Saccharomyces cerevisiae, ofwel bakkersgist, een ogenschijnlijk onbeduidend micro-organisme, loopt als een rode draad door de carrière van biotechnoloog Jack – spreek uit ‘Jak’ – Pronk. Ogenschijnlijk, want mede dankzij Pronk is deze gist inmiddels een van de werkpaarden van de microbiële biotechnologie geworden en kan daardoor bijdragen aan de oplossing van diverse vraagstukken op het gebied van duurzaamheid.

Pronk is hoogleraar industriële microbiologie aan de Technische Universiteit Delft, een plek waar hij het grootste deel van zijn carrière heeft doorgebracht en zich met minstens evenveel enthousiasme stort op zijn onderwijstaken als op zijn wetenschappelijke onderzoek. Inmiddels is hij er ook afdelingshoofd biotechnologie, een taak waarover hij zegt er ‘makkelijk een werkweek mee te kunnen vullen’. Maar Pronk ziet het ook als een mooie kans om bij te dragen aan de universiteit en collega’s waar hij veel aan heeft gehad in zijn carrière.

In Iowa (VS) draait al een poosje een proeffabriek op basis van jouw technologie voor de productie van bio-ethanol. Hoe ziet de toekomst eruit?

‘Het klimaat voor de toepassing van deze tweede-generatie bio-ethanolprocessen ziet er momenteel minder rooskleurig uit dan we een jaar of tien geleden verwachtten. Onder Bush en Obama leek bio-ethanol hét antwoord op de vraag hoe de VS hun afhankelijkheid van Midden-Oosten-olie konden verminderen. Dat was een geweldige driver, naast werkgelegenheid in de landbouw en klimaatbeleid, en er werd gesproken over wel negenhonderd fabrieken. Maar vervolgens nam fracking een vlucht en was er goedkoop schaliegas en -olie. En toen Trump aan de macht kwam, werd het helemaal een moeilijk verhaal. We moeten vaststellen dat de bedrijven die in de VS op grote schaal investeerden in tweedegeneratie biobrandstoffen, nu niet grootschalig aan het produceren zijn.’

‘Bedrijven die grootschalig investeerden in tweede-generatie biobrandstoffen, zijn nu niet grootschalig aan het produceren’ 

Vind je dat niet ontzettend frustrerend?

‘Daar zit voor mij wel iets diepers in. Je hoort vaak dat wetenschap gericht moet zijn op toepassing en zelfs dat kwaliteit moet worden afgemeten aan concrete toepassingen. Ik kijk daar, mede door de ontwikkelingen rond bio-ethanol, anders naar. Wat we als wetenschap doen is de maatschappij opties aanreiken. Het kost tijd om die opties te ontwikkelen en te evalueren, en intussen verandert de wereld op manieren die we niet van tevoren kunnen voorspellen. Ik denk echt dat we in onderzoek tegelijkertijd moeten inzetten op meerdere duurzame opties, omdat we nu niet weten in welk politieke, technologische en economische context een oplossing gaat landen. Maar de wetenschappelijke ontdekkingen zijn er niet minder belangrijk door. Onderzoek en samenwerking van groepen over de hele wereld bij het ‘moonshot’ naar tweede-generatie biobrandstoffen heeft allerlei waardevolle spin-offs opgeleverd die sowieso geland zijn en hun nut gaan vinden. En het is een momentopname dat de technologie en fabrieken zoals die in Iowa in de wacht staan. Dat kan over één of twee jaar zomaar weer heel anders zijn. Ik ben daar best optimistisch over.’

De term Heilige Graal wordt misschien te vaak gebruikt, maar die ontdekking hoe je bakkersgist ethanol kon laten produceren uit reststromen…

Lachend: ‘Nou, ik heb dat voordat ik erin rolde ook wel als Heilige Graal betiteld, hoor.’

Dat moet een geweldige triomf geweest zijn.

‘Ja, het is ontzettend mooi om zo’n hot topic los te trekken, maar het had een lange aanloop en er hebben heel veel collega’s aan de universiteit en in de industrie aan meegewerkt’.

Waar lag de doorbraak?

