In het lab staat Hugenholtz allang niet meer. De specialist op het gebied van melkzuurbacteriën werkt naast zijn hoogleraarschap als Principle Scientist Food Fermentations bij NIZO food research (Nederlands Instituut voor Zuivelonderzoek). Tevens is hij verbonden aan het TI Food & Nutrition in Wageningen en vice-directeur van ‘The Kluyver Centre for Genomics of Industrial Fermentation’.

‘Door deze functies te combineren met mijn hoogleraarschap kan ik fundamenteel onderzoek uitvoeren waar niet direct vanuit het bedrijfsleven vraag naar is, en voor het NIZO is het prachtig dat ik de titel van hoogleraar draag’, lacht Hugenholtz. Hij geeft toe dat het best lastig is om in één dag per week iets van de grond te krijgen. Toch lukte het hem onlangs een Europees project op te zetten, waaraan onderzoekinstituten in Noorwegen, Duitsland en Engeland meewerken. Het is een vergelijkende studie van drie verschillende melkzuurbacteriën. ‘Deze bacteriën zijn zeer succesvol op hun eigen terrein: in voeding, in de darm en als ziekteverwekker. We gaan uitzoeken waarom deze bacteriën zo succesvol zijn in hun verschillende omgevingen en hoe we daar invloed op kunnen uitoefenen. Daarvoor maken we één mathematisch model dat precies beschrijft wat deze bacteriën doen.’

‘Vroeger leek dat een illusie; iets zo ingewikkelds te modelleren, dat het nooit haalbaar leek. Tegenwoordig kun je met genomicstechnologie allerlei processen steeds nauwkeuriger meten, waarmee het mogelijk lijkt een beschrijvend en bovendien voorspellend model te maken. We denken dat we dat voor de melkzuurbacterie kunnen, omdat de melkzuurbacterie relatief simpel is; een eencellig organisme dat sterk erop gericht is suiker zo snel mogelijk in melkzuur om te zetten.’ Hugenholtz probeert alle stapjes in het metabolisme van de bacteriën te beschrijven. ‘Als je het heel precies kunt beschrijven, kun je het model vervolgens gebruiken om te voorspellen wat er gebeurt als je ergens iets verandert. Dit vraagt heel veel rekenwerk, want hoewel zo’n cel een simpel organisme is, bestaat hij wel uit een heleboel verschillende componenten. Inmiddels zitten we al dicht bij een model van de volledige cel.’

Hype?

Voor de meeste fermentatieprocessen worden melkzuurbacteriën gebruikt. Hugenholtz onderzoekt hoe hij het fermentatieproces kan veranderen en verbeteren. ‘Ik kijk hoe je de melkzuurbacterie kunt gebruiken om een product lekkerder, beter verteerbaar of gezonder te maken.’ De ontwikkeling van een probiotisch (=gezondheidsbevorderend) product vergt veel onderzoek. Een eerste stap is het isoleren van verschillende melkzuurbacteriën vanuit de darm van een gezond mens. Deze bacteriën worden opgekweekt en vervolgens wordt er gekeken of ze een lage pH, zoals in de maag, kunnen overleven. ‘Je neemt de bacteriën die het best overleven, je kweekt deze in grote hoeveelheden en stopt ze in een voedingsmiddel. Vervolgens kun je met vrijwilligers of proefdieren testen of de producten de gewenste werking hebben. Dit heeft al heel wat nieuwe culturen opgeleverd die een duidelijk gezondheidsbevorderende werking hebben.’

