Stellenbosch, aan de Kaap in Zuid-Afrika, befaamd om zijn wijn en zijn mediterrane klimaat: er zijn minder aantrekkelijke plekken om te gaan studeren. Voor Kevin Verstrepen was zijn verblijf aan de Stellenbosch Universiteit echter niet alleen een leuke afsluiter van zijn studies bio-ingenieurswetenschappen, het was ook bepalend voor zijn carrière. ‘Eerst wilde ik geneeskunde studeren, en dat heb dat ook een jaar gedaan [aan de KU Leuven, red.]. Maar daarna ben ik overgeschakeld naar bio-ingenieurswetenschappen. Als prille student twijfelde ik altijd tussen die twee domeinen.’ Waar Verstrepen wél zeker van was, eind jaren negentig: dat hij in het buitenland wilde studeren. En zo kwam hij in zijn laatste jaar terecht in Stellenbosch, meer bepaald op het Instituut voor Wijn Biotechnologie. Tijdens het onderzoek voor zijn masterthesis kwam hij voor het eerst in contact met gist, de eencelligen die zo belangrijk zijn bij het bierbrouwen, wijnmaken en broodbakken. ‘Ik besefte meteen wat voor geweldige organismen dit zijn. Ze zijn ideaal voor fundamenteel onderzoek – genetisch, biochemisch en biotechnologisch. En natuurlijk hebben ze heel fijne toepassingen zoals wijn’, zo blikt de nu 50-jarige Verstrepen terug.  

Sindsdien heeft gist hem niet meer losgelaten. Of omgekeerd, want Verstrepen bestudeert en manipuleert nu al ruim vijfentwintig jaar de eencelligen, waarbij hij gewone bakkersgist (ook wel bier- of wijngist genoemd) – Saccharomyces cerevisiae in vaktaal – als modelorganisme gebruikt. In zijn doctoraatsonderzoek aan de KU Leuven focuste Verstrepen op de genetica achter de vorming van smaak- en geuraroma’s tijdens de fermentatie (het gisten). Daarna verkaste hij opnieuw naar een ander continent, Amerika: aan MIT en vervolgens aan Harvard (waar hij een eigen onderzoeksteam leidde) zette hij zijn genetisch onderzoek naar gist voort. Het leverde hem een mooi gevuld cv op, met papers in diverse hoog aangeschreven vakbladen. 

Dat laatste bracht de gistexpert in 2009 weer naar België. Verstrepen was een van de toponderzoekers die de Vlaamse regering met het toen pas opgerichte Odysseus-programma terug naar de heimat wist te lokken. Van zijn alma mater, de KU Leuven, kreeg hij het aanbod om er zijn eigen onderzoeksgroep verder uit te bouwen, binnen het samenwerkingsverband van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie. De groep van Verstrepen telt vandaag niet minder dan vijftig vorsers, het tienvoudige van zijn team indertijd aan Harvard. Verschillende van zijn collega’s daar kwamen trouwens mee naar Leuven, ook Amerikanen. En dat in een tijd waarin er in veel wetenschappelijke domeinen vooral een migratie was van (top)onderzoekers van Europa náár de Verenigde Staten. 

Is de biotechnologie een uitzondering, een lichtpuntje, in die sombere Europese realiteit? 

‘Dat is helaas wat te rooskleurig. Wel denk ik dat Vlaanderen het op dit vlak goed doet binnen Europa. Maar ook andere Europese regio’s scoren goed. Denemarken bijvoorbeeld, dat met Novo Nordisk een bedrijf heeft dat heel fors investeert in biotechnologie. En aan de andere kant van het Kanaal zien we Groot-Brittannië dat sterk opkomt. Ook in mijn gebied, precisiefermentatie, durf ik niet te zeggen dat we koplopers zijn. Laten we het erop houden dat we tot de kopgroep behoren.’ 

U noemt Novo Nordisk. Maar ook u werkt al jaren samen met een multinational, AB Inbev, een van ’s werelds grootste bierbrouwers. Wat doet u precies voor hen? 

