De opening van het collegejaar en alle intreeredes en promoties worden
gehouden in de Aula van de TU Delft, Mekelweg 5, Delft
Witte Biotechnologie
14 september 2004 | 13.00 uur
hr. A.J.A. van Maris | scheikundig ingenieur
promotoren | Prof.dr. J.T. Pronk en prof.dr. J.P. van Dijken (fac TNW)
Metabolic engineering of pyruvate metabolism in Saccharomyces cerevisiae
Het promotieonderzoek van Ir. Ton van Maris, verricht in de Sectie
Industriële Microbiologie van de TU Delft richtte zich op de "witte
biotechnologie". 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 thans, door de hoge olieprijs en zorg over
klimaatveranderingen, sterk in de belangstelling.
Het micro-organisme Saccharomyces cerevisiae, beter bekend als bakkersgist,
is een 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.
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.
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.
Voor verder lezen:
* An introduction to metabolic and cellular engineering by S.
Cortassa... , 2002
* Metabolic engineering ed. by Jens Nielsen; with contrib. by L.
Eggeling... , 2001
* The metabolism and molecular physiology of saccharomyces cerevisiae
by J.R. Dickinson and M. Schweizer, 2004
* Pathway analysis and optimization in metabolic engineering by Néstor
V. Torres and Eberhard O. Voit., 2002
Technische Universiteit Delft