Hoe een unieke schimmel die te vinden is in olifantenpoep via een kop koffie in Nijmegen en jaren onderzoek in Delft, leidt tot een doorbraak binnen het biomassa domein; Jack Pronk vertelt over de innovatie waardoor landbouw reststromen omgezet kunnen worden in ethanol en bruikbaar worden als biobrandstof.

Hoe ontstond het idee om olifantenpoep te gebruiken om uiteindelijk biomassa te verkrijgen?

“Het begon rond het jaar 2000 met een kop koffie in Nijmegen met collega-microbioloog Huub Op den Camp. Ik was, met veel andere gistonderzoekers, toen al jaren gefascineerd door de vraag hoe we met bakkersgist suikers uit landbouwreststromen zouden kunnen omzetten in biobrandstof. Eerdere pogingen daartoe liepen steeds vast op het ontbreken van een enkel enzym met de naam xylose-isomerase.

Huub werkte voor een ander onderzoek met een schimmel die hij had geïsoleerd uit olifantenpoep. Toen hij vertelde over een specifiek stukje DNA bedacht ik dat Huub en zijn team in Nijmegen wel eens de sleutel voor “mijn” gistprobleem in handen zouden kunnen hebben. Samen lieten we zien dat het inbrengen van het schimmelgen in bakkersgist dit “missing link”-probleem oploste. Dat resultaat werd de start van jaren van onderzoek bij TU Delft, waarbij ook in toenemende mate samengewerkt werd met DSM. In dat onderzoek werd bakkersgist geschikt gemaakt om de veelvoorkomende suikers uit landbouwresstromen (xylose en arabinose) te verwerken. Rond 2010 kon onze gemodificeerde gist alle relevante suikers uit de plantenresten snel omzetten in ethanol.”

Welke successen zijn tot nu toe geboekt?

“Het was geweldig om te zien dat in een onderzoeksperiode van ongeveer tien jaar een werkende techniek was ontwikkeld. Om deze techniek impact te laten hebben in de praktijk waren vervolgonderzoek en investeringen door de industrie essentieel. DSM heeft vervolgens, met een Amerikaanse partner, een fabriek in Iowa in de VS gebouwd voor ethanolproductie uit reststromen van mais. DSM licenseert de technologie nu aan andere bedrijven. Ik heb er vertrouwen in dat deze technologie zowel in de VS als elders, toepassing zal vinden. Bovendien wordt de technologie en kennis die we in dit onderzoek hebben ontwikkeld, toegepast in andere onderzoekslijnen.”

Met welke uitdagingen hebben jullie te maken (gehad)?

“Het lukte ons met gerichte genetische modificatie vrij snel om gisten ‘om te bouwen’ voor snelle, efficiënte ethanolproductie uit een enkele suiker. Het bleek echter veel uitdagender om ook complexe suikermengsels, zoals de suikersoepen die uit landbouwreststromen worden gemaakt, om te zetten. Om dit probleem op te lossen, maakten we intensief gebruik van evolutie in het laboratorium. Daarbij dwongen we gisten eerst maandenlang om suikermengsels te eten. Hierdoor ontstonden gisten die de mengsels sneller konden omzetten. Door van die “opgevoerde” gisten vervolgens de volledige DNA-volgorde te bepalen, konden we in kaart brengen welke veranderingen in het DNA hiervoor belangrijk waren. Dit bleek een krachtige onderzoeksbenadering die we nog steeds in veel projecten toepassen.”

Hoe ziet de toekomst eruit?

“Qua onderzoeksmethoden zitten we middenin een ongekende versnelling op het gebied van genetische modificatie. We kunnen daarmee veel complexere uitdagingen aanpakken dan de onze. Qua toepassing ben ik er nog steeds van overtuigd dat grootschalige omzetting van landbouwreststromen in ethanol realiteit gaat worden. Op dit moment wordt 99,9 % van de wereldwijd geproduceerde ethanol gemaakt met bakkersgist. Ik vind het alleen maar mooi als er slimme alternatieve ideeën ontstaan die economisch interessanter of duurzamer blijken.

Waarom is het goed dat deze innovatie nu ‘de wereld over gaat?’

“Ik geloof dat we alle kansen moeten benutten om te verduurzamen en hiervoor moeten inzetten op diverse technieken. Biotechnologie kan zeker bijdragen aan verdere verduurzaming en daar is deze innovatie een mooi tastbaar bewijs voor.”