Cyborgbacterie zijn nog beter in het omzetten van licht in bijvoorbeeld alcohol, methanol of azijnzuur

Bacteriën zijn erg goed in het omzetten van licht in bijvoorbeeld alcohol, methanol of azijnzuur. Maar die omzetting gaat niet altijd even efficiënt. Daarom voegden Amerikaanse onderzoekers nanozonnecellen toe. De hieruit voorgekomen ‘cyborgbacteriën’ werken een stuk beter dan de natuurlijke bacteriën.

1 september 2017

Wetenschappers proberen al jaren om zonlicht om te zetten in nuttige dingen zoals energie of grondstoffen. Vaak baseren ze hun systemen op fotosynthese, het proces dat planten en sommige bacteriën gebruiken om energie te maken uit zonlicht. Helaas is dit systeem relatief inefficiënt, want lang niet al het licht zetten ze om in energie. Daar hebben onderzoekers uit Amerika van de Universiteit van California, Berkeley nu iets op gevonden. Ze voegden moleculen toe aan bacteriën zodat die hun eigen zonnecellen produceerden.

Nanozonnecellen

Promovendus Kelsey Sakamoto en haar collega’s in het lab van Peidong Yang gebruikten zogenoemde _Moorella thermoacetica_-bacteriën. Deze organismen produceren uit zichzelf al azijnzuur uit CO2 en licht, en ze kunnen daarnaast ook nog eens cadmiumsulfide maken. “Cadmiumsulfide kan licht opvangen en omzetten in energie”, legt Sakamoto uit. “Een soort nanozonnecel dus. Daar maken we gebruik van.”

Sakamoto voert de bacteriën cadmium, en vervolgens binden de bacteriën deze stof uit zichzelf aan het zwavelatoom uit de cysteïne in hun lichaam. Deze cadmiumsulfidedeeltjes blijven daarna aan de buitenkant van de organismen hangen door elektrostatische krachten, en zorgen er daar voor dat de bacterie veel efficiënter met zijn licht en energie omgaat. Sakamoto: “Onze ‘cyborgbacteriën’ zijn veel efficiënter dan de normale variant; ongeveer tachtig procent van het licht zetten ze om in eindproducten.”

Bad met licht

Ondanks de efficiëntie is Sakamoto nog niet helemaal tevreden: “Cadmiumsulfide werkt goed, maar er bestaan nanodeeltjes die nog meer zonlicht omzetten. Hier wil ik graag nog naar kijken.” Het proces moet veel azijnzuur gaan produceren, want de stof kan als grondstof dienen voor veel industriële processen. Maar dan moeten de onderzoekers nog wel bedenken hoe ze de producten gemakkelijk uit de bacteriën kunnen verwijderen.

“Op dit moment kunnen we het azijnzuur eruit destilleren of membranen gebruiken, maar echt handig is dat niet”, vertelt Sakamoto. “Misschien willen we wel andere bacteriën toevoegen die het azijnzuur direct omzetten naar de stof die je nodig hebt. Dan haal je in een keer het gewenste product eruit.”

Voor een toepassing op grote schaal heeft de promovendus ook al ideeën: “We hebben niet veel infrastructuur nodig, alleen een groot bad met veel licht. Dat is vergelijkbaar met de algenkweek.” Hij hoopt dan ook te leren van de problemen die de algenkweek tegenkomt en daar alvast op te anticiperen: “Die voorbeelden helpen ons hopelijk om snel onze bacterie in de echte wereld te introduceren.”