Kan een genetisch gemodificeerde cyanobacterie misschien één van de grootste problemen van de 21e eeuw aanpakken?

Bacteriën zijn overal en zijn bovendien erg veelzijdig. Zo ook de cyanobacterie, één van de weinige soorten bacteriën die fotosynthese gebruikt om aan zijn energiebehoefte te voldoen. Voor fotosynthese is zonlicht en koolstofdioxide (CO2) nodig; twee bronnen die we in overvloed hebben op onze planeet.

CO2 gebruiken om te groeien
De meeste bacteriën consumeren hoogwaardige koolstofbronnen, zoals glucose en fructose, voor hun energiebehoefte. Deze suikers worden gemaakt door planten. Het unieke en efficiënte aan de cyanobacterie is dat hij CO2 direct kan gebruiken om van te groeien. Het directe gebruik van CO2 zorgt er daarom voor dat er een stap in het proces overgeslagen kan worden, namelijk de omzetting van CO2 door planten. Door deze directe conversie wordt er efficiënter met energie omgegaan. In de cyanobacterie worden verschillende hoogwaardige koolstofproducten gesynthetiseerd die de bacterie gebruikt als bouwstenen. Eén daarvan is fumaraat. Dit is een interessant molecuul, dat veel gebruikt wordt in de industrie. Voor de industrie wordt fumaraat gesynthetiseerd uit aardolie, waarna er medicijnen, voedseladditieven en plastics van gemaakt kunnen worden.

Genetische aanpassing
Een groep Amsterdamse studenten is bezig met het genetisch modificeren van de cyanobacterie. Door een bepaald gen uit te schakelen, zorgen ze ervoor dat het fumaraat niet meer verder omgezet kan worden. Hierdoor wordt er veel fumaraat geproduceerd, maar worden er ook andere metabole processen verstoord. De bacterie groeit hierdoor langzamer, omdat er belangrijke stoffen niet meer gesynthetiseerd kunnen worden. Dit lossen de studenten op door genen, coderend voor nieuwe enzymen, in te bouwen waardoor er een nieuwe syntheseroutes ontstaan en de bacterie toch kan groeien.

“De Amsterdamse cyanobacterie kan helpen bij het creëren van een circulaire economie; het CO2 wat een fabriek uit scheidt kan, via de bacterie worden omgezet tot fumaraat en zo de fabriek weer voorzien van brandstof

Circulaire economie
Het resultaat van de genetische veranderingen is een bacterie die fumaraat produceert van zonlicht en CO2. Het fumaraat kan (na een paar synthese-stappen) gebruikt worden als biobrandstof of bioplastic. De Amsterdamse cyanobacterie kan dus helpen bij het creëren van een circulaire economie; het CO2 wat een fabriek uit scheidt kan, via de bacterie worden omgezet tot fumaraat en zo de fabriek weer voorzien van brandstof. De fabriek zal hierdoor minder fossiele brandstof verbruiken en minder broeikasgassen produceren.

iGEM
In november gaan de studenten de bacterie presenteren op de MIT in Boston tijdens de iGEM-competitie. Dit is een synthetische biologiewedstrijd waar 300 universiteiten oplossingen zoeken voor de problemen van de 21ste eeuw. Het Amsterdamse team studenten van de VU en de UvA staat de hele zomer in een lab van het Science Park om de bacterie te optimaliseren en daarmee het beste resultaat te halen.

Dit is één van de innovatieve mogelijkheden van synthetische biologie, maar er is nog veel meer mogelijk. Bacteriën kunnen helpen om productieprocessen van chemische stoffen te verduurzamen. Grondstoffen worden schaarser en conventionele productieprocessen zijn erg vervuilend, daarom is de nood voor dit soort alternatieve productiemethodes hoog. Om tot een oplossing te komen voor het klimaatprobleem, is onderzoek op dit gebied hard nodig.