Bacterie maakt groenere bouwstenen voor plastic

De productie van grondstoffen voor plastics kost veel energie en is bovendien erg vervuilend. De Wageningse promovendus Youri van Nuland heeft dit proces nu een stuk groener gemaakt met zijn aangepaste bacterie die in één stap moleculen omzet in bouwstenen voor plastic.

Om een plastic te maken heb je over het algemeen twee bouwstenen nodig die aan elkaar ‘klikken’. Door dit proces vaak te herhalen krijg je lange strengen kunststof. De bouwstenen van veel plastics zijn zogenoemde dizuren – moleculen met twee zuurgroepen aan de uiteinden – of diolen – moleculen met twee alcoholgroepen aan de uiteinden. Deze groepen reageren snel met elkaar of andere bouwstenen en dat maakt de klikreactie makkelijker. Ze hebben alleen één groot nadeel: het kost veel energie om ze te produceren en er komt bovendien veel CO2 bij vrij. Promovendus Youri van Nuland van Wageningen University & Research heeft daar iets op gevonden: een bacterie die de bouwstoffen in één stap kan maken.

Butane 3d balls
Butaan, een voorbeeld van een alkaan met vier koolstofatomen (zwarte bollen) en twaalf waterstofatomen (witte bollen)

Aangepaste bacterie

Van Nuland wilde in zijn promotie in eerste instantie alkanen, moleculen bestaande uit een rechte streng koolstof en waterstof, omzetten in dizuren. Daarvoor gebruikte hij een aangepaste E. coli-bacterie waar hij het enzym alkaanhydroxylase aan toevoegde. “Dat enzym zet selectief een van de uiteinden van een alkaan om in zuurgroepen”, legt Van Nuland uit. “Wij hebben hem met behulp van andere enzymen zo ver gekregen om ook de andere kant om te zetten in een zuur.”

Het enzym zet echter niet in één keer zuurgroepen op de alkaan. Als eerste stap voegt het alcoholgroepen toe aan het alkaan, waardoor er een diol ontstaat, en zet die diol vervolgens weer om in een dizuur. “Ik vroeg me af of we de reactie ook bij de diol konden stoppen, zodat we niet het dizuur maar de diol in konden isoleren”, vertelt Van Nuland. Dit bleek mogelijk door nog een enzym toe te voegen: alcohol acetyltransferase. “Dit tweede enzym zorgt ervoor dat de alcoholgroepen reageren met acetyl-CoA, een molecuul dat al aanwezig is in de bacterie”, legt Van Nuland uit. “Hierdoor is de alcohol beschermd en kan de zuurgroep niet meer vormen.”

Efficiënt

De bescherming kun je uiteindelijk makkelijk verwijderen en dan heb je de diol in handen. Het hele proces is volgens Van Nuland erg efficiënt. “We hebben de reactie getest met alkanen van verschillende lengtes. Het ene startproduct geeft meer opbrengst dan de ander, maar we zien over het algemeen dat we maar een klein percentage bijproducten krijgen.” Of de reactie ook op grote schaal zo goed werkt, heeft de promovendus nog niet kunnen testen. “Mijn promotietraject liep ten einde, maar je kunt in principe gewoon meer bacteriën gebruiken, dus ik verwacht niet veel problemen.” Inmiddels heeft de universiteit een patent aangevraagd voor het proces, en Van Nuland verkent nu of diol- en dizuurfabrikanten geïnteresseerd zijn in de technologie.

Hoewel de productie een stuk minder vervuilt dan de klassieke methodes, kun je het proces niet direct biobased noemen. De grondstoffen komen namelijk nog steeds gewoon uit olie. “De alkanen die we gebruiken haal je nu nog uit olie. Maar met deze route gaan we veel efficiënter te werk en stoten we minder broeikasgas uit. Verder bestaan er al processen waarbij ze alcoholen uit biomassa produceren, die kunnen we ook omzetten naar diolen.”

Afwachten

Van Nuland heeft nu zijn promotie achter de rug en werkt hij in Wageningen als postdoc. Hij zou het liefst verder gaan met dit project, maar op dit moment hebben ze nog geen industriële partner gevonden. Hij moet dus nog even afwachten. “Ik verwacht wel dat het opgepikt gaat worden”, zegt Van Nuland. “De bacterie is erg flexibel en kan veel verschillende producten maken. En uiteindelijk moeten we toch allemaal naar schonere processen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, alle rechten voorbehouden
Meepraten over biotechnologie?
#biotechnologie