‘We bekijken hoe we vanuit ons fermentatieonderzoek hun brouwprocessen kunnen verbeteren. Want via aangepaste gisten hebben we controle op onder meer de aanmaak van aromastoffen of de mate waarin suikers worden omgezet in alcohol, om zo bijvoorbeeld beter alcoholvrij bier te maken. Of op de snelheid en efficiëntie waarmee die fermentatie van het bier plaatsvindt, wat toelaat om minder energie te verbruiken. In ons lab zijn er een aantal vorsers die rechtstreeks voor AB Inbev onderzoek doen. Maar we werken ook voor andere brouwerijen, vaak ook kleinere. En we doen onderzoek voor andere sectoren binnen de voedingsindustrie. Onze eerste samenwerking indertijd was niet met AB Inbev maar met Barry Callebaut, want ook in de productie van chocolade is fermentatie een bepalend proces. Tot slot werken we ook voor producenten van biobrandstoffen [zoals bio-ethanol, red.]. Dan gaat het niet om de smaak maar om bijvoorbeeld hoe goed gisten de alcohol die ze aanmaken kunnen verdragen, zodat ze er meer van kunnen produceren. Dat is mooi, want zo kan de CO₂-uitstoot dalen zonder dat we ook maar ergens een compromis moeten maken in het proces of de prijs.’ 

‘Bij voeding zijn we als de dood voor genetische manipulatie, maar in de geneeskunde is dat kennelijk helemaal geen probleem’  

Bij die toepassingen ‘manipuleert’ u de gisten nog op de, zeg maar, traditionele manier, door ze te onderwerpen aan specifieke omgevingsomstandigheden en stressfactoren. Is dat omdat genetische manipulatie in Europa nog altijd voor een deel in het verdomhoekje zit? 

‘Ja, en zeker voor voeding ligt het gebruik ervan nog altijd gevoelig. Grote voedingsconcerns zijn daarom erg voorzichtig, bang als ze zijn om consumenten voor het hoofd te stoten. Maar kleinere bedrijven buiten Europa durven wel voluit voor genetische manipulatie te kiezen. Zij hebben immers vaak alleen maar klanten te winnen – en dan kan bier van genetisch gemanipuleerde gist zelfs een hype worden. In de VS bijvoorbeeld kan je al bier kopen dat wordt gemaakt met gistcellen die zelf hoparoma aanmaken, zodat er minder hop voor nodig is. Dat maakt het bier niet alleen goedkoper, maar ook duurzamer. 

Daarnaast is er natuurlijk strenge Europese regelgeving. De situatie hier is toch een beetje paradoxaal: bij voeding zijn we als de dood voor genetische manipulatie, maar in de geneeskunde is dat kennelijk helemaal geen probleem. De insuline die diabetici dagelijks inspuiten, wordt onder meer gemaakt met gemanipuleerde gisten. Idem voor het vaccin tegen hepatitis-B. Dat verklaart ook mee de huidige remonte van Groot-Brittannië. Sinds de Brexit zijn ze van die strenge regelgeving verlost.’ 

Nu lenen gisten zich gelukkig heel goed voor klassieke ‘veredeling’.  

‘Wij noemen ze hyper-evolueerbaar. Net zoals we in de landbouw met appels en runderen hebben gedaan, kun je gisten kruisen, opkweken en op specifieke eigenschappen selecteren. Alleen gaat het veel en veel sneller: in goed twee uur kan er zich al een nieuwe generatie hebben gevormd. Voor “natuurlijke” eigenschappen waarin makers van bier, chocolade of biobrandstof geïnteresseerd zijn, zoals smaak of alcoholomzetting, kunnen we met klassieke veredeling nog uit de voeten. Maar voor andere eigenschappen lukt dat niet meer. Je kunt via veredeling niet tot een gist komen dat een welbepaald medicijn produceert, zoals insuline. Daarvoor hebben we dus genetische manipulatie nodig.’ 

Wat is eigenlijk het verschil met precisiefermentatie, uw vakgebied? 

