E. coli bacteriën kunnen een nieuw trucje, namelijk net als planten kooldioxide (CO₂) binden om in hun eigen groei te kunnen voorzien. Door aanpassing van de stofwisseling is dit nu mogelijk. Een knap staaltje synthetische biologie en evolutie, en een mogelijk zeer interessante ontwikkeling voor de bioeconomie.

Onderzoekers van het Weizmann Institute in Israël hebben de E. coli bacterie een opmerkelijke nieuwe truc geleerd. Door de stofwisseling van de bacterie aan te passen, en deze mutant te selecteren onder specifieke omstandigheden, verkreeg het onderzoeksteam een bacterie die al zijn biomassa uit kooldioxide kan maken. Dit fixeren van kooldioxide is precies hoe planten (en cyanobacteriën) biomassa maken met behulp van licht als energiebron. De benodigde genetische informatie, zeg maar de ‘CO₂-fixatie’-genen, plaatsten de onderzoekers in E. coli.

 Escherichia coli (E. coli) is een bacterie die van nature voorkomt in de donkere darmen van warmbloedige dieren, waar het groeit op de daar aanwezige koolstofbronnen. Daarnaast is het één van de best onderzochte organismen op de wereld.

Om nu het CO₂ te binden met behulp van licht als energiebron, zoals planten dat kunnen, was nog net een stap te ver voor deze E. coli. Daarom voegden de onderzoekers methaanzuur toe als energiebron. Ze toonden daarbij tevens aan dat de bacterie dit methaanzuur niet voor de vorming van zijn biomassa gebruikte, maar puur als energieleverancier.

Deze wijziging van de stofwisseling van E. coli is beslist spectaculair te noemen. Het betreft hier immers de overgang van een ‘heterotroof’ organisme, dat kan groeien op complexe biologische moleculen, naar een ‘autotroof’ organisme, dat kan groeien op simpele anorganische moleculen zoals CO₂. 

Desondanks kan de bacterie (nog) niet groeien onder de CO₂-concentratie zoals die in de  buitenlucht voorkomt. De bacterie moet zeer hoge concentraties CO₂ aangeboden krijgen, ongeveer honderd keer zoveel als in de buitenlucht aanwezig is, wil het enigszins groeien. En zelfs dan verloopt zijn groei nog behoorlijk traag vergeleken met de niet-aangepaste E. coli bacterie.

Dit onderzoek toont aan aan hoe de combinatie van synthetische biologie en experimentele evolutie zeer snel volstrekt nieuwe mogelijkheden realiseert. Met de aanpassing van slechts een 11-tal genen, en na sterke selectiedruk, is binnen een relatief korte tijd van ~200 dagen een organisme gemaakt dat op een nieuwe manier kan groeien.

Reflectie

Net zoals planten CO₂ kunnen binden, is deze aangepaste E. coli daar nu ook toe in staat.  De stofwisselingsroute in de bacterie loopt nog lang niet zo efficiënt en vraagt nog om verdere aanpassing en optimalisatie. Toch is dit een belangrijke proof of principle.

Of de hier beschreven genetisch gemodificeerde E. coli bacterie daadwerkelijk een bijdrage kan leveren aan een duurzame productie zal moeten blijken.  Ook zal dit mogelijk een nieuw debat leveren: duurzame biomassa productie met behulp van ggo’s? Ook haakt dit aan op de maatschappelijke opgave – CO₂ reductie ten behoeve van klimaatverandering. Welke rol kan een ggo-toepassing als deze hierin spelen?

Met het veilig gebruik van genetisch gemodificeerde organismen (ggo’s) is in de industriële biotechnologie in Nederland reeds veel ervaring. Bureau GGO van het RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu) beoordeelt deze activiteiten op veiligheid voor mens en milieu en kan daarbij de Commissie Genetische Modificatie (COGEM) om advies vragen.