Om biomassa beter verwerkbaar te maken moet je je planten genetisch modificeren zodat ze andere bouwstenen gaan aanmaken voor hun lignine. Bijvoorbeeld curcumine, stellen Gentse onderzoekers in Nature Plants.

In de natuur lijkt dat lignine te ontstaan door tamelijk willekeurige polymerisatie van een rommelpotje van monomeren dat per plant verschilt. p-coumaryl-, coniferyl- en sinapylalcohol gelden als de belangrijkste bestanddelen maar het zijn zeker niet de enige. In alle gevallen resulteert het in een netwerk dat stevigheid aan de plant geeft, maar dat de extractie in de weg staat van cellulose en aanverwante polysaccharides waar de industrie meer aan heeft.

De eerste stap van die extractie bestaat traditioneel uit een behandeling met heet natronloog, die de lignine niet afbreekt maar wel ontwricht door het te laten zwellen. En het idee van Wout Boerjan en collega’s is nu om de plant zo ver te krijgen dat hij in zijn lignine een component verwerkt, die chemisch gezien veel slechter bestand is tegen onnatuurlijk hoge pH’s. De temperatuur van het natronloog kan dan een stuk omlaag, wat scheelt in het energieverbruik.

Aanvullende eis is dat het niet te veel mag uitmaken voor de mechanische sterkte van lignine, zolang de plant normaal groeit bij een pH die wél natuurlijk is.

Enig zoekwerk bracht Boerjan op het spoor van curcumine, de gele kleurstof in de kurkumaplant Curcuma longa. Die verbinding komt normaal gesproken nooit in lignine terecht, maar qua chemische opbouw moet ze probleemloos kunnen meepolymeriseren met de componenten die daar wel in thuishoren. Met name de ketovorm (het bovenste plaatje) laat zich daarna op papier heel makkelijk met loog hydroyseren waarbij het molecuul in tweeën breekt.

Bekend is dat C. longa slechts twee specifieke enzymen inzet voor curcuminesynthese: diketide-CoA-synthase en curcuminesynthase. Boerjan en collega’s hebben nu de bijbehorende genen overgezet naar de zandraket (Arabidopsis thaliana), nog altijd een populaire modelplant. Inderdaad ging die voldoende curcumine inbouwen in zijn celwanden om die onder de microscoop een beetje gelig te maken. En het feit dat die kleur verdwijnt bij behndeling met natronloog, doet vermoeden dat de curcuminebouwstenen dan inderdaad worden gesplitst.

Wat er verder allemaal gebeurt is nog onduidelijk. De eigen genen van A.thaliana laten zich natuurlijk ook niet onbetuigd, en naast curcumine vind je in de planten een stuk of 40 andere verbindingen die er van nature niet thuishoren. Opvallend is wel dat het voor de groei en de vorm van de planten helemaal niets lijkt uit te maken, en dat de hoeveelheid lignine in de celwanden ook niet verandert ook al zijn er nu extra bouwstenen beschikbaar.

De onderzoekers hebben nog niet kunnen kwantificeren hoeveel curcumine er nu precies in zit en ze sluiten niet uit dat het maar een heel klein beetje is. Maar ze hebben in elk geval bewezen dat het principe nadere uitwerking verdient.

bron: Nature Plants