‘We zoeken op de grens van het mogelijke’

Wie is Mike Jetten?

Mike Jetten (1962) studeerde moleculaire wetenschappen aan de Wageningen Universiteit. Daar promoveerde hij in 1991 cum laude op een onderwerp uit de anaerobe microbiologie. Van 1991 tot 1994 verrichtte de wetenschapper met financiering van NWO onderzoek aan het Massachusetts Institute of Technology. Van 1994 tot 2000 werkte hij als universitair docent aan de TU Delft bij de afdeling biotechnologie. Jetten is sinds 2000 hoogleraar ecologische microbiologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen en daarnaast sinds 2002 bijzonder hoogleraar milieumicrobiologie aan de TU Delft. In 2004 richtte Jetten het Institute for Water and Wetland Research (IWWR) op. Hij was van 2004 tot 2010 directeur van dat instituut. Jetten ontving in 2008 de prestigieuze Europese ERC Advanced Grant en dit jaar was hij een van de vier wetenschappers die een Spinozaprijs in de wacht sleepten.

Decennia lang is er vergeefs naar de bacterie gezocht. Onderzoekers begonnen hun geloof in het bestaan van het beestje te verliezen. De anammoxbacterie werd een soort Yeti, een fabeltjesorganisme, van de microbiologie.

Maar dit celletje, dat zonder zuurstof ammonium omzet in stikstofgas en water, bleek wel degelijk te bestaan. Sterker nog, de anaerobic ammonium oxidizing-bacterie zit vrijwel overal waar weinig zuurstof is. In de modder van de Delftse grachten, op grote diepte in de oceanen en in onze riolen; overal duikt hij op. De helft van het stikstofgas in de atmosfeer is van hem afkomstig.

Mike Jetten, bijzonder hoogleraar milieumicrobiologie bij Technische Natuurwetenschappen en hoogleraar ecologische microbiologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen, was één van de pioniers die de geheimen van dit micro-organisme ontrafelden. Mede hierom kreeg hij vorige week de Spinozaprijs, de grootste wetenschappelijke prijs in Nederland, waar een geldbedrag van tweeënhalf miljoen euro aan is verbonden.

Het begon er allemaal mee dat het zo vreselijk stonk in Delft.

“Van het afvalwater van Gist Brocades (tegenwoordig onderdeel van DSM) kwam een lucht van rotte eieren. Om klagende burgers tegemoet te komen, ging het bedrijf haar afvalwater in gesloten tanks (zonder zuurstof) verder verwerken. En een slimme ingenieur van dat bedrijf (dr. Arnold Mulder, red.) ontdekte toen, in 1988, dat er ammonium verdween uit de tanks. Hij is naar de TU gegaan, naar de groep van microbioloog prof.dr. Gijs Kuenen, en heeft voorgesteld om te kijken wat daar aan de hand was.”

En het bleek het werk van de anammoxbacterie. Is hij dus door toeval ontdekt?

“Bij toeval gecreëerd en door goed opletten ontdekt.”

U kwam in 1994, vanuit de Verenigde Staten, naar de TU om onderzoek te doen naar deze bacterie. U viel met uw neus in de boter.

“Nou ja… mijn talent was gespot. Biotech was in die tijd op zoek naar een extra talent om het anammoxonderzoek meer elan te geven. Ze dachten in mij een goede kandidaat te hebben gevonden. Ik kreeg de taak om de onderzoeksgroep te leiden en de geheimen van de bacterie te ontrafelen. Ik denk niet dat ik ze heb teleurgesteld. We hebben ontdekt hoe de bacterie het ammonium omzet. Daarvoor bleek hij een heel reactief tussenproduct te maken, hydrazine, een stof die ook wordt gebruikt als raketbrandstof.”

Wat is er nog meer zo bijzonder aan deze bacterie?

“Doordat hij nitraat en ammonium afbreekt (zonder zuurstof) kun je hem gebruiken om waterzuiveringsinstallaties efficiënter en duurzamer te maken. (Er zijn dan geen energie slurpende systemen nodig die zuurstof in de bassins pompen, red.) Dat is waar we vanuit ons Delftse perspectief natuurlijk als eerste naar gekeken hebben.”