‘Het is begonnen met serendipiteit, zoals zoveel wetenschappelijke ontdekkingen. Ik had rond de eeuwwisseling een gesprek met Huub op den Camp, een collega uit Nijmegen. Huub vertelde dat hij een gen voor een xylose-isomerase had gevonden in DNA van een schimmel. Die schimmel had hij uit olifantenpoep geïsoleerd om onderzoek te doen aan cellulose-afbraak en behoorde tot een schimmelfamilie met de kleurrijke naam Neocallimastigomycota. Huubs uitspraak deed bij mij bellen afgaan, want xylose-isomerase was de ‘missing link’ in pogingen om xylose, een suiker die veel voorkomt in landbouwreststromen, te laten omzetten door bakkersgist. Deze neo’s, zoals we ze nu in het lab noemen, zijn schimmels en lijken dus veel meer op bakkersgist dan de bacteriën waarvan men tot dat moment xylose-isomerasegenen in gist had gezet. Vanaf dat moment ging het heel snel.’

‘Veel wetenschappelijke ontdekkingen draaien om serendipiteit’

Waren daarmee alle randvoorwaarden voor industriële toepassing aanwezig?

‘Niet onmiddellijk. We hebben het schimmelgen in gist gezet en dat werkte weliswaar, maar eerst nog heel langzaam. Vervolgens hebben we stap voor stap de stofwisseling van de gist aangepast om de vergisting van xylose, en later ook arabinose, sneller te laten verlopen. Steeds met de vraag: wat moeten we doen om richting industriële toepasbaarheid te gaan? Rond 2010 was dat gelukt, toen hadden we gisten die in het lab efficiënt de relevante suikers konden omzetten. Het echte vertalen van de concepten uit ons academische werk naar robuuste industriële giststammen is door industriële collega’s gedaan, aanvankelijk bij Nedalco en later heel intensief bij DSM.’

Doe je momenteel nog werk aan bio-ethanol (zie kader onderaan)?

‘Jazeker. Recent hebben we bijvoorbeeld veel onderzoek gedaan aan strategieën om de opbrengst van ethanol op glucose te vergroten. Een van de mooiste successen daarbij was het inbrengen van een stofwisselingsroute voor CO₂-fixatie in bakkersgist, onder andere met een gen uit spinazie, waardoor de ethanolopbrengst in het laboratorium met meer dan 10% werd verhoogd. Ik hoop dat ook die vinding op grote schaal in de praktijk zal worden toegepast.’

Je werkt nauw samen met verschillende bedrijven. Is dat allemaal voortgevloeid uit die eerste vinding?

‘Nee hoor, we zijn nooit alleen een bio-ethanol-groep geweest, er liepen altijd veel onderzoekslijnen parallel. Zo komt onze samenwerking met Heineken voort uit ons werk aan biergist. Met name mijn collega Jean-Marc Daran, die ons onderzoek aan industriële microbiologie leidt sinds ik afdelingshoofd ben, heeft daar een grote rol in gespeeld, en doet dat nog steeds. Biergist is een heel interessant organisme. Alle ‘pilsgisten’ zijn natuurlijke hybriden van twee verschillende Saccharomyces­-soorten. De ene is S. cerevisiae, dus bakkersgist, de andere is S. eubayanus, een koude-tolerante soort die pas in 2010 in Patagonië is ontdekt. Veel van ons onderzoek richt zich op hoe die twee genomen in elkaar geschoven zijn, en welke invloed dat heeft op bierfermentatie. Recent heeft het team van Jean-Marc, samen met Delftse bio-informatici, door zorgvuldige analyse van biergistgenomen kunnen aantonen dat alle huidige pilsgisten afstammen van één hybridisatie-event dat waarschijnlijk ergens rond 1500 plaatsvond. Eerder had onze groep de hybridisatie van de twee oudersoorten van biergisten al nagebootst in het lab.’

Vanwaar de interesse van Heineken?

‘Begrip van de manier waarop biergisten op de omstandigheden in een brouwproces reageren is voor een brouwer sowieso van waarde. Maar laboratoriumevolutie en hybridisatie van gisten zijn in principe ook prachtige, niet-GMO-manieren om nieuwe variëteiten van biergist te maken, op precies dezelfde manier als biodiversiteit in de natuur ontstaat. Kennis over zulke natuurlijke benaderingen is voor de industrie interessant, je zou er bijvoorbeeld mee op zoek kunnen gaan naar nieuwe smaakeigenschappen.’

‘Die leuke, inspirerende wetenschappers bij het bedrijf waar je mee samenwerkt, zijn niet je gesprekspartner als er contractueel iets mis gaat’

Je hebt inmiddels veel ervaring in het samenwerken met het bedrijfsleven. Hoe kijk jij daar als academicus tegenaan?

