Bacteriën als levende fabriekjes: toekomstige toepassingen

Producten gemaakt met genetisch gemodificeerde bacteriën zijn niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Hoe kunnen bacteriën als levende fabriekjes de toekomst duurzamer maken? NEMO Kennislink zet vijf toepassingen op een rij waar onderzoekers op dit moment aan werken.

18 januari 2023

Als je je medicijn- of keukenkastjes opentrekt, is de kans groot dat je daar producten tegenkomt die zijn gemaakt met behulp van genetisch gemodificeerde bacteriën. Door het DNA van bacteriën aan te passen met genetischemodificatietechnieken, zoals CRISPR-Cas, kunnen we ze voorzien van nieuwe, gunstige eigenschappen. Zo zijn ze in te zetten om bouwstenen voor allerlei producten te maken in een proces dat fermentatie heet. Daarnaast kunnen bacteriën ook stoffen omzetten of afbreken. Het tempo waarmee dit gebeurt, is ook met genetische modificatie op te schroeven. Dit biedt zeeën van mogelijkheden. Wat kunnen we in de toekomst van genetisch gemodificeerde bacteriën verwachten?

Vijf toekomstige toepassingen

Kaas zonder koe
Plasticafbrekers
Levende geneesmiddelen
Semi-kunstmatige fotosynthese
Van zout naar zoet water

Kaas zonder koe

Veel veganisten zijn tevreden met havermelk en soja-yoghurt, maar de smaak van kaas zonder melk laat nog veel te wensen over. Tijd om daar verandering in te brengen, dachten onderzoekers van de Wageningen Universiteit. De komende vier jaar gaan zij proberen om kaas en andere zuivelproducten te maken zonder dat daar ook maar een koe aan te pas komt. Hoe gaan ze dat doen? Want melk bestaat voor tachtig procent uit caseïne en op dit moment is er geen andere bron voor dit eiwit. De onderzoekers willen het gen uit koeien dat codeert voor caseïne, met genetische modificatie in het DNA van bacteriën of gistcellen plaatsen. De onderzoeksgroep hoopt met caseïne uit micro-organismen een duurzaam alternatief voor kaas te kunnen maken, met dezelfde structuur en smaak als kaas gemaakt van koemelk.

Terug naar de toekomstige toepassingen ↑

Plasticafbrekers

Plastic is goedkoop, licht en veelzijdig. Het is een fantastisch materiaal, maar het heeft ook een keerzijde. Want wat doen we met al dat plastic afval? Recyclen klinkt mooi, maar efficiënt is het nog lang niet. Bacteriën bieden mogelijk een oplossing. Er zijn namelijk soorten gevonden die langzaam, maar zeker plastics kunnen afbreken, zoals de bacterie Ideonella sakaiensis. Onderzoekers over de hele wereld zijn daarom bezig met het ontwikkelen van snelgroeiende bacteriesoorten die met behulp van genetische modificatie in staat zijn om één of meerdere soorten plastics af te breken tot herbruikbare bouwstenen voor nieuwe producten. Als het lukt om bacteriën te ontwikkelen die goed toepasbaar zijn in de afvalverwerkingsindustrie, kan dat een hoop energie en chemisch afval schelen.

Terug naar de toekomstige toepassingen ↑

Levende geneesmiddelen

Gevoelsmatig willen we bacteriën het liefst zo ver mogelijk buiten de deur houden. Toch is de kans groot dat artsen genetisch gemodificeerde bacteriën in de toekomst voorschrijven als levend geneesmiddel. Zo werken Nederlandse en Belgische onderzoekers bijvoorbeeld aan een behandeling voor de ziekte van Crohn, een auto-immuunziekte die chronische ontstekingen van de darmwand veroorzaakt. Patiënten krijgen daarvoor nu zware ontstekingsremmers, die een negatief effect op heel het lichaam hebben. Zonde, want eigenlijk wil je het probleem zo lokaal mogelijk aanpakken. Daarom ontwikkelden de onderzoekers een genetisch gemodificeerde melkzuurbacterie (Lactococcus lactis). Deze kan in de darmen overleven en is voorzien van een gen dat codeert voor het eiwit interleukine dat het immuunsysteem onderdrukt. Zo pakken de bacteriën de ontsteking enkel en alleen in de darmen zelf aan. Wellicht kan zo'n aanpak in de toekomst ook helpen bij het ontwikkelen van behandelingen voor andere ziektes.

Terug naar de toekomstige toepassingen ↑

Semi-kunstmatige fotosynthese

Wetenschappers zijn hard op zoek naar manieren om fossiele brandstoffen te vervangen door duurzamere alternatieven. Bacteriën kunnen daar wellicht een rol bij spelen. Zo werken verschillende onderzoeksgroepen aan het ontwikkelen van genetisch gemodificeerde bacteriën die met energie uit zonlicht, CO[~2~] en water kunnen omzetten in waterstof en andere synthetische brandstoffen. In de natuur heet dit proces fotosynthese. Een veelbelovende route naar (semi-)kunstmatige fotosynthese lijkt het combineren van gemodificeerde bacteriën met geleidende nanodeeltjes, die als kleine zonnepanelen functioneren. Daarmee kunnen deze zogenoemde bio-hybride bacteriën in de toekomst wellicht efficiënter CO[~2~] omzetten dan nu in de natuur mogelijk is. Maar voor we daadwerkelijk op deze manier brandstof kunnen maken die economisch rendabel is, zijn we makkelijk dertig jaar verder.

Terug naar de toekomstige toepassingen ↑

Van zout naar zoet water

Door klimaatverandering komt onze wereldwijde zoetwatervoorraad steeds meer onder druk te staan. Nu is zout water gelukkig wel zoet te maken met ontziltingmethodes, maar de huidige technieken zijn duur en slecht voor het milieu. Daarom zette het studententeam van de Maastricht University zich dit jaar tijdens de iGEM-competitie (een internationale wedstrijd voor biotechnologische uitvindingen) in om water te ontzilten met behulp van genetisch gemodificeerde cyanobacteriën. Deze kunnen dankzij aanpassingen aan hun DNA extra goed in zoute omgevingen overleven en ze ‘eten’ het zout zelfs op wanneer je er met een bepaalde kleur licht op schijnt. De eerste resultaten waren positief, maar er zitten nog flink wat haken en ogen aan. Hoe doet zo’n bacterie het bijvoorbeeld straks buiten het lab, in ongunstige omstandigheden?

Lees meer over het project van iGEM Maastricht:

Water ontzouten met bacteriën

Terug naar de toekomstige toepassingen ↑

Al deze mogelijke toepassingen van genetisch gemodificeerde bacteriën klinken veelbelovend, maar enige nuance is wel op zijn plaats. Veel van deze oplossingen staan nog in de kinderschoenen. Ze zijn zeker de moeite waard om te onderzoeken, maar of ze daadwerkelijk op een efficiënte, duurzame en economisch rendabele manier zijn in te zetten, is nog maar de vraag. Is het productieproces met de levende bacteriën bijvoorbeeld wel op te schalen? De toekomst zal het uitwijzen. Eén ding is zeker: genetisch gemodificeerde bacteriën gaan een steeds belangrijkere rol spelen in onze maatschappij.