Clemens Mayer en Suzanne Jansen dwingen bacteriën om PFAS te eten. Corné Sparidaens
Kun je het onverwoestbare PFAS tóch op natuurlijke wijze laten afbreken? Twee onderzoekers aan de Rijksuniversiteit Groningen werken aan een doeltreffende martelmethode.
Niemand wordt blij van PFAS dat zich ophoopt in onze eieren, wijn en ons drinkwater. Troep die uiteindelijk onze lever en schildklier naar z’n grootje helpt. Maar treur niet langer, aan onze redding wordt gewerkt. In de Rijksuniversiteit Groningen staan Clemens Mayer (40) en Suzanne Jansen (28) hele dagen gebogen over glazen flacons met gele substantie. De essentie van hun werk? Bacteriën martelen.
Een beetje alsof je een peuter dwingt om een bord vol sla te eten. Er zit weinig energie in en het smaakt niet vet of zoet. Zo proberen deze universitair hoofddocent biochemie en zijn promovenda de bacteriën te dwingen om zich tegoed te doen aan dat vieze PFAS. Dat zijn lange moeilijke strengen van koolstoffluorideverbindingen, waar een bacterie nagenoeg geen energie uit kan halen. In een natuurlijke setting zou geen enkel organisme er ook maar iets voor voelen. Maar in een laboratorium met níéts anders op het menu, geldt het mantra ‘honger maakt rauwe bonen zoet’.
Bacteriën als gladiatoren
In het moderne chemielaboratorium in het Feringagebouw van de RUG kijken onderzoekers in labjassen geconcentreerd naar de chaos van reageerbuisjes en magnetronnige apparaten. Op een van de bureaus staat het experiment van promovenda Jansen. Vier glazen flessen met gele substantie. In de troebele vloeistof zijn bacteriën actief, verklaart ze. „Een soort mini-Colosseum: miljoenen bacteriën vechten als gladiatoren wie er wint”
Die winnaar is geen straatvechter, maar een PFAS-vreter. Al is het nog niet zover. De bacteriën vernietigen nog geen PFAS (verzamelnaam van per- en polyfluoralkylstoffen), maar maken al wel progressie.
In de troebele flacons vechten bacteriën als gladiatoren om te overleven. Corné Sparidaens
Een slim enzym als startpunt
De basis van dit experiment ligt in de natuur. In de maag van sommige grazers leven bacteriën die voor hun spijsvertering een speciaal enzym hebben dat fluoroacetaat afbreekt, een giftig stofje dat sommige planten maken. Fluoroacetaat is een simpele verbinding van één koolstofmolecuul (C) en één fluoridemolecuul (F).
Dat slimme enzym is voor Mayer en Jansen het startpunt, al heeft PFAS niet één, maar minstens acht van zulke C-F-verbindingen. Dat maakt PFAS ook zo onverwoestbaar. „Dat was ooit een selling point”, zegt Jansen. „Tot we erachter kwamen dat het een milieu- en gezondheidsprobleem werd.”
De succesvolle bacteriën waarvan het enzym de moeilijke C-F-verbinding kan afbreken worden weer opgekweekt. Corné Sparidaens
Maar onze PFAS-vernietigers maken progressie. Ze hebben het natuurlijke enzym in het lab al getraind. Het lukte gekweekte bacteriën om fluoroacetaat met een extra koolstofatoom af te breken. Die elite-cellen mochten vervolgens losgaan op fluoroacetaat met twee C-F-verbindingen. Met succes. Nog zes te gaan.
PFAS vreten of sterven
Dit proces heet ‘gestuurde evolutie’. Het is het onderwerp van Jansens promotieonderzoek. Waar organismen in de natuur evolutionair duizenden jaren nodig hebben voor zulke aanpassingen, kun je dat in een lab in luttele weken voor elkaar krijgen. Door miljoenen bacteriën te martelen: het is chemische stofjes vreten of de pijp uit.
Jansen laat op een computer een grafiek zien met neergaande lijn. „Deze bacterie is doodgegaan.” Het sterfgeval roert de biologe niet tot tranen. „Al voelen de succesvolle bacteriën soms wel een beetje als mijn huisdieren.”
Hoe meer C-F-verbindingen de bacteriën moeten afbreken, hoe lastiger het zal worden, weet Jansen. „Als alles helemaal volgens plan gaat, duurt het nog enkele jaren. Maar er zijn altijd dingen die tegenzitten. Zo gaat dat in de wetenschap.”
Veelbelovend voor waterzuivering
„We doen babystapjes. Over tien jaar kunnen we misschien PFAS afbreken”, zegt Mayer. Hij is voorzichtig optimistisch, te meer omdat hij aanvankelijk niet had verwacht dat deze methode zou werken. „Eenvoudig in theorie, maar complex als het moet gebeuren in een bacterie waarin tienduizenden moleculen elkaar beïnvloeden.”
Hij vindt dit onderzoek daarom veelbelovend. Al zullen de superbacteriën straks niet opeens tussen de scharrelkipjes op de grond gestrooid kunnen worden om PFAS aan te vallen. De genetisch aangepaste bacteriën mogen het lab niet zomaar uit.
In grafieken kunnen de onderzoekers zien hoe de bacteriën reageren op de barre leefomstandigheden. Corné Sparidaens
De gespecialiseerde PFAS-afbrekende enzymen zou je volgens Mayer in gecontroleerde omgeving wel kunnen toevoegen aan vervuild water. „Bijvoorbeeld in een rioolwaterzuiveringsinstallatie, waar water eerst gefilterd kan worden tot een verhoogde concentratie PFAS, wat nodig is voor de optimale werking van het enzym.”
Het is toekomstmuziek. Voorlopig teistert dit tweetal nog miljoenen bacteriën in een lab
