‘Doorbraak in productie organische zuren’

Project

‘Doorbraak in productie organische zuren’

Onderzoekers van Wageningen University & Research hebben in samenwerking met olie- en gasmaatschappij Total een nieuw proces ontwikkeld om langs biotechnologische weg organische zuren te produceren. De ontdekking van het micro-organisme Monascus ruber bleek de cruciale stap in het nieuwe proces. Deze schimmel is zeer geschikt voor de productie van organische zuren in grootschalige industriële fermentatieprocessen. De polymelkzuren die voortkomen uit het proces zijn bovendien biologisch afbreekbaar en hebben interessante nieuwe eigenschappen.

“Total nam contact met ons op omdat zij zeer geïnteresseerd zijn in de duurzame productie van chemicaliën, waaronder organische zuren uit biomassa,” aldus professor Gerrit Eggink, accountmanager in het bilaterale project. “Deze zuren kunnen gebruikt worden als bouwstenen voor polymeren als polymelkzuur. Het nadeel van de micro-organismen die momenteel hiervoor worden ingezet, is dat ze groeien bij hoge pH-waarden. Hierdoor is de opwerking van organische zuren kostbaar en ontstaat er restafval, zoals gips. Total vroeg ons om een micro-organisme op te sporen dat groeit bij lage pH-waarden en tegelijkertijd bestand is tegen hoge concentraties organische zuren.”

Stamverbetering

In het lab in Wageningen brachten onderzoekers van Wageningen Food & Biobased Research het genoom en de metabole routes van een aantal kansrijke micro-organismen in kaart. Projectleider Ruud Weusthuis: “We hebben een veelheid aan micro-organismen getest en uiteindelijk een keuze gemaakt op basis van een aantal eigenschappen: groeisnelheid bij hoge zuurconcentraties, genetische toegankelijkheid, patenteerbaarheid en veiligheid. De Monascus ruber schimmel sprong er in positieve zin uit. Vervolgens keken we welke genen uitgeschakeld of juist geïntroduceerd moeten worden om de productie van melkzuur op gang te brengen. Tegelijkertijd hebben we laboratoriumevolutie toegepast zodat het micro-organisme in optimale condities kan presteren. Zo zijn we erin geslaagd de Monascus ruber bij een zeer lage pH-waarde te laten groeien, terwijl het organische zuren produceert en tolereert tot zeer hoge concentraties per liter.”

Wederzijds vertrouwen

Eggink is trots op hoe het project met Total is verlopen: “De samenwerking verliep uitstekend. Je gaat aan de slag met een wild organisme uit de natuur zonder vooraf te weten waartoe het leidt. Dat vraagt om wederzijds vertrouwen. Gedurende het project hebben we steeds goed gekeken naar de optimale samenstelling van ons Wageningse team. Het ene moment heb je een microbioloog nodig, het andere een expert in genomics of een process engineer. We konden efficiënt schakelen tussen toegepaste onderzoekers van Wageningen Food & Biobased Research en fundamentele van de universitaire groepen Bioprocess Engineering, Microbiologie en Systeem & Synthetische Biologie. Gelukkig konden we al snel de conclusie trekken dat we met de Monascus ruber goed zaten. Uiteindelijk zijn we erin geslaagd het te transformeren tot een ‘cell factory’ die snel én efficiënt zijn werk doet onder industriële condities.”

Prettige bijkomstigheid is dat de Monascus ruber een food-grade schimmel is die wordt toegepast bij de productie van rode rijst. De schimmel staat als veilig geregistreerd, waardoor de weg naar verdere ontwikkeling open ligt. De labresultaten worden binnenkort op pilotschaal getest bij Total in de VS, waarbij Wageningse onderzoekers zullen zorgen voor de noodzakelijke kennisoverdracht. Het jarenlange onderzoek en ontwikkelingswerk is beschermd door een drietal gehonoreerde patenten.