Irene Sánchez-Andrea, winnaar Research Award 2021, University Fund Wageningen Sommige bacteriën en archaea kunnen groeien met kooldioxide (CO2) als enige koolstofbron, net als planten. Ze zetten CO2 om naar organische stof via zes verschillende routes en sinds tientallen jaren zochten biologen naar een zevende route. Deze zevende route werd vorig jaar gevonden door Irene Sánchez-Andrea, onderzoeker bij het Laboratorium voor Microbiologie van WUR.
Sánchez-Andrea bestudeerde Desulfovibrio desulfuricans, een bacterie die leeft in sedimenten en bodems onder zuurstofvrije omstandigheden. Deze bacterie groeit op een mengsel van waterstof, sulfaat en CO2, allemaal anorganische verbindingen. Voor haar ontdekking ontving ze de Research Award 2021 van het Universiteitsfonds Wageningen.
De tutor van Sánchez-Andrea, Fons Stams, bestudeerde Desulfovibrio desulfuricans al in 2008. Eerst dachten onderzoekers dat deze bacterie organisch materiaal nodig had om te groeien, maar toen werd aangetoond dat de bacterie kan groeien met formiaat, een eenvoudige koolstofverbinding, samen met een andere microbe. Aanvankelijk dachten ze dat deze microbe D. desulfuricans van organische verbindingen voorzag, maar dat bleek niet het geval te zijn. Sánchez-Andrea ontdekte dat deze bacterie kon groeien zonder organische verbindingen. Na drie jaar laboratoriumexperimenten en computeranalyses ontrafelde ze de chemische route hoe de bacterie koolstofblokken maakt uit CO2.
‘Het was mijn hobbyproject’, zegt Sánchez-Andrea’s, die een Tenure Track volgt aan de universiteit. ‘Het kostte veel tijd en er waren veel uitdagingen, zoals ervoor zorgen dat het groeimedium geen organische verbindingen bevat. Chemische stoffen of glaswerk die voor mediumbereiding worden gebruikt, kunnen organische verbindingen bevatten, maar we konden absoluut geen verontreinigingen toestaan.’ Ze werkte samen met onderzoekers van het Max Planck Instituut in Potsdam en UC Berkeley, die ook op zoek waren naar de zevende route.
Ze vond een unieke route in deze bacterie, waarin stikstof en CO2 werden omgezet in formiaat en glycine. Glycine, C2H5NO2, is een aminozuur dat verder wordt omgezet in biomassa. Deze resultaten publiceerde ze in oktober 2020 in Nature Communications.
Het was mijn hobbyproject
Haar ontdekking van het route is niet alleen een wetenschappelijke prestatie, maar ook nuttig om klimaatvraagstukken aan te pakken en een biobased economy te ontwikkelen. D. desulfuricans blijkt op een vrij energiezuinige manier CO2 om te zetten in biomassa en chemicaliën. Sánchez-Andrea wil hierop voortbouwen door de bacterie op grotere schaal te kweken voor de productie van interessante chemicaliën zoals biobrandstoffen. ‘De bacterie groeit in het lab. De volgende stap is om het assortiment producten uit te breiden, er meer op industriële schaal te laten groeien en ook om het route te introduceren in andere bacteriën die gemakkelijk groeien in bioreactoren. Hiermee kunnen we met weinig energie op grote schaal chemische bouwstenen produceren en tegelijkertijd CO2 vastleggen.’ Bovendien wil Sánchez-Andrea nagaan of meer bacteriën deze truc of soortgelijke trucs kunnen doen met CO2, eventueel met behulp van enkele andere varianten van het route. Misschien kunnen verwanten van D. desulfuricans met anorganische materialen chemicaliën maken voor de biobased economy.