubiotechnologen doen, dan is de selectie van de grootste groep bacterie gebaseerd op ecologische principes in plaats van steriele omstandigheden”, aldus Van Loosdrecht.

Reserves

De bacteriën in de reactorvaten in het Kluyver Laboratorium zijn ‘groene aaseters’. Ze leven op die delen van landbouwproducten die wij niet eten en zelfs op het organische gedeelte van huisafval. De resten van maïs, suikerbiet of koolzaad; de bacterie gedijt er prima bij. ,,Het is tegenwoordig helemaal de trend om groene en duurzame bronnen te gebruiken. Ook in de chemische industrie. En vanuit een efficiencyoogpunt is het verstandig om een productieproces te bedenken dat op plantaardig afval is gebaseerd.”

Het voordeel van biopolymeren – naast dat ze gebruik maken van vernieuwbare grondstoffen – is dat ze afbreekbaar zijn en makkelijk uit de bacteriën te isoleren. De eencellige maakt de grondstof polyhydroxyalkanoaotes (PHA), verpakt in mooie plastic balletjes. Evenals planten zetmeel opslaan, en wij ook onze nodige reserves kennen, slaat de bacterie PHA op als hij genoeg te eten heeft. Zo kan hij in tijden van nood op zijn voorraad teren. ,,Wat we nu in het laboratorium doen is spelen met verschillende temperaturen, de variatie in zuurstof en met de hoeveelheden en soorten koolstofverbindingen uit plantenresten”, vertelt Van Loosdrecht. ,,Zo kijken we bij welke omstandigheden de bacteriën de meeste PHA produceren.”

Publiek

De hulpmiddelen uit de genetica komen de milieutechnologen goed van pas. Razendsnel kunnen onderzoekers nu met high speed screening, metabolic engineering of een biochip nagaan welke bacteriën in hun reageerbuis of reactievat zitten. ,,Vroeger zag je in een vat of de bacteriën meer of minder stoffen produceerden. Nu kunnen we ook zien welke bacteriën deze verbindingen produceren en hoe dat metabolisme in de eencelligen gebeurt. Daarnaast kan bij een goed procesontwerp de natuurlijke evolutie van de bacteriën zijn gang gaan. Door natuurlijke selectie en genetische veranderingen krijgen we beter producerende bacteriën in het reactievat.”

Omdat de levenscycli van bacteriën snel gaan, is het lastig vaststellen wat er in het vat gebeurt bij wisselende omstandigheden: ontstaat er een nieuw soort bacterie of is er sprake van evolutie? ,,Eigenlijk is dat voor ons technologen niet erg interessant”, lacht Van Loosdrecht. ,,Voor een goed procesontwerp staat vooral voorop dat er wordt geproduceerd.”

Bijkomend voordeel van de snelle microbiële evolutie is dat het publiek deze vorm van modificeren, vergelijkbaar met het veredelen van gewassen, wel pikt, in tegenstelling tot genetische manipulatie. Van Loosdrecht: ,,En omdat we de genen van bacteriën zelf niet veranderen, hebben we met veel minder wetten te maken dan iemand die zo’n eencellige bewust modificeert.”

Waarschijnlijk halen we over een jaar of vijf onze chemicaliën uit het afval van landbouwproducten en rijdt ons autootje op dezelfde prut. Op het symposium Biochemical Engineering Science, deze week, worden toekomstige groene mogelijkheden uit de doeken gedaan.

Sinds de eerste planten en bacteriën halverwege de jaren tachtig gemodificeerd ter wereld kwamen, zitten biologen en biotechnologen ermee opgescheept: onvoorstelbare hoeveelheden kennis en data van het genoom. Op het Europese symposium Biochemical Engineering Science, dat het Kluyver Laboratorium voor Biotechnologie deze week organiseert, praten onderzoekers over hoe ze al die gigantische hoeveelheden informatie het snelst kunnen analyseren en verwerken. En wat deze informatie kan betekenen voor het milieu, de procesindustrie, geneeskunde en de voedselindustrie.

Professor Mark van Loosdrecht van de sectie Bioprocestechnologie is betrokken bij de organisatie van het proces. Hij doet onderzoek naar mengculturen; natuurlijke gemeenschappen van bacteriën. ,,Het gebruik van mengculturen voor de productie van bioplastics en biobrandstof staat nog in de kinderschoenen”, vertelt de hij. Van Loosdrechts sectie ontwikkelde een manier om bacteriën in mengculturen simpele bouwblokken te laten maken. Bouwblokken die op hun beurt weer gebruikt kunnen worden voor allerlei chemicaliën, zoals biogas of bioplastics. ,,We hebben al patent op een mogelijke proceswijze aangevraagd. Ik verwacht dat het gebruik van mengculturen voor het maken van chemicaliën over vijf tot tien jaar volop aan de orde is. Hopelijk spelen wij daarin een leidende rol.”

