Wetenschappers gebruiken bacteriestam in snoeiafval voor duurzame bioproducten

Samenvatting

Onderzoekers hebben een bacteriestam, Rhodococcus sp. 24CO, geïdentificeerd in snoeiafval van olijven. Deze bacteriestam produceert efficiënt neutrale lipiden, met name triacylglycerolen, met potentiële toepassingen in de biotechnologie. De stam toont aan dat hij verschillende koolstofbronnen kan omzetten in hoogwaardige producten, zoals biobrandstoffen, detergenten, cosmetica en farmaceutische componenten. Dit biedt een duurzame oplossing voor het gebruik van olijfafval en mogelijk een lagere milieu-impact.

Onderzoekers uit Argentinië en Spanje hebben aangetoond dat een bacteriestam in snoeiafval van olijven potentieel heeft voor biotechnologische toepassingen. 

De studies, gepubliceerd in Fermentatiebouwt voort op het onderzoek dat in 2022 werd gepresenteerd op het XVII Argentijnse Congres voor Algemene Microbiologie.

De betreffende stam, Rhodococcus sp. 24CO, zet verschillende koolstofbronnen efficiënt om in neutrale lipiden, vooral triacylglycerolen, en slaat daarbij tot wel 47 procent van zijn biomassa op als voedingslipiden. 

De synthese van microbiële triacylglycerol heeft de laatste tijd veel aandacht gekregen vanwege het potentieel voor de productie van duurzame hoogwaardige producten uit afvalstoffen. Dergelijke producten omvatten biobrandstoffen, detergenten, meststoffen, cosmetica en farmaceutische componenten.

Rhodococcus sp. 24CO, werd geïsoleerd uit de bladeren van Frantoio-cultivars aan de oostkust van Zuid-Patagonië. Veel Rhodokokken soorten staan ​​bekend om hun vermogen om hardnekkige en gevaarlijke vervuiling door bijvoorbeeld pesticiden, herbiciden en radioactief materiaal te verminderen en om hun vermogen om goedkoop substraat om te zetten in waardevollere verbindingen.

Om de eigenschappen en mogelijkheden van de stam te beoordelen, onderwierpen de onderzoekers deze aan verschillende testen.

Na kweek kon 24CO groeien op vier van de 50 geteste koolstofbronnen, waaronder fructose, mannitol, sorbitol en arabitol. De eerste twee, van nature aanwezig in olijfbladeren, leidden tot triacylglycerolaccumulaties tot respectievelijk 47 procent en 28 procent van het droge celgewicht.

Er werd ook in stikstof een hoge productie van neutrale lipiden uit mannitol waargenomen. De auteurs zijn van mening dat dit een nog niet eerder gerapporteerd gedrag is en dat dit van industrieel belang is, omdat het impliceert dat de stam een ​​grote biomassa en tegelijkertijd grote hoeveelheden triacylglycerolen zou produceren.

Chemische analyse van verse en ontwaterde bladextracten van snoeiafval van olijven liet een hoge koolstof-stikstofverhouding zien, wat erop wijst dat het geschikt is voor de productie van lipiden. 

Verdere culturen ondersteunden dit en leverden meer dan 20 procent van het droge celgewicht op als neutrale lipiden met de ontwaterde infusie en acht procent met de verse infusie. Triacylglycerolen geproduceerd met de eerstgenoemde leken op die van mannitolkweek.

In aanvulling, beide culturen detecteerden kleine hoeveelheden polyhydroxybutyraat, een polymeer van belang voor biologisch afbreekbaar plastic productie. Genoomanalyse van Rhodococcus sp. 24CO bevestigde het potentieel ervan voor de synthese van deze polymeren.

Uit verdere analyse bleek dat er aanzienlijke genetische verschillen waren tussen 24CO en Rhodococcus sp. RHA1, een van de best bestudeerde leden van het geslacht. 24CO miste verschillende genen die verband houden met redox- en stikstofmetabolisme, aanwezig in RHA1, en die doorgaans worden geactiveerd onder lipidenproducerende omstandigheden. De afwezigheid van deze genen leek de lipidenaccumulatie van 24CO niet te belemmeren, wat suggereert dat er alternatieve regulatiemechanismen zijn.

Hoewel 24CO minder wasesterenzymen bleek te bevatten dan RHA1, waren de lipideopbrengsten gelijk aan of hoger dan die van eerstgenoemde. Dit suggereert dat de enzymen die verantwoordelijk zijn voor de biosynthese van triacylglycerol in deze stam mogelijk efficiënter zijn. Enzymen van de Kennedy-route waren echter wel volledig aanwezig en hadden een hoge redundantie.

Nadat ze geschikte omgevingsomstandigheden voor de soort hadden beoordeeld, concludeerden de onderzoekers dat de soort kon overleven en zich kon voortplanten bij temperaturen tussen 4 °C en 30 °C, met een optimale temperatuur van 28 °C. 

Experimenten met het zoutgehalte en de pH-waarde lieten zien dat de plant tot vijf gewichtsprocent natriumchloride per volume kon verdragen, met een pH-waarde van zes tot tien, oftewel licht zuur tot basisch. 

De auteurs merken ook op dat de bladoppervlakken in Patagonië een ruwe omgeving vormen, blootgesteld aan hoge ultraviolette straling, lage gehaltes aan voedingsstoffen en uitdroging.

Hoewel er veel initiatieven zijn die gericht zijn op het verminderen en hergebruik van olijfafval Hoewel de werkzaamheden gaande zijn, wordt het snoeiafval van de olijven nog steeds voor het grootste deel verbrand. 

Alleen al in Spanje wordt jaarlijks ongeveer 1.25 miljoen ton blad geproduceerd door snoeien. De onderzoekers denken dat Rhodococcus sp. 24CO is een haalbare kandidaat voor het omzetten van deze enorme biomassa in duurzame en waardevolle producten, voornamelijk via triacylglycerol-biosynthese.

• Coniciet
• Microbiologie