Witte biotechnologie omvat de grootschalige productie van chemicaliën (o.a. brandstoffen en plastics) door levende cellen. In tegenstelling tot de petrochemische industrie maakt de witte biotechnologie gebruik van hernieuwbare grondstoffen, zoals suikers uit planten. Dit concept staat tegenwoordig, door de hoge olieprijs en zorg over klimaatveranderingen, sterk in de belangstelling.
Werkpaard van de industriële biotechnologie: Saccharomyces cerevisiae, ook bekend als bakkersgist.
Het micro-organisme Saccharomyces cerevisiae, beter bekend als bakkersgist, is één van de werkpaarden van de industriële biotechnologie. Normaal produceert bakkergist grote hoeveelheden alcohol. Het doel van het onderzoek van Van Maris was om, door gerichte genetische modificatie, een bakkersgist te maken die in plaats van alcohol andere interessante chemicaliën kan produceren.
Dit was minder eenvoudig dan aanvankelijk gedacht, want tijdens het onderzoek werd aangetoond dat de genen die betrokken zijn bij alcoholproductie ook andere functies vervullen in de gist. Deze problemen werden door aanvullende genetische modificatie en gestuurde evolutie opgelost. De “alcoholvrije” giststam die aldus werd gemaakt, produceerde 135 gram per liter pyruvaat, een grondstof voor de productie van cosmetica en medicijnen. De door Van Maris gerealiseerde en gepatenteerde productiemethode leidde tot een verdubbeling van de hoogste pyruvaatconcentraties die tot dan toe waren gerapporteerd.
Melkzuur
Van Maris gebruikte zijn “alcoholvrije” bakkersgist vervolgens voor de productie van melkzuur. De verwachting is dat de vraag naar melkzuur de komende jaren sterk zal toe nemen, vooral door de productie van polymelkzuur uit suikers. Polymelkzuur is een ‘bioplastic’ die sommige op olie gebaseerde plastics kan vervangen. Gist kan, in tegenstelling tot de algemeen in de industrie gebruikte melkzuurbacteriën, goed groeien onder zure condities, en is daarom een interessant alternatief productieorganisme.
Nadat Van Maris een bacterieel gen voor het enzym melkzuurdehydrogenase in zijn alcoholvrije gist had ingebouwd, bleek inderdaad melkzuur te worden geproduceerd. Een verrassend resultaat was dat deze melkzuurproductie, in tegenstelling tot de productie van melkzuur door menselijke spiercellen en door melkzuurbacteriën, geen bruikbare energie oplevert voor de cel. Verder onderzoek toonde aan dat dit hoogstwaarschijnlijk het gevolg is van de betrokkenheid van een energievergend mechanisme voor melkzuurexport uit de gistcel.
De Amerikaanse firma Cargill Dow brengt de ‘duurzame kunststof’ NatureWorks op de markt. Het wordt gemaakt uit melkzuur, via bacteriële fermentatie ontstaan uit maisdextrose.
Deze vorderingen in de industriële biotechnologie staan niet op zichzelf. Stijgende olie prijzen en groeiend milieu bewustzijn stimuleren de ontwikkeling van “bio-alcohol” (een alternatieve autobrandstof), een ander onderwerp waarop Delftse onderzoekers recent doorbraken hebben gerealiseerd. Ook hebben DuPont en Tate&Lyle (de sponsor van het promotieonderzoek van Van Maris en zijn huidige werkgever) recent een joint venture opgericht voor de productie van 1,3-propaandiol uit maïs. Propaandiol is een belangrijke grondstof voor de productie van plastics. De verwachting is dat dergelijke ontwikkelingen in de industriële biotechnologie uiteindelijk zullen leiden tot bioraffinaderijen. Net als de huidige olieraffinaderijen zullen deze een breed scala aan producten leveren, maar dan gebaseerd op hernieuwbare grondstoffen.