Deze ‘semi-fotosynthesecellen’ zijn in staat om onder invloed van zonlicht koolstofdioxide uit de lucht te vangen. Wetenschappers noemen het voorzichtig een doorbraak.

Planten en algen beschikken over een bijzondere eigenschap die het leven op aarde miljoenen jaren geleden drastisch heeft veranderd: ze kunnen koolstofdioxide en zonlicht omzetten in zuurstof en suikers. Maar hoe oud dit proces ook is, wetenschappers hebben het nog steeds niet kunnen doorgronden, laat staan nabootsen in het lab. Het wordt daarom gekscherend het Apollo-project van deze tijd genoemd. Met kunstmatige fotosynthese zouden we simpelweg uit licht en koolstofdioxide schone brandstof kunnen produceren.

Maar goed nieuws: een team van het Max Planck-instituut heeft een flinke stap op dit gebied gezet. Het ontwikkelde hybride plantencellen die een groot deel van fotosynthese kunnen simuleren. Hierbij was het doel van het onderzoek, dat is gepubliceerd in vakblad Science, niet zozeer de energie-output, maar het ‘neveneffect’ van het verwijderen van koolstofdioxide uit de lucht.

Lees ook:

• Zijn er ook dieren die aan fotosynthese doen?
• Genetische aanpassing verhoogt efficiëntie van fotosynthese

Chloroplasten

Chloroplasten, of bladgroenkorrels, zijn de motortjes van elke plant. Hierin vindt namelijk fotosynthese plaats – of meer in het bijzonder in de thylakoïden. Dit zijn platte, opgestapelde compartimenten in chloroplasten.

De onderzoekers isoleerden die thylakoïden uit spinazie en combineerden ze met een kunstmatige metabolische cyclus die heel efficiënt koolstofdioxide omzet. Beter zelfs dan planten in de natuur doen. Deze cyclus bestaat uit 18 biokatalysatoren (enzymen) die de hele reactie een flinke zet geven.

Namaak-fotosynthese

De volgende vraag die de het team zichzelf stelde was: in wat voor medium plaatsen we dit hybride motortje? Het antwoord kwam van het laboratorium van het Centre de Recherché Paul Pascal in Frankrijk. Daar kwamen wetenschappers op het idee om de semisynthetische chloroplasten in druppels op celformaat te stoppen.

Dit wordt gedaan met behulp van een systeem dat de microwaterdruppels in een medium brengt dat voornamelijk uit olie bestaat. Met behulp van deze techniek zegt het team dat het duizenden van deze druppels snel en gemakkelijk kan produceren. Het resultaat: een boel kunstmatige chloroplasten die onder invloed van zonne-energie koolstofdioxide uit de lucht kunnen halen, naar het voorbeeld van de natuur.

Opwindende ontwikkeling

Huub de Groot, hoogleraar Biofysische organische chemie aan de Universiteit Leiden, is zeer te spreken over het onderzoek. “Het artikel beschrijft wat mij betreft een stap voorwaarts op het gebied van de kunstmatige fotosynthese. In het algemeen is het namaken van een organel een grote uitdaging.”

Het wordt onmogelijk geacht om fotosynthese volledig na te bootsen, daarvoor is het proces te ingewikkeld. Toch hebben deze semisynthetische plantencellen al een scala aan toepassingen, zeggen de wetenschappers. In hun onderzoek toonden ze aan dat de kunstmatige chloroplast een bindingssnelheid voor koolstofdioxide heeft die honderd keer sneller is dan eerdere synthetisch-biologische benaderingen.

“Op de lange termijn kunnen [deze] levensechte systemen worden toegepast op praktisch alle technologische gebieden”, zegt onderzoeker Tobias Erb. “We staan nog maar aan het begin van deze opwindende ontwikkeling.”

Bronnen: Science, Max Planck Institute, New Atlas, Trouw

Beeld: Max Planck Institute for terrestrial Microbiology/Tobias Erb

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!