De zee is de thuisbasis van de meest succesvolle bacteriën op onze planeet. De relevantie van zeebacteriën in de wereldwijde voedingsstoffenkringloop is goed gedocumenteerd. Alleen de chemie erachter is nog steeds niet helemaal helder. Een interdisciplinair team van onderzoekers heeft nu de afbraakroute van algenbiomassa ontcijferd. Met deze kennis kunnen algen binnenkort een belangrijk hernieuwbaar biomateriaal worden. Zelfs de productie van bioplastics zou mogelijk moeten worden met algen.

Algen zijn veelsoortige plantaardige organismen. Door hun fotosynthese zijn ze de belangrijkste bron van zuurstof in water en aan het aardoppervlak. Maar ze veroorzaken ook schade als gevolg van een versnelde groei van de algenbloei. Algenbloei is de term voor het massaal voorkomen van algen. Het probleem is: voor de afbraak van algen is zuurstof nodig. Hoe meer algen afbreken, hoe meer zuurstof er wordt verbruikt, waardoor het leven van alle zuurstofafhankelijke organismen in het water in gevaar komt.

Naar het voorbeeld van de natuur

De wetenschap is op zoek naar een industrieel gebruik voor de ecosysteem-vijandige algentapijten die algenbloei veroorzaken. Christian Stanetty van het Instituut voor Toegepaste Synthetische Chemie van de Technische Universiteit van Wenen legt uit dat de grote moleculen die ze produceren, moeten worden afgebroken tot afzonderlijke onderdelen die kunnen worden gebruikt. Het model voor dit gecompliceerde proces vindt hij in de natuur zelf – met name het natuurlijke metabolisme van algen, dat via bepaalde bacteriën plaatsvindt.

Luister nu naar De IO Show!

Elke week het nieuws van Innovation Origins in je oren!

Stanetty maakt deel uit van het transnationale onderzoeksproject POMPU (Proteogenomics Of Marine Polysaccharide Utilization), waarbij onderzoekers algen willen ontwikkelen als een hernieuwbaar biomateriaal. Waar het telkens op vastliep was ons onbegrip over de chemie van algen. Algen vormen de basis van het mariene ecosysteem. Ze slaan meer koolstof op dan alle aardse planten. De koolhydraten van de algen worden afgebroken door bacteriën, waardoor ze een belangrijke energiebron zijn voor de hele mariene voedselketen.

Biochemische functies van enzymen

Polysachariden (meerdere suikers) uit zeealgen verschillen chemisch van die van landplanten. Hoe algenpolysachariden door mariene bacteriën worden afgebroken was tot nu toe grotendeels niet bekend. De onderzoekers van het POMPU project zijn er nu in geslaagd om de volledige afbraakroute van ulvan, het belangrijkste polysaccharide in algen, te analyseren en te begrijpen. In een artikel gepubliceerd in het wetenschapstijdschrift Nature Chemical Biology, beschreven zij de metabole route die leidt tot de biochemische werking van enzymen. Er zijn in totaal zes verschillende enzymen die polysachariden afbreken tot monosachariden. Op die manier transformeren de enzymen een tot dan toe onbenut biomateriaal tot een hernieuwbare en ecologisch duurzame hulpbron.

Dit biomateriaal kan gebruikt worden voor fermentatie, voor de productie van waardevolle suikersoorten en in de toekomst ook voor gespecialiseerde bioplastics. Het doel is een milieuvriendelijke kringloopeconomie waarin zoveel mogelijk gebruik wordt gemaakt van hernieuwbare grondstoffen.

Volledig CO2-neutraal

Professor Marko Mihovilovic van de TU Wenen benadrukt dat het gebruik van algen voor de synthese van koolwaterstoffen volledig CO2-neutraal is en hij ziet het succes van het project als een stap in de richting van een duurzame chemie, die een echte, ecologisch praktische circulaire economie mogelijk maakt.

Zijn perspectief is dat de synthese het mogelijk maakt om fossiele grondstoffen te vervangen. Ook al zijn het in eerste instantie vrij eenvoudige producten, zoals speciale soorten suiker. “Maar hoe beter we de chemie erachter begrijpen, hoe beter we in staat zullen zijn om deze algen te gebruiken als eerste materialen voor complexe syntheses, waaronder bioplastics.”