Je leest:

‘Bacteriën zijn de toekomstige plastic-fabrieken’

'Bacteriën zijn de toekomstige plastic-fabrieken'

Richard van Kranenburg gebruikt bacteriën om nuttige moleculen te maken

Bacteriën zo aanpassen dat ze plantenresten die we normaal weggooien omzetten in nuttige moleculen. Daaraan werkt Hoogleraar bacteriële celfabrieken Richard van Kranenburg (Wageningen Universiteit). Op deze manier hoopt hij ons veel minder afhankelijk te maken van olie.

Bacteriën zijn eigenlijk kleine fabrieken. Ze leven op materialen zoals afval of plantenvezels en zetten deze stoffen om in een heel scala aan nuttige moleculen voor andere planten of dieren. Dit wil Richard van Kranenburg, sinds vorig jaar mei hoogleraar bacteriële celfabrieken aan de Wageningen Universiteit, gebruiken om een heleboel syntheseroutes groener en duurzamer te maken. Bijvoorbeeld moleculen zoals ethanol, methaan en verschillende plastics kun je zo op een veel duurzamere manier produceren. Op 23 maart hield Van Kranenburg zijn inaugurele rede, waarin hij bacteriën de toekomstige plastic-fabrieken noemde. NEMO Kennislink sprak hem en vroeg naar zijn plannen.

Foto 20170323
Richard van Kranenburg
Via Richard van Kranenburg, met toestemming

U werkt aan bacteriële cellen alsof het fabrieken zijn. Wat laat u in die fabrieken gebeuren? “Ik probeer bacteriën zover te krijgen dat ze overgebleven plantaardige materialen zoals stro omzetten in nuttige stoffen. We gebruiken bacteriën momenteel al suikers om te zetten in nuttige moleculen zoals bijvoorbeeld ethanol. Maar we doen dat meestal vanuit gewone suikers die je ook voor voeding gebruikt. En dat terwijl er veel meer nuttig materiaal in planten zit. Wij gingen op zoek naar bacteriën die alle suikers uit een plant omzetten, ook de suikers die dieper in de stengels en bladeren zitten. Uiteindelijk vonden we bacteriën in een composthoop die stro verder om kunnen zetten. Nu moeten we nog uitzoeken hoe ze werken en ze dan zo aanpassen dat ze precies doen wat wij willen. Ze moeten efficiënt zijn, geen overbodige stoffen aanmaken en zo veel mogelijk van ons gewenste product produceren.”

Wat moeten die bacteriën maken? “Uiteindelijk willen we dat de bacteriën de grondstoffen maken voor stoffen die we nu vanuit olie moeten maken, zoals plastic. Als dat lukt, maken we de productie van plastic een stuk groener. Ik heb zelf vooral een interesse in organische zuren zoals barnsteenzuur en melkzuur. Deze stoffen hebben veel mooie toepassingen in zowel voedingsmiddelen als de pure chemie. Melkzuur en barnsteenzuur vormen een hele mooie grondstof voor bioplastics.”

Straw role 1610987
Deze baal stro wil Van Kranenburg omzetten in nuttige moleculen

Maken die bacteriën die zuren al of moet u ze dat aanleren? “Er bestaan zeker bacteriën die uit zichzelf nuttige producten zoals ethanol en methaan produceren. Daar selecteer je natuurlijk ook op. Deze organismen hebben al een bepaalde standaard omzettingsroute in zich en daar moet je gebruik van maken. De bacteriën die wij vonden in de composthoop, Bacillus smithii en Geobacillus thermodenitrificans, zetten plantenvezels erg goed om bij hoge temperaturen. Dat is mooi, want de enzymen die wij gebruiken om de strovezels los te maken, werken ook bij 50 tot 65 graden. Dus hoeven we na die voorbehandeling niet de temperatuur te laten zakken. Toch werken de bacteriën nog niet zo efficiënt als wij willen. Daarom onderzoeken wij nu wat er allemaal in die bacterie gebeurt. En dan zetten we dat naar onze hand. Soms moet je een andere productieroute uitschakelen of aan het einde van de route net een andere afslag nemen. Dit doen we door de genen aan te passen. Daar moet je natuurlijk wel mee oppassen, want je verstoort zomaar de balans in de cel.”

Als je op de balans let kun je bacteriën dus alles laten maken? “Er bestaan ingrediënten van bijvoorbeeld plastics die bacteriën niet uit zichzelf maken. Daar ben ik op dit moment zelf niet mee bezig, maar andere onderzoeksgroepen proberen bacteriën zo te veranderen dat ze deze moleculen alsnog gaan maken. Ze willen een bepaalde bacterie zo aanpassen dat deze een hele groep op elkaar lijkende moleculen kan maken. Met kleine aanpassingen – een gen aan of uit schakelen – bepaal je dan welke stof de bacterie op dat moment maakt.”

Kun je die moleculen niet veel makkelijker maken met chemische reacties? “In principe is er altijd een manier om de moleculen uit olie te maken, maar ik wil juist een alternatief vinden. Bovendien bieden bacteriën soms voordelen. Zo is melkzuur een chiraal molecuul, dat wil zeggen dat je twee vormen hebt die elkaars spiegelbeeld zijn. Voor bioplastics wil je maar een van deze twee vormen gebruiken, anders krijg je niet een sterk polymeer. Bacteriën maken melkzuur altijd selectief in een van beide vormen, terwijl je bij de chemische synthese altijd een mengsel krijgt.”

Dus u gaat de oliecrisis oplossen met bacteriën? “Dat heb ik niet alleen in de hand, maar we willen zeker een bijdrage leveren. We bieden een alternatief voor de afhankelijkheid van olie. Ik doe dit onderzoek ook om de productie met bacteriën kostenefficiënt te maken, dusdanig dat het commercieel haalbaar is. In de laboratoria kunnen bacteriën al heel veel producten maken, maar er staan nog geen fabrieken die bacteriën op grote schaal gebruiken. Ik werk vier dagen in de week bij Corbion, een bedrijf dat zich bezig houdt met fermentatie en de productie van melkzuur, dus ik heb vrij korte lijntjes met de industrie. Hopelijk kan ik mijn bevindingen op deze manier snel toepassen in de praktijk.”

Wat houdt bedrijven tegen? “Het is een heel intensief proces om een baal stro om te zetten naar suiker en melkzuur. Op dit moment gebruiken we gewoon zuivere suiker, wat je ook in de koffie doet. Maar zo’n baal stro moet je eerst voorbehandelen zodat de structuur een beetje open gaat. Daarna moet je de vezels nog een keer behandelen om de suikers vrij te krijgen. Er zitten een heleboel stoffen in stro. Dat geeft ook weer extra uitdagingen voor de stappen na de fermentatie. Als je een zuiver product wil maakt het flink uit of je dat uit een schoon fermentatiebeslag of een donkere prut moet halen. Er komt dus veel meer bij kijken dan alleen microbiologie, maar het is wel een essentiële schakel in het geheel.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 april 2017

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE