Biotechnologen kunnen bacteriën zo ombouwen dat ze op een duurzame manier industrieel interessante stoffen produceren. Die ombouw richt zich op de stofwisseling van de bacterie. Lyon Bruinsma promoveerde met lof op zijn pogingen om Pseudomonas putida naar zijn hand te zetten. De methode die hij daarvoor gebruikt heet aan groei gekoppelde selectie.
Restoring Life heet zijn proefschrift, waarvan de omslagillustratie verwijst naar de beroemde schildering De Schepping van Adam in de Sixtijnse kapel. ’Ik herstel het leven van bacteriën’, licht Bruinsma de gewaagde cover toe. ‘Ik pak eerst het leven weg door een deel van de stofwisseling onklaar te maken en breng het weer terug door er ander DNA in te stoppen waardoor ze weer kunnen groeien. Groei is het selectiecriterium.’
Streng gereguleerd
Een van de geslaagde ingrepen in zijn werk was de bacterie volledig te laten draaien op de zogeheten shikimaatroute. De cel gebruikt die route om de aromatische aminozuren tyrosine, tryptofaan en fenylalanine te maken. ‘Maar de opbrengst daarvan is laag’, zegt Bruinsma. ‘De productie is streng gereguleerd in de cel. En dat is jammer, want je kunt via deze route in principe honderden interessante en hoogwaardige producten maken.’
Bruinsma slaagde erin een bacteriestam te ontwikkelen die 90 procent van de koolstof uit de voeding (glycerol) via de shikimaatroute verwerkt. Daarmee is de stam volgens Bruinsma een veelbelovend chassis voor de productie van interessante aromatische producten. Evengoed geslaagd is de ontwikkeling van een bacteriestam die anisool maakt uit fenol. Anisool is een ether dat gebruikt wordt in de productie van onder meer parfums en geneesmiddelen.
Basilicum
Anisool was tot nu toe alleen langs chemische weg te maken. Nu dus ook langs natuurlijke weg. Het enzym dat Bruinsma voor dit trucje gebruikte, komt uit basilicum. Bruinsma: ‘Daar werkt het op een ander substraat. Wij dachten dat het waarschijnlijk ook op fenol zou kunnen. En dat klopte, zij het op een laag pitje. Met aan groei gekoppelde selecte hebben we vervolgens een betere variant kunnen maken.’
De promiscuïteit van enzymen kun je gebruiken
Lyon Bruinsma, biotechnoloog
‘Vaak wordt gedacht dat metabolisme heel stabiel is’, zegt Bruinsma. ‘Een enzym maakt van stof A stof B. Maar je kunt dat heel makkelijk aanpassen. Enzymen zijn niet zo rigide. Er is vaak ook een lagere affiniteit om bijvoorbeeld van stof C stof D te maken. Die promiscuïteit van enzymen kun je gebruiken. Bij shikimaat waren maar twee mutaties nodig om de levensstijl van de bacterie compleet te veranderen.’
Grenzen
Is daarmee alles mogelijk? ‘Er zullen grenzen zijn’, denkt Bruinsma. ‘Maar we weten nog niet waar ze liggen. Van plastic werd ook lang gedacht dat het nooit zou worden afgebroken. En nu zijn er bacteriën die langs natuurlijke weg zijn geëvolueerd, om ze af te breken. In de natuur geldt: life finds a way. Grenzen worden voortdurend verlegd.’
