Groene algen in petrischaaltje

Algen staan al geruime tijd in de belangstelling vanwege hun vermogen om met zonlicht en CO2 biobrandstof of andere chemische stoffen te produceren. Ook wordt er op laboratoriumschaal al veel onderzoek gedaan. Toepassing van genetisch gemodificeerde algen in kweekbakken in de open lucht vraagt echter om goede bioveiligheidsmaatregelen. En die lijken nu beschikbaar.

Een veel toegepaste alg in de biotechnologie is de cyanobacterie Synechococcus elongatus. Er is veel fundamentele kennis beschikbaar over deze alg die al wordt toegepast als productie-organisme van chemische stoffen in gesloten bioreactoren. Om productiekosten te beperken is toepassing in open systemen, in de buitenlucht economisch interessant. Echter bij gebruik van genetisch gemodificeerde (gg) algen in open systemen is bioveiligheid van groot belang: de algen mogen niet zomaar buiten de kweekbak kunnen overleven of genetisch materiaal overdragen aan andere organismen.

Japanse onderzoekers hebben nu het stofwisselingssysteem van S. elongatus zo aangepast dat deze niet meer op het van nature beschikbare fosfaat kan groeien, maar alleen nog op fosfiet. Hiertoe zijn genen aan de alg toegevoegd die opname en gebruik van het fosfiet mogelijk maken.  En tevens zijn de eigen genen die ervoor zorgen dat fosfaat opgenomen wordt, uitgeschakeld. Het resultaat is een gg-alg die fosfiet gebruikt als fosforbron voor zijn stofwisseling en die niet meer op fosfaat kan groeien. Praktisch gezien een alg die niet in de natuur kan overleven vanwege zijn afhankelijkheid van fosfiet, een fosforbron die nauwelijks in de natuur voorkomt.

De onderzoekers toonden ook aan dat deze gg-alg daadwerkelijk niet meer kan groeien op andere fosforbronnen dan fosfiet. Groei in watermonsters van natuurlijke oorsprong bleek niet mogelijk door het ontbreken van fosfiet als fosfor-bron. Verder voerden de onderzoekers groeitesten uit waaruit bleek dat de gg-alg niet in staat is om in een zgn. ‘slaaptoestand’ voor langere tijd te overleven of genetisch materiaal uit te wisselen met andere organismen.

Het gebruik van fosfiet bevattend kweekmedium voorkomt groei van niet gewenste micro-organismen. Een economisch voordeel, omdat de ‘monocultuur’ in stand gehouden wordt. Vanuit bioveiligheidsoogpunt kan beargumenteerd worden dat dit ook de kans op uitwisseling van genetisch materiaal met andere organismen beperkt.

Reflectie

De onderzoekers laten op basis van laboratoriumstudies zien dat de hier toegepaste strategie van biologische inperking een veilige manier kan zijn om toepassing van gg-algen in open kweeksystemen mogelijk te maken. Het ontwikkelen van dit veiligheidsmechanisme is een voorbeeld van ‘Safe-by-Design’. Een concept dat aandacht vraagt voor het veilig ontwikkelen van nieuwe biotechnologische toepassingen. Voordat deze fosfietafhankelijkheid toegepast kan worden in gg-algen gekweekt in open systemen acht het RIVMRijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu aanvullende studies nodig om aan te tonen dat dit veiligheidsmechanisme daadwerkelijk robuust genoeg is om risico’s voor mens en milieu verwaarloosbaar klein te laten zijn.

Het gebruik van algen als productiesysteem voor chemische stoffen is een mogelijke ontwikkelrichting in een bio-based en circulaire economie. Het belangrijke voordeel van deze methode is dat CO2 uit de lucht de belangrijkste grondstof is voor de productie van nieuwe stoffen. Maar om een goed beeld te krijgen van zowel de duurzaamheid als de veiligheid is inzicht nodig in de mogelijke voor- en nadelen bezien over de hele productieketen. Vanuit dat perspectief doet hier zich bijvoorbeeld de vraag voor wat de impact van het gebruik van fosfiet is in die totale milieubalans.