Palm– of kokosolie wordt veel gebruikt: voor wasmiddelen, mascara of chocola. Palmolieplantages en in mindere mate plantage met kojospalmen zijn echter slecht voor natuur en klimaat, aangezien veel van die plantages regenwoud verdringen. Nu hebben onderzoekers rond Martin Grininger van de Goethuniversiteit een mogelijke oplossing voor dat probleem gevonden: laat een gist de vetzuren maken die in palm- en/of kokosolie zitten. Dat scheelt een hoop natuur (met alle gevolgen van dien) al moet er nog wel het een en ander aan gesleuteld worden om die mogelijke oplossing in de praktijk te brengen.
Centraal in dit onderzoek staat een enzym genaamd vetzuursynthase (FAS) dat betrokken is in de aanmaak van die vetzuren bouwt in alle levende organismen. Grininger: “FAS is een van de belangrijkste enzymen in de celstofwisseling en is door de evolutie gedurende miljoenen jaren verfijnd.”
Het enzym katalyseert normaal gesproken de vorming van palmitinezuur (hexadecaanzuur is de officiële scheikundige naam), een vetzuur met zestien koolstofatomen dat dient als bouwsteen voor celmembranen en energieopslag. De industrie heeft echter vooral behoefte aan kortere varianten met zes tot veertien koolstofatomen, die tegenwoordig worden gewonnen uit plantaardige oliën die worden geproduceerd op grootschalige oliepalmplantages die vaak de oorzaak zijn van ontbossing en daarmee van verlies van biodiversiteit.

“Ons fundamentele voordeel ligt in de zeer precieze controle van de ketenlengte”, zegt de Duitser. “We kunnen theoretisch elke ketenlengte produceren en we demonstreren dit met het voorbeeld van C₁₂-vetzuur, dat anders alleen uit palmpitten of kokosnoten kan worden verkregen.”
De onderzoekers hebben de afgelopen twintig jaar een bijdrage geleverd aan de kennis van FAS. Ze ontdekten dat de ketenlengte wordt gereguleerd door de wisselwerking tussen twee subeenheden: het ketosynthasedeel verlengt de keten steeds met twee koolstofatomen, terwijl het thio-esterase-deel de voltooide keten afsplitst als een vetzuur. “We vroegen ons toen af ​​of we verder konden gaan dan analyse en FAS konden bouwen met een nieuw regelsysteem van de ketenlengte. Echt begrip begint wanneer je een fenomeen kunt veranderen of aanpassen.”
Wat zou er gebeuren als je zou ingrijpen in de wisselwerking tussen deze subeenheden? Zou je dan de ketenlengte van de geproduceerde vetzuren kunnen beheersen?

Twee veranderingen

“Twee veranderingen aan FAS brachten ons uiteindelijk bij ons doel,” zegt medeonderzoeker Damian Ludig. “In de ketosynthase-subeenheid heb ik eerst één aminozuur uitgewisseld, waardoor ketens na een bepaalde lengte slechts met een lage efficiëntie werden verlengd. Daarnaast heb ik de thioesterase-subeenheid vervangen door een vergelijkbaar eiwit uit bacteriën dat activiteit vertoont bij het splitsen van korte ketens.” Daarna was hij in staat om vetzuren van korte en middellange lengte te laten aanmaken.

De samenwerking met de onderzoeksgroep van Yongjin Zhou aan het instituut voor chemische fysica van de Chinese academie van wetenschappen, leidde uiteindelijk tot de gewenste resultaten. Zhou en zijn lab slaagden erin giststammen te ontwikkelen die vetzuren produceren met slechts twaalf koolstofatomen in plaats van zestien. Verschillende (genen voor; neem ik=as aan) FAS-varianten werden in deze gisten geïntegreerd voor optimalisatie.
Grininger: “Aan Chinese zijde was Unilever bij dit project betrokken. We streven nu ook naar een samenwerking met een industriële partner om de technologie in de praktijk te brengen.”

Universeel toepasbaar

In een tweede project ging Felix Lehmann van het Griningerlab nog een stap verder door te onderzoeken hoe universeel toepasbaar FAS-varianten zijn voor op maat gemaakte biosyntheses. De specifieke vraag was: kunnen FAS-varianten niet alleen worden omgeleid om vetzuren te maken, maar ook geheel andere verbindingen maken, zoals styrylpyronen? FAS afkomstig van kava-planten, zou medisch interessant kunnen zijn.

Lehmann: “Eerst verwijderden we een deel van FAS dat we niet nodig hadden voor onze doelproducten. Vervolgens pasten we ketosynthase aan zodat kaneelzuur als uitgangsmateriaal kon worden gebruikt.”
Grininger: “In dit project hebben we systematisch onderzocht hoe complete biosynthetische routes kunnen worden opgebouwd met FAS uit gemakkelijk verkrijgbare bouwstenen.” Hoewel de resultaten nog geen directe praktische toepassingen hebben, bieden ze de basis voor het toekomstige ontwerp van nieuwe synthasen, stellen de onderzoekers.
Grininger: “Binnen het Cluster of Excellence SCALE zullen we dit enzym ook gebruiken om op maat gemaakte biomembranen te synthetiseren. De analyse hiervan zal ons inzicht in belangrijke organellen zoals het endoplasmatisch reticulum en mitochondriën (organellen in een cel; as) verdiepen.”

Of technologie daadwerkelijk de problemen met palmolie kan verlichten, hangt nu af van een succesvolle opschaling in samenwerking met industriële partners. De wetenschappelijke basis is gelegd en het lab heeft nog veel ideeën om te onderzoeken.

Bron: phys.org