Een bacterie zet plastic om in paracetamol

Een bacterie eet een plastic fles op en eenmaal binnenin fermenteert de cel het afval, net als bier, en zet het om in paracetamol. Zo kan een wetenschappelijk onderzoek – dat maandag in het tijdschrift Nature is gepubliceerd – worden samengevat. Deze studie, die voor het eerst op een "volledig nieuwe" manier is gepubliceerd, maakt gebruik van klassieke chemie, aldus Stephen Wallace, auteur van de studie. Hij legt de innovatie uit: "Met behulp van levende microben hebben we geavanceerde chemische transformaties uitgevoerd, die nieuwe, groenere en duurzamere manieren zouden kunnen bieden om waardevolle materialen, zoals medicijnen, uit afval te produceren."

Wallace en zijn wetenschappelijke team aan de Universiteit van Edinburgh (Verenigd Koninkrijk) zijn erin geslaagd om op natuurlijke wijze, binnen een levende Escherichia coli- bacterie, te induceren wat tot nu toe alleen in reageerbuizen was waargenomen. Dit is de omzetting van zuur-afgeleide moleculen in belangrijke verbindingen voor de productie van medicijnen – zoals paracetamol – na een reactie die bekend staat als de Lossen-omlegging. De onderzoekers gingen nog een stap verder en konden dit vermogen binnen bacteriën reproduceren met alleen de microbiële cellen zelf en zonder gebruik te maken van complexe laboratoriumkatalysatoren.

"Het interessante is dat we de bacteriën niet hoefden te leren hoe ze de reactie moesten uitvoeren: de truc was om te beseffen dat ze de tools al hadden en alleen nog maar begeleid hoefden te worden", legt Wallace uit. Bacteriën bevatten van nature fosfaat in hun cellen, wat de chemische katalyse kan activeren die de wetenschappers interesseerde. "Wat we deden, was synthetische biologie gebruiken om nieuwe biologische routes in de bacteriën te bouwen. Deze routes sturen de chemie van de cel naar de productie van de specifieke stof die we wilden. In dit geval een medicijn", legt de auteur uit. Dus in plaats van de bacteriën te dwingen iets nieuws te doen, gaven de wetenschappers ze gewoon de juiste route en lieten hun eigen chemie de rest doen.

Plastic komt al helemaal aan het begin van het proces in beeld, wanneer PET – veel gebruikt in drankverpakkingen – wordt afgebroken tot een van zijn bouwstenen. Dit wordt vervolgens een molecuul dat de chemische reactie in de bacteriën op gang kan brengen. Van daaruit zetten de micro-organismen dat molecuul om in een belangrijk ingrediënt en uiteindelijk in paracetamol. "Op basis van wat we hebben waargenomen, is het zeer waarschijnlijk dat veel – of zelfs de meeste – bacteriën dit soort transmutaties kunnen uitvoeren. Dit opent een nieuwe kijk op hoe we microben kunnen gebruiken als kleine chemische fabriekjes", merkt Wallace op.

Emissievrije fabrieken

Deze miniatuurfabriekjes werken bovendien op kamertemperatuur en produceren geen CO2-uitstoot. Dit is nog een belangrijk verschil met de traditionele paracetamolproductie. De onderzoeker legt uit: "Het is fascinerend dat maar weinig mensen weten dat de paracetamol die ze innemen zijn levenscyclus begint als aardolie." Hij voegt eraan toe: "Wat mij het meest aanspreekt aan ons werk, is dat we een nieuwe, groenere manier hebben gedemonstreerd om dit wereldwijde medicijn te produceren, met behulp van bacteriële fermentatie in plaats van fossiele brandstoffen."

Hoewel het nog te vroeg is om te zeggen, zou dit deel kunnen uitmaken van een bredere verschuiving naar duurzamere, biobased productie, zowel in de farmaceutische industrie als in de recycling van kunststof. "Afval is immers gewoon koolstof, en microben zijn dol op koolstof. In plaats van afval in de atmosfeer te lozen door het te verbranden of te storten, kunnen we het gebruiken," voegt Wallace eraan toe.

In deze eerste onderzoeksfase zijn slechts kleine hoeveelheden paracetamol geproduceerd en geëxtraheerd. Het volgende doel is om de productie op te schalen en ten slotte moeten de resultaten worden getest: "Menselijke proeven zijn een heel andere stap, en terecht. Elk geneesmiddel dat voor commercieel gebruik is bedoeld, moet strenge veiligheids- en regelgevingstests ondergaan, wat tijd en streng toezicht vergt", aldus de onderzoeker. Hoewel de wetenschappers geloven dat hun werk "een spannend potentieel" heeft, is er nog een lange weg te gaan voordat deze bacteriële versie van paracetamol in aanmerking komt voor medisch gebruik.