Plantencel. De chloroplast is het cellichaampje links bij e. (afb:WikiMedia Commons)
Er is een manier om koolstofdioxide kwijt te raken: via fotosynthese. Dat gebeurt in planten, bijvoorbeeld, in chloroplasten, de bladgroenkorrels in plantencellen. Onderzoekers hebben nu een eigen verbeterde (? in ieder geval in energetisch opzicht) versie van bladgroenkorrels gemaakt. De onderzoekers hopen dat die kunstchloroplasten kunnen meehelpen de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer te verminderen al is het nog niet duidelijke of deze ‘bladgroenkorrels’ zijn te gebruiken op grote schaal.
Bij de fotosynthese wordt, met behulp van zonlicht, water en kooldioxide omgezet in suikers. De onderzoekers denken hun chloroplasten in eerste instantie te kunnen gebruiken voor het fabriceren van medicijnen, maar ze hebben ook met een schuin ook naar broeikasgasprobleem gekeken.
De natuur heeft zes manieren om CO2 en water om te zetten in suikers. In 2016 kwam daar een zevende manier bij door toedoen van Tobias Erb van het Max Planckinstituut voor terrestische microbiologie in Marburg (D).
“Met behulp van thermodynamica en kinetica hebben we geprobeerd de vastlegging van kooldioxide efficiënter te maken” zegt Erb. Hij en zijn medeonderzoekers noemden hun ‘vastlegroute’ de CETCH-cyclus. een indrukwekkend netwerk van enzymen dat 20% efficiënter is dan de natuurlijke manieren.
Het was echter niet duidelijk of de nieuwe chloroplasten kunnen werken in een levende cel. Zijn collega Tarryn Miller heeft zich toen tot de spinazie gewend. Ze extraheerde lichtgevoelige membranen van de chloroplasten uit die plant. Die plaatste ze in een reactievat met zestien enzymen uit de CETCH-cyclus. Na wat ‘gefrummel’ bleek dat die spinaziemembranen uitstekend konden samenwerken met de CETCH-enzymen.
De onderzoekers maakten ook daadwerkelijk een kunstchloroplast, waarbij de chloroplastmembranen van de plant het zonlicht opnemen dat de energie verschaft die nodig is voor de omzettingsreacties. De CETCH-enzymen zetten kooldioxide om in glycolzuur, dat als uitgangsproduct kan dienen voor allerlei voor de mens nuttige organische verbindingen.
Medicijnen
Voor de onderzoekers is dit het bewijs dat het ook kan, maar ze denken al verder. Micro-organismen zouden (genetisch) kunnen worden omgebouwd om, bijvoorbeeld, medicijnen te produceren. Er zitten echter grenzen aan wat levende organismen kunnen aanmaken.
Volgens Erb kunnen kunstchloroplasten de energie leveren voor niet-levende minireactoren om verbindingen te maken waartoe levende organismen niet in staat zijn. Dat zouden ze wel eens efficiënter kunnen doen dan micro-organismen. Ook zouden die kunstchloroplasten wel eens een rol kunnen spelen in het verlagen van de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer, maar daar hebben we het al over gehad.
Zover is het echter nog lang niet. Er zijn nog allerlei problemen te overwinnen. Zo werken die spinaziemembranen maar een paar uur voor ze beginnen te ontbinden. Het is ook niet echt handig om spinazie te telen om aan die membranen te komen. Volgens Erb is dat dan ook niet slimste manier om het proces op te schalen. Hij werkt al aan een kunstmatig alternatief.
Het zou ook zo maar kunnen dat die kunstchloroplasten zouden worden gebruikt als onderdeel van een volledig synthetisch organisme. Dan zou dat systeem wel eigenschappen moeten krijgen die in de natuur heel normaal zijn als zelfreparatie en -reproductie.
Synthetische organismen
Die problemen hebben Erb en de zijnen er niet van weerhouden te gaan werken aan die synthetische organismen. Daartoe hebben ze de medewerking gezocht van het het J. Craig Venter-instituut in de VS, dat volop bezig is met het bouwen van synthetisch (opgebouwd) leven. Het idee is om die kunstchloroplasten te plaatsen in een ‘minimale’ cel (een cel met zo weinig mogelijk genen). Erb: “De natuur kan heel behoudend zijn. Die heeft nooit alle mogelijkheden voor fotosynthese onderzocht. Dat is wat ons drijft. We kunnen met oplossingen komen waar de natuur niet van terug heeft.”
Bron: Nature