Gezamenlijk persbericht NWO en TU Delft
Getrainde bacterie zet GFT om in bioplastics
Onderzoeker Jean-Paul Meijnen heeft een bacterie zodanig 'getraind' dat deze alle belangrijke suikers in groente-, fruit- en tuinafval (GFT) efficiënt omzet in hoogwaardige, milieuvriendelijke producten, zoals bioplastics. Meijnen promoveert op maandag 22 november op dit onderwerp aan de TU Delft binnen het programma B-Basic van NWO.
Bioplastics zijn in opkomst. Zonnebrillen maken van aardappelschillen en autobumpers van rietsuiker, technisch gezien is het geen probleem. De huidige methoden zijn echter niet erg efficiënt, omdat maar een klein percentage van de suikers kan worden omgezet in bruikbare producten. Het is Meijnen gelukt door het eetgedrag van een bacterie aan te passen en de bacterie vervolgens te trainen, om suikers om te zetten in verwerkbare stoffen, om zo niets van het GFT verloren te laten gaan.
Basis voor bioplastics
Het liefst gebruikt men hiervoor een agrarische grondstof die niet ten koste gaat van de voedselproductie. Zo'n materiaal is lignocellulose, een complexe structuur in de stengel en bladeren van planten die hun stevigheid geeft. Door lignocellulose voor te behandelen worden de aanwezige lange suikerketens gebroken, waardoor er losse suikermoleculen vrijkomen. Die suikermoleculen kunnen vervolgens door bacteriën en andere micro-organismen worden omgezet in chemicaliën als basis voor bioplastics. De vrucht van de plant, zoals maïs, kan dus worden geconsumeerd als voedsel, terwijl het restant, het GFT, gebruikt kan worden als grondstof voor bioplastics. Overigens gaat het bij dit GFT vooral om afvalstromen zoals landbouwafval en niet om de 'groene container' van huishoudens.
(Bacteriën in training. Bron: B-Basic)
Duur
'Het produceren van bioplastics uit GFT is helaas nog duur, onder meer omdat het GFT niet volledig wordt gebruikt', zegt Jean-Paul Meijnen. Bij het voorbehandelen van GFT komen verschillende soorten suikers vrij zoals glucose, xylose en arabinose. Samen zijn deze drie goed voor ongeveer tachtig procent van de suikers in GFT.
Het probleem is dat de bacterie waar Meijnen mee werkte, Pseudomonas putida S12, alleen glucose lust, en geen xylose en arabinose. Dat betekent dat ongeveer een kwart van die tachtig procent niet wordt gebruikt. 'Een logische strategie om de kostprijs van bioplastics te verlagen, is dus om de bacterie te 'leren' om ook xylose en arabinose te eten.'
Enzymen
Voordat Pseudomonas putida S12 xylose kan eten, moet het xylose eerst worden 'klaargemaakt'. Dat gebeurt met behulp van bepaalde enzymen. Door specifieke stukken DNA in de bacteriecel te zetten (genetische modificatie), kan de bacterie enzymen maken die helpen bij het omzetten van xylose in een molecuul dat de bacterie wél lust.
Meijnen deed dit door twee genen van een andere bacterie (E. coli) in te brengen die coderen voor twee enzymen. Met deze twee enzymen kon xylose in twee stappen worden omgezet in een molecuul dat P. putida S12 kan eten.
Evolutie
Deze methode bleek succesvol, maar was helaas niet erg efficiënt: slechts twintig procent van de aangeboden xylose werd opgegeten. De gemodificeerde bacterie is daarom 'getraind' om meer xylose te eten. Meijnen heeft, door steeds opnieuw een beter presterende bacterie te selecteren, een evolutie in gang gezet bij de bacteriën in het lab.
'Uiteindelijk is hierdoor na drie maanden een bacterie verkregen die in een hoog tempo alle aangeboden xylose opeet. Verrassend genoeg is deze getrainde bacterie ook in staat om arabinose te eten. Het is dus gelukt om de bacterie de drie belangrijkste suikers in GFT te laten opeten.' Ook heeft Meijnen andere genen ingebouwd, afkomstig uit de bacterie Caulobacter crescentus. Ook deze aanpak is geslaagd en bleek bovendien direct efficiënt.
Mengsels
Meijnen heeft tot slot als voorbeeldstudie een Pseudomonas putida S12 bacterie, die eerder al was gemodificeerd om para-hydroxybenzoaat (pHB) te maken, aangepast om xylose te eten. Para-hydroxybenzoaat (parabeen) wordt onder meer gebruikt als conserveringsmiddel in cosmetica.
Meijnen testte op die manier of er daadwerkelijk pHB, en dus biochemicaliën, gemaakt kon worden uit xylose. Daarnaast zijn andere bronnen getest, zoals glucose en glycerol. Meijnen: 'Ook deze strategie was succesvol, waardoor we nu dus in staat zijn om biochemicaliën, zoals pHB, uit glucose, glycerol en xylose te maken. Sterker nog, het gebruik van mengsels van glucose en xylose, of glycerol en xylose hebben een positief effect op de productie van pHB, vergeleken met niet-mengsels. Dat betekent dat de bacterie met voorbehandeld GFT als uitgangsmateriaal, een extra impuls krijgt om meer pHB te maken.'
Meer informatie:
Technische Universiteit Delft