En dat is heel succesvol gebleken. De anammoxbacterie wordt nu wereldwijd in meer dan veertig waterzuiveringsinstallaties gebruikt.

“Ja, en vorige week heeft Paques, het bedrijf waarmee we samenwerken, zijn grootste opdracht tot nu toe gekregen; de bouw van een waterzuiveringsinstallatie voor een verwerkingsbedrijf van slachtafval.”

NRC Handelsblad typeerde de Spinozoprijswinnaars als ‘vrije geesten’. Jullie zouden je bezig houden met de kern van de wetenschap: fundamentele kennis vergaren. De toepassing van die verworven inzichten zou voor jullie pas van latere zorg zijn, zo schreef de krant. Maar dat klopt dus helemaal niet.

“Wij zijn wel vrije geesten. Maar je moet oog hebben voor maatschappelijke toepassingen. Het is daarom goed dat ik aan de TU verbonden ben. Het onderzoek naar de waterzuivering is een samenwerking tussen de TU, de Radboud Universiteit Nijmegen en Paques. Fundamenteel onderzoek en toepassing gaan in dit geval hand in hand. We zijn de fundamenten van onze aarde en de fundamenten van die bacterie aan het blootleggen en tegelijkertijd houden we goed contact met de maatschappij.”

Waarom bent u de fundamenten van de aarde aan het blootleggen?

“Het onderzoek naar anammox leidt tot nieuwe inzichten in de wereldwijde stikstofkringlopen. We hebben de bacterie gevonden in de grote zuurstofarme zones van de oceanen, bijvoorbeeld ten westen van Zuid-Amerika en ten westen van Afrika. De helft van de totale hoeveelheid stikstof wordt door de anammoxreactie gemaakt. En het grootse deel van de stikstofcyclus van de wereld vindt in de oceanen plaats.”

Is dat wat u de afgelopen jaren heeft gedaan, de anammoxbacterie uit de diepzee opvissen?

“Ik word al zeeziek als ik de pont in Delft neem. Mijn teamgenoten zijn de wereld rondgegaan. We hebben gedacht: oké, als de bacterie hier voorkomt in rioolzuiveringsinstallaties, waar kunnen we hem dan nog meer verwachten? In welke ecosystemen elders op de wereld zit ook ammonium en is een gebrek aan zuurstof? En dan kom je al heel snel uit op uit de zuurstofarme zones in de oceaan. Zo gezegd, zo gedaan. Samen met het Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek en het Max Planck Instituut hebben mijn onderzoekers zeemonsters genomen uit de Zwarte Zee en de Arabische Zee. Daar hebben we al onze moleculaire technieken op losgelaten. En ja hoor, hoera, ze bleken er te zitten en actief te zijn. Dit werk heeft navolg gekregen door veel meer instituten. Die zijn ook monsters gaan nemen. Die anammoxbacterie zit overal en we hebben hem al die tijd over het hoofd gezien.”

Is het opkweken van die bacteriën moeilijk?

“Het zijn moeilijk te kweken bacteriën, omdat ze heel langzaam groeien. Om de geheimen te ontrafelen, heb je een behoorlijke hoeveelheid biomassa nodig. Met vallen en opstaan – gedurende de achttien jaar dat ik er al aan werk – heb ik geleerd hoe je precies die omstandigheden creëert waarbij ze goed gedijen. Daar ben ik wereldspecialist in geworden. Je moet ze exact de juiste doses ammonium en nitriet geven, bij de juiste CO2-concentratie en de juiste temperatuur. Vooral het nitriet is lastig. Dat is een giftig goedje dat je niet in grote hoeveelheden kunt toedienen. Dat moet druppel voor druppel. Ik heb hier vooral tijdens mijn aanstelling in Delft handigheid in gekregen.”

In 2000 werd u hoogleraar in Nijmegen. Waarom bent u niet als voltijds onderzoeker in Delft gebleven?

“Bij de Radboud Universiteit kon ik mijn groep zelf oprichten en kreeg ik meer mogelijkheden om met moleculair geschoolde mensen samen te werken. Er waren daar ook meer faciliteiten voor onderzoek naar eiwitten en DNA. Die zijn er nu ook wel bij TU, maar destijds was dat wat minder.”

