Gist als de levende fabriek van de toekomst

Gist is fucking hip. En niet alleen om allerlei soorten voedsel te fermenteren en je eigen kombucha of kimchi te maken, maar ook in de wetenschappelijke wereld werken steeds meer laboratoria met de schimmelsoort.

Gist wordt al sinds mensenheugenis gebruikt als biologische fabriek om bijvoorbeeld alcohol te produceren, maar dankzij ontwikkelingen in het veld van synthetische biologie zal het eencellige organisme in de nabije toekomst nog veel meer toepassingen krijgen. Verschillende teams over de hele wereld zijn bezig met het herprogrammeren van gist om alles te maken van plastic tot brandstof tot medicijnen tot textiel – en meer.

Het is niet gek dat we gist hebben gekozen om te helpen met deze nieuwe manier van productie. Gist is in feite al een fabriek in de zin dat het een product (bijvoorbeeld suiker) omzet in een ander product (bijvoorbeeld alcohol) om te overleven. Alles wat we als mensen moeten doen, is ingrijpen in dat proces en ervoor zorgen dat de gist het product produceert wat wij willen hebben.

Dit is geen nieuw idee. Naast simpele, 'natuurlijke' producten als alcohol, gebruiken we gisten al om zo'n 20% van onze biofarmaceutica te produceren – dingen als insuline, vaccins tegen hepatitis, virusachtige deeltjes van het vaccin tegen HPV en anti-malariamedicijnen.

Daarnaast zijn sommige gisten een modelorganisme in moderne celbiologie, wat betekent dat er vreselijk veel bekend is over de werking ervan. Dat betekent echter niet dat het herprogrammeren van een gistsoort triviaal is; vaak zorgen veranderingen in het genoom voor onverwachte uitkomsten. Maar als het wél lukt, kunnen de resultaten redelijk revolutionair zijn.

Zo zijn verschillende bedrijven bezig met het ontwikkelen van gist dat spinnenzijde produceert voor gebruik in textiel. Het is al langer bekend dat spinnenzijde is ongekend sterk is, maar ook zeer moeilijk te produceren. Spinnen maken er niet heel veel van en zijn geneigd om elkaar op te eten als je er veel bij elkaar houdt. Gist heeft dat probleem niet.

Vorig jaar schreef Wiredover het bedrijf Bolt Threads, wat op het punt staat om hun spinnenzijde commerciaal beschikbaar te maken. Dit jaar willen het bedrijf de eerste producten die volledig gemaakt zijn van spinnenzijde op de markt brengen.

Andere bedrijven werken weer aan totaal andere toepassingen van gist. Clara Foods gebruikt het organisme om eiwitten (en niet zomaar eiwit, maar daadwerkelijk het doorzichtige spul in kippeneieren) te produceren zonder kippen en met alleen gist. Wetenschappers van Stanford University hebben gisten zo aangepast dat ze het belangrijkste bestandsdeel van morfine produceren, zodat er geen opiumplanten meer nodig zijn. Hyasynth Bio produceert gisten die THC en cannabidiol uitscheiden produceert gisten die THC en cannabidiol uitscheiden, om zeer gecontroleerd de medicinale onderdelen van cannabis te produceren zonder de plant.

En dat is nog niet alles! In een ander groot artikel in Wired wordt de het bedrijf Adimab uitgelicht, dat gist zo heeft aangepast dat het een exacte kopie van het menselijke immuunsysteem ingebouwd heeft. Met deze aangepaste gistcellen kunnen ze heel snel testen welke antilichamen (natuurlijke ziektebestrijders) worden aangemaakt als ze een bepaalde ziektemaker in een reageerbuis met de gist stoppen. Die antilichamen kunnen ze vervolgens isoleren om te kijken hoe die massageproduceerd kunnen worden om als medicijn te worden ingezet.

Kijk ook onze nieuwe docu Microbros: Bacteriën, een toekomst zonder afval. Tekst gaat onder video verder.

Hun aanpak zou volgens henzelf niet alleen betere medicijnen tegen vrijwel alle bekende ziekten kunnen voortbrengen, maar ook kunnen helpen bij de bestrijding van ziekten waar nog geen behandelingen voor bestaan. Zo beschrijft het Wired-artikel hoe een wetenschapper van Adimab de antigenen van een overlevende van Ebola in gist kopieerde en die vervolgens blootstelde aan het virus. Binnen zes weken has ze vijf nieuwe antilichamen gevonden die krachtiger werkten tegen Ebola dan alle bekende antilichamen – een proces wat normaalgesproken een jaar kost om 10 tot 20 antilichamen te vinden.

Naast al deze toepassingen biedt de grote verscheidenheid aan gistsoorten ook mogelijkheden voor grootschalige industriële processen. Sommige gisten overleven bijvoorbeeld op veel hogere temperaturen, of kunnen chemicaliën als methaan gebruiken als grondstof voor het produceren van andere stoffen, zoals de bouwstenen van verschillende soorten kunststoffen en brandstoffen.

Dit alles betekent niet dat al die vooruitgang vlekkeloos gaat, natuurlijk. Hoewel de technieken om die bouwblokken in te brengen in het DNA van bijvoorbeeld gist steeds beter en goedkoper worden en het feit dat wetenschappers nu ongekend veel DNA-bouwstenen gewoon uit een catalogus kunnen bestellen, blijft het vaak gissen wat er gaat gebeuren.

Wetenschappers kunnen DNA nu misschien meer dan ooit behandelen als een stuk software waar je stukken code vanaf kan halen en toe kan voegen, maar het programma (wat we 'leven' noemen) wat gaat draaien blijft onvoorspelbaar. Hoe dan ook, wordt het naar mate meer onderzoekers zich bezighouden met dit veld, steeds beter te voorspellen. En zo voltrekt zich stilletjes en langzaamaan een soort nieuwe industriële revolutie: maar dan een waarbij we in plaats van lompe stoommachines, piepkleine organismen hebben die we naar hartewens kunnen inzetten om vrijwel alles voor ons te produceren.