C. thermocellum doet aan combinatoriële chemie

De anaerobe bacterie Clostridium thermocellum beschikt over meer dan honderd enzymen waarmee hij willekeurige cellulosehoudende plantenresten kan omzetten in ethanol. Hij maakt echter alleen grote hoeveelheden aan van de enzymen die hij voor een gegeven voedselbron het beste kan gebruiken, zo schrijven onderzoekers van de University of Rochester (VS) in PNAS.

De groep van prof. David Wu wilde achterhalen hoe ze de bacterie tot meer activiteit kan aanzetten. De omzetting van cellulose in ethanol bestaat uit twee stappen: hydrolyse en fermentatie van de resulterende suikers. Dat één bacterie ze allebei kan uitvoeren is vrij uitzonderlijk. Met name de hydrolyse verloopt echter nogal inefficiënt

Om C. thermocellum inzetbaar te maken voor industriële bio-ethanolproductie, zou je de expressie van bepaalde genen moeten versterken. Ook zou je ze kunnen overplaatsen naar andere, beter voor dit doel geschikte micro-organismen.

De vraag is echter welke van die honderd genen je precies moet hebben. Waarschijnlijk werken er een aantal samen, en als je alle mogelijke combinties moet uitproberen ben je nog wel even bezig. Vandaar dat Wu de bacterie gewoon zijn gang heeft laten gaan op verschillende substraten, en heeft gekeken welke genen weren geactiveerd.

“Het komt er op neer dat hij de hele kom spaghetti tegen de muur smijt. Hij kijkt welk sliertje blijft plakken en maakt er daar een hele hoop van”, zo vat hij zijn bevindingen samen.

Wanneer C. thermocellum bijvoorbeeld in aanraking komt met hout, laat hij daar een kleine hoeveelheid van zijn complete enzymencollectie op los. Een paar daarvan zullen de houtvezels daadwerkelijk een beetje afbreken. Daarbij komt onder meer een suiker genaamd laminaribose vrij. Deze deactiveert een repressor in de bacterie, waardoor twee genen tot expressie kunnen komen. Die maken vervolgens grote hoeveelheden van de benodigde enzymen aan.

Wu is nu bezig om C. thermocellum genetisch dusdanig te modificeren dat hij telkens één bepaalde soort biomassa efficiënt in ethanol kan omzetten. "Dit is niet de revolutie die bio-ethanol tot de belangrijkste brandstof maakt, maar wel een deel van het pad dat naar die revolutie leidt", zegt hij zelf.

bron: University of Rochester