U werkt nauw samen met de microbiologen van de TU. Wat voor spannends doet u samen?

“We zijn een aantal afvalzuiveringsinstallaties helemaal aan het doorlichten. We brengen alle reacties en de mogelijk bijbehorende bacteriën in kaart. Het is een mooi onderzoek, dat een soort blauwdruk van de afvalzuivering moet opleveren.”

Denkt u dat u nog meer bacteriën zult ontdekken die bijzondere reacties gebruiken om aan hun energie te komen?

“We kennen sowieso nog maar heel weinig bacteriën. Ik denk dat we er zo’n miljoen kennen, waarvan we er zo’n dertigduizend ook in handen hebben. Er zijn er nog miljarden. Ik beperk me tot de bacteriën die moeilijke zuurstofloze reacties katalyseren. We doen thermodynamische berekeningen aan dergelijke reacties. We zoeken op de grens van wat nog net mogelijk is, reacties die nog net wat energie kunnen opleveren voor bacteriën. Vervolgens bedenken we, samen met onze ecologen, waar ter wereld zich de juiste omstandigheden voordoen. Daar gaan we naartoe om monsters te nemen.”

Bent u zo de methaan-etende Twentekanaalbacterie op het spoor gekomen?

“Ja, die bacterie hebben we op deze manier gevonden. In methaan zit veel energie die zou moeten vrijkomen bij een zuurstofloze reactie, bedachten we. We hebben een brainstormsessie gehad met ecologen om te bedenken waar in Nederland voldoende methaan en stikstof zit. De ecologen wezen ons toen op het Twentekanaal, waar ze al lange tijd een project hadden lopen. We hebben daar modder gehaald en dat in onze bioreactoren gedaan. Een promovendus heeft die bacterie toen kunnen aantonen. Het bleek een heel bijzondere bacterie. Hij is in staat om zijn eigen zuurstof te maken. Daarmee activeert hij het methaan waardoor hij het kan opeten. Net als naar een ammonium-etende bacterie hadden mensen ook jarenlang tevergeefs gezocht naar een methaan-etende bacterie.”

Heeft deze bacterie ook toepassingen voor de industrie?

“We kijken nu hoe we de Twentekanaalbacterie effectief kunnen inzetten bij de waterzuivering. Daar zijn we sinds 2005 mee bezig. Dat onderzoek heeft nog een lange weg te gaan.”

Op uw kamer hangt een poster met de anammoxbacterie en bacteriën die daar op lijken. Op de poster staan vier lege vakjes. Waarom is dat?

“Dat zijn vakjes voor bacteriën die nog ontdekt moeten worden. Ze voeren vergelijkbare reacties uit als anammox. Maar meer wil ik er niet over zeggen vanwege de concurrentie. Ik wil degene zijn die ze ontdekt.”

Vorig jaar publiceerde u met uw team uit Nijmegen een artikel in Nature over de eiwitten die betrokken zijn bij de anammoxreactie. Bent u nu helemaal klaar met die bacterie?

“Nee hoor, nog lang niet. We hebben slechts een paar tipjes van de sluier opgelicht. Er valt nog veel meer te onderzoeken. Deze bacterie heeft voor de verwerking van het toxische hydrazine een organel (een kamertje, red.) in zijn cel. Dat is heel bijzonder. Bacteriën hebben normaal gesproken geen organellen. We willen weten hoe het werkt en hoe het ooit heeft kunnen ontstaan. Ik heb daar een heel team op zitten. Met de tweeënhalf miljoen euro van de Spinozaprijs, kan ik dit onderzoek voortzetten. En ik ga het geld ook gebruiken om nieuwe bacteriën te zoeken.”

Kunt u wat meer vertellen over die nieuwe bacteriën waar u naar op zoek gaat.

“Haha. Nee dat doe ik dus niet. Ik wil wel vertellen waar we gaan zoeken. We gaan naar mooie meren in Noorwegen. En de medewerkers willen heel graag naar de tropen, naar een aantal vulkaanmeren waar fantastische dingen gebeuren.”