Scène uit het lab in Minnesota.

In Minnesota zijn colibacteriën voorzien een alternatieve metabole route die lignocellulose ongekend efficiënt omzet in 1,4-butaandiol. Daar kun je dan weer lycravezels voor textiel van maken, belooft een publicatie in Nature Chemical Biology.

Het ‘nonfosforylatieve metabolisme’, zoals Kechun Zhang en collega’s het noemen, komt neer op de omzetting van D-xylose, L-arabinose of D-galacturonaat uit lignocellulose in 2,5-dioxopentanoaat (DOP), in een stuk of vijf stappen die elk door een ander enzym worden gekatalyseerd.

Van DOP kun je in één extra stap 2-ketoglutaraat (2-KG) maken, waarmee je de gebruikelijke citroenzuurcyclus kunt voeden. Maar je kunt DOP ook aftappen uit het proces en door andere enzymen laten omzetten in butaandiol (BDO), een veelzijdige chemische bouwsteen.

Vergeleken met de algemeen gebruikelijke glycolyse en de pentosefosfaatroute biedt dit alternatieve metabolisme het voordeel dat het veel minder stappen nodig heeft om DOP te maken. Als sinds de jaren 60 is bekend dat er een paar bacteriën bestaan die het zo aanpakken. Maar het zijn geen bacteriën die je op industriële schaal kunt kweken, en het was nog niemand gelukt om de betrokken genen over te zetten naar E.coli of een ander micro-werkpaard. Voor zover de auteurs weten is het met de arabinose- en galacturonaatvarianten niet eens geprobeerd; met xylose wel, maar dat lukte maar half.

In Minnesota hebben ze het nu wél voor elkaar. Ze voorzagen E.coli van een setje genen in uit Caulobacter crescentus, die alleen D-xylose op deze manier afbreekt, en een setje uit Burkholderia multivorans die het alleen met L-arabinose kan. De omzetting van D-galacturonaat wordt verzorgd door een cocktail van genen uit Bacillus subtilis en Pseudomonas putida.

Achteraf hebben de onderzoekers nog een paar van de enzymen vervangen door alternatieven uit andere micro-organismen, en inmiddels zeggen ze butaandiol te kunnen produceren met een 70 procent hogere opbrengst dan tot nu toe mogelijk was. En ze zijn nog volop aan het sleutelen om de efficiëntie verder te verhogen en te voorkomen dat verschillende onderdelen van het proces elkaar in de weg zitten.

In principe denken ze trouwens ook glutamaat, glutaconaat of 1-butanol te kunnen maken in plaats van butaandiol. En behalve dat lycra (wereldmarkt: ruim een miljard ton per jaar) kun je er dan bijvoorbeeld ook smaakversterkers of kippenvoer van maken.

bron: University of Minnesota