Bacterieel productiefabriekje krijgt turbostand

De bodembacterie Cupriavidus necator trekt al decennia de aandacht van onderzoekers en industrie. Dat komt mede doordat die bacterie via biochemische reacties de duurzame grondstoffen mierenzuur en koolstofdioxide (CO₂) omzet in waardevolle stoffen zoals bioplastics. Eén nadeel: de bacterie groei niet zo goed op mierenzuur. De bodembacterie verbrandt het mierenzuur eerst tot meer CO₂ die ze vervolgens verwerkt door er extra energie bij te pompem. Een gekke omweg, volgens microbioloog Nico Claassens: “Het is alsof je bij een race eerst een rondje om de start rijdt”.

Omweg

Dat kan efficiënter, dachten onderzoekers van Wageningen University & Research en het Max Planck Instituut in Duitsland. Ze ontwierpen op papier een slimmere, rechtstreekse route van chemische reacties waarbij de bacterie het mierenzuur direct gebruikt, zonder omslachtige tussenstap. Die route blijkt nu in de praktijk inderdaad een succes. Beau Dronsella (Max Planck) zag dat de bacteriën in kleine kweekvaten met dezelfde energie-inname vijftien tot twintig procent meer opbrengen. “We hebben laten zien dat we het beter kunnen dan de natuur”, zegt Claassens verheugd. Hij voegt toe: “Twintig procent extra product lijkt misschien niet veel, maar net dat beetje extra kan het verschil maken tussen een economisch haalbaar en niet-haalbaar duurzamer proces”.

Metabole harttransplantatie

Het verbeteren van de bacterie vereiste nauwkeurige genetische ingrepen, of zoals Claassens het noemt: een metabole harttransplantatie. De onderzoekers schakelden de genen uit die verantwoordelijk zijn voor de oorspronkelijke, omslachtige route. Vervolgens gaven ze de bacterie genetische instructies voor de verkorte route. Zie het proces als een fabriek met een lopende band waarop grondstoffen worden geplaatst. Robots langs de kant bewerken die; ze zagen de grondstof in tweeën, schroeven er nieuwe stukken aan en lijmen verschillende delen weer aan elkaar. Claassens en zijn collega’s vervingen die robots met efficiëntere robotwerkers. Met minder robots – en dus minder energie - maken die hetzelfde eindproduct.

Natuurtalent

De bodembacterie Cupriavidus necator maakt van nature al nuttige stoffen. Onder de juiste omstandigheden hoopt ze bioplastics op in haar cel, zelfs tot meer dan de helft van haar lichaamsgewicht. De nieuwe microben in turbostand zijn interessant voor onderzoekers. “Door ze verder genetisch aan te passen kun je ze sturen om ook andere waardevolle producten te maken”, verklaart Claassens. Maar zo ver zijn de onderzoekers nog niet. "We hebben nu aangetoond dat het principe werkt”. De volgende stap is om daadwerkelijk producten te maken in deze opgevoerde bacteriën. Een startup heeft al interesse om met deze bacterie chemicaliën te maken uit mierenzuur.