Als je de reclames moet geloven is de ene melkdrank met bacteriën nog gezonder dan de andere. ‘Het is natuurlijk gedeeltelijk een hype’, geeft Hugenholtz toe. ‘Wanneer een product werkt en goed verkoopt, krijg je dat elke fabrikant zijn eigen versie van het product wil. Toch gaan de probiotica niet verdwijnen. De wereld raakt steeds meer geïnteresseerd in de nutritionele waarde van voeding, daar speelt probiotica een grote rol in.’ Wantrouwigheid ten opzichte van probiotica begrijpt Hugenholtz wel. ‘In de begintijd, nog niet zo lang geleden, kon je nog allerlei suggesties doen op je verpakking. Toen zijn er misschien producten op de markt verschenen die niet kunnen waarmaken wat ze beweren. Gelukkig vereist de wetgeving inmiddels dat je in een gecontroleerde studie kunt bewijzen wat er op je pak staat. Probiotica is geen hype, het onderzoek gaat gewoon door en neemt waarschijnlijk zelfs toe ook.’

Vitaminefabriekjes

Hugenholtz stuurt al bijna twintig jaar onderzoek aan. ‘Eén van de leukste resultaten was dat we melkzuurbacteriën genetisch zo veranderden dat ze heel andere dingen gingen doen. Bijvoorbeeld een bacterie die enorm veel van het smaakcomponent di-acetyl – boteraroma – ging maken. Het is een dominante geur, dus dat rook je door het hele lab. Een recent succes is dat we melkzuurbacteriën modificeren zodat ze heel veel vitamines kunnen maken, duizend keer zoveel als normaal. Het zijn de vitamines foliumzuur (vitamine D), riboflavine (B2) en cobalamine (B12); relevante vitamines voor je dagelijkse behoefte. Het is dus mogelijk om melkzuurbacteriën als cell factory te gebruiken voor de productie van specifieke componenten die je zelf uitkiest, vrij spectaculair!’

Hugenholtz’ vitaminefabriekjes worden nog niet toegevoegd aan voedingsmiddelen. ‘Genetisch gemodificeerde micro-organismen zijn zeer succesvol. Ze worden echter niet toegepast in Europa. Niet omdat het niet mag, maar omdat bedrijven het niet willen toepassen. Ze denken dat de consument het niet wil.’ Hugenholtz gebruikt zijn bevindingen omtrent de gemodificeerde bacteriën wel om bacteriën ook op een natuurlijke wijze meer te laten produceren. ‘Je bereikt dan een minder spectaculaire verhoging, toch heeft dit zijn waarde voor allerlei toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie.’

Amerika versus Europa

In Amerika wordt homologe recombinatie, waarbij alleen genetisch materiaal uit het organisme zelf wordt gebruikt voor modificatie, niet als genetische modificatie gezien en hoeft dus ook niet zodanig gelabeld te worden. ‘We zouden onze melkzuurbacterie dus wel daar op de markt kunnen brengen. Het is misschien wat teleurstellend als we daar heen zouden gaan, onze grootste achterban bestaat uit Nederlandse bedrijven en instituten. Toch is het zeker een optie die wordt overwogen.’

‘Wat wel mag in Europa is dat je een cultuur neemt, die bestraalt met UV-licht en kijkt of er mutanten ontstaan die een eigenschap hebben waar je naar zoekt. Dit is een standaardtechniek in de fermentatie-industrie. Op deze manier verander je steeds iets maar je weet niet precies wat je verandert. Je ziet slechts één effect, maar er kunnen ingrijpende andere dingen gebeuren waar je niets van weet. De regelgeving is zo dat we dit wel zien als natuurlijke varianten en die mag je dus gewoon in een voedingsmiddel stoppen. Terwijl als je genetisch modificeert, je heel gericht weet wat je aan het veranderen bent. We hebben dit soort bacteriën helemaal in de hand. Voor een wetenschapper is dit frustrerend. Ik vind het heel kortzichtig.’

Ultieme model

Niettemin blijft Hugenholtz gemotiveerd en verliest hij zijn grootste doel, een mathematisch model van de melkzuurbacterie, niet uit het oog. ‘Er zijn allerlei processen, allerlei onderwerpen waar ik mij mee bezighoud. Mijn grootste doel is toch wel het maken van een mathematisch model van melkzuurbacteriën. En ik verwacht dat dit zal lukken.’