Shampoo

De bacteriën waarmee Van Loosdrechts sectie werkt, produceren biopolymeren. Dit is het milieuvriendelijke alternatief voor polipropyleen, ofwel de grondstof die we nu voor plastics gebruiken. Nadeel van dit bioplastic is dat het zo’n vijftien keer duurder is dan het gewone plastic. ,,Een flesje shampoo kost dan al gauw een euro meer”, schat van Loosdrecht. ,,Voor een tasje dat je zomaar gratis meekrijgt is het geen optie, maar wat een fles shampoo betreft, is het een kwestie van goede marketing. Iedereen wil toch een biologisch afbreekbaar en milieuverantwoord flesje?”

Toch is de onderzoeker druk aan de slag met het bedenken van een mogelijkheid waarmee de productie goedkoper kan. ,,De industriele biotechnologie werkt onder steriele omstandigheden, om te voorkomen dat er andere organismen in het productieproces komen. Daar zitten nu net de meeste kosten in. Wij werken niet steriel. Maak je gebruik van open mengculturen, zoals wij milieubiotechnologen doen, dan is de selectie van de grootste groep bacterie gebaseerd op ecologische principes in plaats van steriele omstandigheden”, aldus Van Loosdrecht.

Reserves

De bacteriën in de reactorvaten in het Kluyver Laboratorium zijn ‘groene aaseters’. Ze leven op die delen van landbouwproducten die wij niet eten en zelfs op het organische gedeelte van huisafval. De resten van maïs, suikerbiet of koolzaad; de bacterie gedijt er prima bij. ,,Het is tegenwoordig helemaal de trend om groene en duurzame bronnen te gebruiken. Ook in de chemische industrie. En vanuit een efficiencyoogpunt is het verstandig om een productieproces te bedenken dat op plantaardig afval is gebaseerd.”

Het voordeel van biopolymeren – naast dat ze gebruik maken van vernieuwbare grondstoffen – is dat ze afbreekbaar zijn en makkelijk uit de bacteriën te isoleren. De eencellige maakt de grondstof polyhydroxyalkanoaotes (PHA), verpakt in mooie plastic balletjes. Evenals planten zetmeel opslaan, en wij ook onze nodige reserves kennen, slaat de bacterie PHA op als hij genoeg te eten heeft. Zo kan hij in tijden van nood op zijn voorraad teren. ,,Wat we nu in het laboratorium doen is spelen met verschillende temperaturen, de variatie in zuurstof en met de hoeveelheden en soorten koolstofverbindingen uit plantenresten”, vertelt Van Loosdrecht. ,,Zo kijken we bij welke omstandigheden de bacteriën de meeste PHA produceren.”

Publiek

De hulpmiddelen uit de genetica komen de milieutechnologen goed van pas. Razendsnel kunnen onderzoekers nu met high speed screening, metabolic engineering of een biochip nagaan welke bacteriën in hun reageerbuis of reactievat zitten. ,,Vroeger zag je in een vat of de bacteriën meer of minder stoffen produceerden. Nu kunnen we ook zien welke bacteriën deze verbindingen produceren en hoe dat metabolisme in de eencelligen gebeurt. Daarnaast kan bij een goed procesontwerp de natuurlijke evolutie van de bacteriën zijn gang gaan. Door natuurlijke selectie en genetische veranderingen krijgen we beter producerende bacteriën in het reactievat.”

Omdat de levenscycli van bacteriën snel gaan, is het lastig vaststellen wat er in het vat gebeurt bij wisselende omstandigheden: ontstaat er een nieuw soort bacterie of is er sprake van evolutie? ,,Eigenlijk is dat voor ons technologen niet erg interessant”, lacht Van Loosdrecht. ,,Voor een goed procesontwerp staat vooral voorop dat er wordt geproduceerd.”

Bijkomend voordeel van de snelle microbiële evolutie is dat het publiek deze vorm van modificeren, vergelijkbaar met het veredelen van gewassen, wel pikt, in tegenstelling tot genetische manipulatie. Van Loosdrecht: ,,En omdat we de genen van bacteriën zelf niet veranderen, hebben we met veel minder wetten te maken dan iemand die zo’n eencellige bewust modificeert.”