Schimmels gebruiken om duurzame energie te maken
Ebru Alazi heeft een systeem ‘gehackt’ dat enzymen maakt in de schimmel Aspergillus niger, om zo makkelijker duurzame energie te kunnen produceren. Ze manipuleerde de schimmel waardoor deze meer pectinases aanmaakte: enzymen die voornamelijk worden gebruikt in de voedselindustrie en bij de productie van duurzame energie, zoals biobrandstoffen. Promotie 6 juni.
Voedsel voor schimmels
Schimmels zoals Aspergillus niger voeden zich met planten om te groeien. Pectin is een zogeheten polysacharide – een lange keten van suikers – die onderdeel is van de celwand van planten en als voedsel voor schimmels dient. Als A. niger voedsel waarneemt, produceert het pectinase enzymen. Deze enzymen breken pectin af in kleinere stukjes, zodat de schimmel de stukjes de cel in kan transporteren om er energie van te maken. Dit was al bekend, maar Alazi heeft nu het mechanisme achter dit proces ontrafelt. ‘Wat ik leuk vond aan mijn onderzoek is dat het zowel fundamenteel als toegepast was. Ik heb eerst fundamentele kennis opgedaan over hoe het pectinase-systeem in A. niger werkt en vervolgens heb ik deze kennis gebruikt om het systeem te hacken en de productie van pectinase te verhogen.
Mechanisme
Alazi ontdekte eerst de activator GaaR, een eiwit dat de expressie activeert van genen die coderen voor pectinases. Grof gezegd activeert A. niger deze GaaR, als de schimmel pectin waarneemt. Naast de activator ontdekte ze de onderdrukker GaaX. Wanneer de schimmel pectin in zijn omgeving waarneemt, wordt deze onderdrukker geactiveerd. GaaX schakelt de activator GaaR vervolgens uit en de productie van pectinase stopt. Het derde onderdeel dat Alazi ontdekte is het ‘startmolecuul’ dat zorgt voor een volwaardige pectinase-productie: 2-keto-3-deoxy-L-galactonate, een afbraakproduct van pectin. ‘Mijn onderzoek heeft ons duidelijke aanwijzingen gegeven over het exacte mechanisme. Onze hypothese is nu als volgt: het startmolecuul bindt aan de onderdrukker GaaX, zodat GaaX de activator GaaR niet meer kan uitschakelen’, legt Alazi uit. ‘Op deze manier kan GaaR de genexpressie starten en worden pectinases geproduceerd. Andere onderzoekers zijn nu bezig om deze hypothese te bevestigen.’
Mutatie
Nadat ze het mechanisme begreep, heeft Alazi mutaties van de schimmel gemaakt met behulp van UV-straling, om zo mutanten te isoleren met unieke eigenschappen qua pectinase-productie. Eén van die mutanten beschikt over een GaaR allel dat niet gedeactiveerd wordt door de onderdrukker GaaX. ‘Normaal gesproken schakelt de onderdrukker GaaX de activator GaaR uit, zodat A. niger geen pectinase produceert’, zegt Alazi. ‘Alleen als het startmolecuul aanwezig is, bindt die aan GaaX, is de activator vrij om te gaan en begint de schimmel pectinases te produceren.’ Maar, zegt Alazi, met dit allel is de aanwezigheid van het startmolecuul niet langer nodig: het gemuteerde GaaR allel activeert de expressie van de pectinase-genen automatisch. Bovendien heeft Alazi mutanten gemaakt die meer van de activator GaaR produceren dan normaal. Deze mutanten produceren nog meer pectinases zonder dat het startmolecuul nodig is.
Toepassing
‘Met deze nieuw ontworpen mutaties kunnen we pectinases maken op elke koolstofbron, waaronder afval van landbouw, bosbouw en de voedselindustrie. Hierdoor is het stukken goedkoper en duurzamer om pectinases in grote hoeveelheden te produceren. En met deze pectinases kunnen we vervolgens duurzame biobrandstoffen maken uit biomassa van planten.’