‘Eigenlijk is het hetzelfde. Met dat kleine verschil dat genetische manipulatie al op gisten werd gedaan toen hun DNA nog totaal onbekend was – de uitvinding van de gistinsuline door Novo Nordisk dateert bijvoorbeeld uit de jaren tachtig. Nu is van heel veel gisten het volledige DNA bekend, en beschikken we over nieuwe technieken waardoor we doelmatig en zeer precies aanpassingen kunnen doen. We weten precies welke letters van het DNA we veranderen en welke stoffen daardoor zullen worden gevormd.’ 

‘Voorspellen hoe een combinatie van aromastoffen geurt en smaakt is nog redelijk moeilijk’  

Via precisiefermentatie kunnen gisten dus omgebouwd worden tot microbiële fabriekjes van specifieke stoffen. Welke toepassingen kunnen die zoal hebben? 

‘Ik denk dan bijvoorbeeld aan de shift van dierlijke naar plantaardige voeding, waarbij ook de laatste lekker smaakt, zoals een geslaagde vleesvervanger. Velen denken daarbij in de eerste plaats aan eiwitten, maar ook vetten zijn belangrijk, zowel voor smaak als voor de gezondheid. Wijzelf maken “dierlijke” vetten in gisten, zoals de bekende omega-vetzuren. Maar ook plantaardige vetten zoals palmolie kunnen veel duurzamer worden geproduceerd in gisten. In beide voorbeelden gebeurt de productie in fermentatietanks, waarin de gisten achterblijven. De eindproducten zijn dus honderd procent dezelfde als zoals ze nu worden gemaakt.’ 

En wat gaat er in de fermentatietanks? 

‘De grondstoffen zijn suikers en water. En enkele stoffen om de fermentatie te bevorderen. Maar dus geen soja, dieren of oliepalmvruchten. De suikers kunnen van suikergewassen komen maar ook van plantaardige afvalstromen. Het lukt ons bijvoorbeeld steeds beter om gisten op cellulose te laten groeien.’ 

‘Ook plantaardige vetten zoals palmolie kunnen veel duurzamer worden geproduceerd in gisten’ 

Voor je met gisten kunt gaan produceren, moet je wel eerst de juiste geselecteerd hebben. Voor de screening ontwierpen jullie een heus lab-on-a-chip. 

‘Het kruisen en opkweken van gisten gaat enorm snel. Maar de screening, wat noodzakelijk is om de allerbeste gisten te selecteren, verloopt niet altijd even makkelijk. In het ganse proces vormt ze een bottleneck. Daarom werken we samen met andere labs om chips te maken waarop in kleine kanaaltjes een vloeistof stroomt. Daarin creëren we belletjes waarin we vervolgens individuele gistcellen plaatsen, plus wat voeding. Zo brengen we als het ware honderden tot duizenden microbrouwerijtjes samen op één chip van enkele centimeters groot. Dat we hier vlakbij imec zitten [het Leuvense onderzoekscentrum voor computerchips, red.] en het team van microfluidica-expert Jeroen Lammertyn, is geen toeval. De ontwikkeling van het lab-on-a-chip werd trouwens meegefinancierd met de opbrengst van onze samenwerkingen met de industrie. Dat geld investeren we dus opnieuw in ons onderzoek, in nieuwe apparatuur of medewerkers.’ 

Ook de eindproducten moeten gescreend worden. Komt er in het geval van voedingsstoffen nog veel proefwerk kijken? 

‘Individuele stoffen kunnen we gewoon meten. Maar voorspellen hoe een welbepaalde combinatie van tientallen aromastoffen geurt en smaakt, dat is nog redelijk moeilijk. Voor gefermenteerde producten zoals bier heeft mijn team een AI-model ontwikkeld dat al vrij nauwkeurig kan voorspellen hoe een nieuw recept zal scoren bij consumenten. Dat is natuurlijk dankzij bergen data van échte proeftests waarmee zulke AI-modellen zijn getraind. Wat echter mankeert aan die AI-modellen is dat ze nog niet voldoende zijn getraind met proefdata van alcoholvrij bier. Eens ook dat het geval is, kunnen we alcoholvrij bier gaan maken dat nog dichter aanleunt bij het echte gerstenat.’