‘Dit is een heel interessant grensvlak om op te werken en ik leer er nog steeds veel van. Ik probeer soms, met lezingen of een publicatie, wat van mijn ervaring mee te geven aan collega’s voor wie samenwerking met bedrijven nieuw is. Ik heb dat samenwerken deels met vallen en opstaan geleerd en in het begin van mijn carrière ook wel eens slapeloze nachten gehad als ik er te naïef in was gegaan.’

Welke ervaringen geef je ze precies mee?

‘Het belangrijkste is dat je als academische of industriële partij benoemt en erkent dat je verschillend bent en andere belangen hebt. En dat moet je niet alleen aan het begin van een samenwerking doen, maar voortdurend blijven monitoren om te voorkomen dat je uit elkaar groeit. Het is net een huwelijk. Het tweede is dat je vooraf zakelijke afspraken laat vastleggen door universitaire contractspecialisten, en niet denken dat dat later wel goed komt. Die leuke, inspirerende wetenschappers bij het bedrijf waarmee je over de inhoud spart, zijn namelijk niet je gesprekspartner als er contractueel iets mis gaat. Het is echt cruciaal dat je dat verschil ziet. Ten derde wil ik nog een mythe ontkrachten: industrieel geld is géén makkelijk geld. Ook onderzoeksmanagers bij een bedrijf hebben een beperkt budget en moeten elke euro die ze buiten de deur uitgeven verantwoorden.’

Je won in 2019 de Stevinpremie van € 2,5 miljoen. Wat ga je doen met dat geld?

‘In deze fase van mijn carrière is uitbouwen van een groot eigen onderzoeksportfolio geen doel op zich. Met onze afdeling zetten we in de komende jaren – met onze biokatalytici, microbiologen, procestechnologen en sociale wetenschappers – fors in op een multidisciplinair onderzoeksprogramma voor zero-emission biotechnology. Ik hoop daarbinnen, samen met talentvolle jonge onderzoekers in onze afdeling, nieuwe concepten te ontwikkelen, bijvoorbeeld voor het direct of indirect invoeren van groene stroom in microbiële processen; zeg maar een gistcel met een stopcontact.’

Later in het gesprek voegt hij er – zorgvuldig formulerend – aan toe: ‘Mijn ultieme ambitie in het onderzoek is om bij te dragen aan het rigoureus en systematisch elimineren van alle CO₂-uitstoot, en misschien zelfs naar negatieve uitstoot te gaan. Dat zal nooit monodisciplinair kunnen zijn, dus moeten we verbindingen leggen tussen onderzoekers, bedrijven en de maatschappij. Daar wil ik graag aan bijdragen’

‘O wat ben ik blij als we straks weer een collegezaal in kunnen!’

Dat helpen en begeleiden van studenten en jonge onderzoekers komt veel terug als je jou opzoekt op internet. Je won in 2015 de Leermeesterpijs van de TU Delft. Niet alle hoogleraren nemen hun onderwijstaak serieus, maar jij duidelijk wel.

Veert helemaal op, met een brede lach: ‘Ik vind het ontzettend fijn dat je mensen soms kunt helpen door ze een zetje in de goede richting te geven. Soms onbewust. Meestal onbewust misschien. Studenten en promovendi doen het vooral zelf, laat dat duidelijk zijn, maar ik probeer een klankbord voor ze te zijn. Ik vind dat echt mooier dan patenten of publicaties. In het begin van mijn carrière voelde ik als ik een collegezaal binnenliep ‘nu trek ik een jas aan en speel ik de rol van docent’ en dat is gaandeweg van me afgevallen. Het kan nog zo druk zijn met managementtaken of zo, zodra ik een collegezaal binnenstap denk ik ‘ha, lekker, we mogen weer!’. Ik geef daarbij graag duo-onderwijs en dat werkt heel erg goed. Samen met een collega of een promovendus voor de zaal, met veel afwisseling en interactie tussen de docenten. Ook om studenten live te laten zien dat je het niet altijd eens hoeft te zijn, dat wetenschap draait om verschillende inzichten.’

Ik vond een YouTube-filmpje uit 2014 waarin je de profetische woorden sprak: ‘Als onderwijs zich achter een computerscherm gaat begeven, zou ik me er als docent een stuk minder gelukkig in voelen.’

Lachend: ‘Ja, dat is helemaal mijn beleving! We doen nog steeds ons best en we maken er wat van, maar o wat ben ik blij als we straks weer een collegezaal in kunnen!’