Tien master studenten van de Universität Bielefeld ‘bouwen’ een bacterie, die overtollige stroom uit regeneratieve energie en kooldioxide (CO2) gebruikt om biobrandstof te produceren. Hedendaagse problemen geven een stimulans voor hun project: het ontbreken van infrastructuur voor de opslag en transport van regeneratieve energie, een toename van CO2 emissies en een dreigend tekort aan grondstoffen.
De studenten ontwikkelen hiervoor probleemoplossende benaderingen, waarmee ze deelnemen aan International Genetically Engineered Machine’. Deze internationale studentenwedstrijd op het gebied van synthetische biologie wordt sinds 2004 gehouden in Boston (USA).
Stroom uit regeneratieve energie kan tot nog toe niet efficiënt worden opgeslagen of getransporteerd. Dit betekent, dat tot 17% van de windenergie niet aan het elektriciteitsnetwerk kan worden toegevoerd. De studenten willen deze overtollige energie gebruiken, om daarmee door hen geconstrueerde bacteriën te laten groeien.
Biobrandstof
De bacteriën zitten in een reversibele microbiële brandstofcel (rMFC), waarin de energie van de stroom wordt overgedragen op de bacteriën, die deze weer verder gebruiken. Om het doel (een biobrandstof samenstellen) te bereiken, is het belangrijk dat de bacteriën groeien of zich vermeerderen. Hierbij geldt: hoe meer bacteriën, des te meer biobrandstof er kan worden geproduceerd.
Vanaf de groei van de bacteriën tot aan de productie van biobrandstoffen is nog een tussenstap nodig. Daarom werken die studenten eraan om bacteriën geschikt te maken om CO2 te fixeren. Ze brengen daarvoor een metabolisch kanaal aan in de door hen geconstrueerde Escherichia coli bacteriën. Deze zijn tijdens de fotosynthese in planten actief en binden koolstof uit het CO2.
De gefixeerde koolstof in de bacteriën moet de basis vormen voor de productie van economische relevante producten zoals biobrandstof. Een positief neveneffect van het proces is het op deze manier verwijderen van CO2 uit de lucht, die door de bacteriën gebonden wordt.
Isobutanol
Alle fossiele energiebronnen zoals kolen, gas of aardolie hebben hun eigen beperkingen. Daarom hebben de studenten zich als doel gesteld om biobrandstof te produceren, om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Het team uit Bielefeld heeft voor de productie van biobrandstof gekozen voor isobutanol, dat bijvoorbeeld als brandstof voor auto’s kan worden gebruikt. In vergelijking met de gebruikelijke ethanol brandstof is de energiedichtheid van iso-butanol hoger. In theorie betekent dat minder brandstof nodig is om een voertuig aan te drijven.
Voor de productie van isobutanol gebruiken de studenten een synthetische stofwisselingsmethode, die in de natuur niet bestaat. Ze combineren genen uit verschillende organismen en brengen deze over in de door hen geconstrueerde bacteriën, die met behulp van de gefixeerde koolstof uiteindelijk de bio brandstof produceren.
De studenten zijn er al in geslaagd om genen voor isobutanol productie te isoleren en te combineren. Bovendien is een eerste constructie van de ontworpen brandstofcel afgesloten, zodat het team met testprocedures kan starten. Bij de competitie in Boston willen ze de kant-en-klare bacteriën presenteren, die isobutanol kunnen produceren door middel van onder stroom groeien en CO2 fixeren.
iGEM
De iGEM-competitie viert dit jaar zijn tienjarig bestaan. Daarom zijn er ditmaal geen continentale voorrondes, maar mogen alle teams hun projecten rechtstreeks in de finale in Boston presenteren. Vanaf het begin van de competitie van de Massachusetts Institute of Technology (MIT) neemt het aantal deelnemers gestaag toe: van vijf teams in het eerste jaar naar 240 voor dit jaar. In totaal nemen dit jaar circa 2500 deelnemers uit 32 landen deel.
De Universiteit Bielefeld is al het vijfde jaar op rij aanwezig en heeft zich van 2010-2013 met succes kunnen kwalificeren voor de finale. In het laatste jaar werd Bielefeld zelfs Europees kampioen en tweede in het wereldkampioenschap.
