Schoner produceren
- Han de Winde
De industrie gebruikt vaak micro-organismen zoals bacteriën, schimmels of gist voor maken van allerlei producten. Kaas, antibiotica, enzymen voor wasmiddelen, brood, wijn en bier zijn bekende voorbeelden hiervan. Genomics wordt in deze sector ingezet om de productieprocessen schoner en minder belastend voor het milieu te maken, zegt professor Han de Winde, hoogleraar genetics&genomics van industriële micro-organismen aan de Technische Universiteit Delft.
Wat valt er te verbeteren aan deze processen?
De productie van bakkersgist is een goed voorbeeld. Bakkersgist wordt al heel lang door mensen gebruikt, onder meer voor het bakken van brood en het maken van wijn. Het gangbare proces om bakkersgist op grote schaal te produceren levert nogal wat afvalwater. De grondstof voor dit proces is melasse, een afvalproduct van de suikerindustrie. Melasse bevat veel nuttige voedingstoffen voor gist om op te groeien, maar ook veel rommel. Daardoor heb je aan het eind een grote fermentor vol gist in vuil water. Om de gist hier schoon uit te krijgen is veel extra water nodig om de gist te wassen. Het waterverbruik is dus heel hoog en de industrie zoekt naar mogelijkheden om dit te reduceren.
Genomics kan daarbij helpen?
In plaats van melasse zou je schonere grondstoffen kunnen gebruiken die echter vaak duur zijn. Een schoner proces bespaart vervolgens weer kosten omdat je minder water nodig hebt en het geheel sneller kan verlopen. Maar dat is nog niet voldoende voor bedrijven om het kosteneffectief te maken. Daarvoor moet het proces meer gist gaan opleveren, het is daarom belangrijk dat de gist heel goed groeit op deze nieuwe grondstof. Om dat goed te kunnen sturen moet je heel gedetailleerd weten hoe de gist in elkaar zit en wat de invloed van het soort voeding, de snelheid waarmee je voeding toedient, de temperatuur etc. is op de groeisnelheid van de gist. En daarvoor hebben we genomics nodig.
Maar als gist al zolang gebruikt wordt, dan weten we toch ondertussen wel hoe je deze het best kunt laten groeien?
We weten inderdaad al erg veel over gist, ook op genetisch niveau. De genoomsamenstelling van gist is opgehelderd en van 60% van de genen weten we ook wat hun functie is. Maar dat betekent tegelijkertijd dat we het van 40% nog niet weten; er is dus nog veel onduidelijk. Met genomics kun je echter heel breed kijken en daarom is deze technologie zo belangrijk. Ondanks dat we niet van alle genen weten wat ze doen, kunnen we wel onderzoeken of ze een rol spelen bij bepaalde processen in de gist.
Hoe dan?
- De genexpressie is de vingerafdruk van de gist.
Met genomics kunnen we relatief eenvoudig de reactie van heel veel genen op verschillende condities met elkaar vergelijken. De genexpressie, de mate waarin genen aan of uit staan, wordt beïnvloed door factoren in de omgeving, bijvoorbeeld door de temperatuur of de aanwezige voedingstoffen. Als je in een goedlopend proces, waarbij de gist goed groeit en van goede kwaliteit is, deze genexpressie in kaart brengt heb je een soort genetische vingerafdruk van de gist. Deze gebruik je als standaard. Vervolgens verander je iets in het proces en je kijkt wat de reactie is op de genexpressie en op het verloop van het proces. Zo breng je relaties aan tussen genexpressie en het procesverloop. Dit werkt ook voor genen waarvan je de functie nog niet weet, want je kunt wel zien door welke factoren ze beïnvloed worden.
Zo leer je vooral nog veel meer over gist, niet over een schoner proces.
Het werkt naar twee kanten. We leren inderdaad veel meer over de genetische basis van gist en over de mogelijke functies van genen die nu nog onbekend zijn. Maar deze kennis kunnen we ook meteen toepassen om het micro-organisme of het proces aan te passen. Als we weten welke genen cruciaal zijn kunnen we daar heel snel op selecteren en de gist op kruisen, zodat je gist kweekt die de juiste genetische eigenschappen heeft. Bijvoorbeeld die genen die ervoor zorgen dat de gist op een schone suikersiroop heel efficiënt kan groeien. Als je weet waar je naar zoekt gaat dit selectieproces veel sneller. Dit geldt trouwens ook voor andere micro-organismen, zoals bacteriën en schimmels.
Wordt deze aanpak ook al praktisch toegepast?
Ja, met behulp van o.a. genomics methoden hebben we een gist ontwikkeld die heel goed kan groeien op xylose, een suiker die veel in houtafval voorkomt. De gist zet deze xylose om in alcohol en dat is een goed alternatief voor fossiele brandstoffen. De productie van milieuvriendelijker brandstoffen komt hierdoor een stap dichterbij.
