Slimme biologische truc zorgt ervoor dat bacterie massaal het pigment van octopussen aanmaakt

Het klinkt als science-fiction: een muur die spontaan kan veranderen in welke kleur je maar wil. Toch is die droom inmiddels een stapje dichterbij gekomen.

Octopussen staan bekend om hun indrukwekkende camouflagevermogen. Als ze zich bedreigd voelen veranderen ze razendsnel van kleur dankzij pigmenten in hun huid. Één van die pigmenten is xanthommatine. Onderzoek naar dat pigment blijkt in de praktijk al jarenlang ontzettend moeilijk, omdat het heel lastig te verkrijgen is. Chemische processen in het lab leveren heel weinig op en het pigment uit dieren ‘verzamelen’ is niet erg ethisch en lastig op te schalen.

Onderzoekers van UC San Diego melden nu een stap in de goede richting: ze kunnen xanthommatine voor het eerst in grotere hoeveelheden produceren met behulp van bacteriën. “We hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om xanthommatine voor het eerst in een bacterie te maken,” zegt biochemicus Bradley Moore. “Dit natuurlijke pigment geeft een octopus het vermogen om te camoufleren. We verwachten dat dit pigment nuttig gaat zijn voor heel veel verschillende industrieën.” De resultaten zijn te vinden in Nature Biotechnology.

Voor de gek gehouden

Voor het onderzoek ontwierp het team een bacterie die niet rechtstreeks voedsel voor zichzelf kon maken. In plaats daarvan kan de bacterie alleen overleven als die xanthommatine maakt. Tijdens dat proces maakt de bacterie als bijproduct ook mierenzuur aan, wat de cel nodig heeft als brandstof. Normaal gesproken is het moeilijk om een cel ervan te overtuigen om een vreemde stof aan te maken: de bacterie wil de beschikbare energie niet besteden aan iets dat niet nodig is. Juist door de brandstofproductie te koppelen aan het maken van het pigment komt daar verandering in. “We hadden een heel nieuwe aanpak nodig,” zegt Leah Bushin. “Door de bacterie op zo’n manier ‘voor de gek’ te houden wordt er ineens veel meer van het pigment gemaakt.”

Vervolgens lieten de onderzoekers de bacteriën verder evolueren tijdens twee sessies. Naderhand brachten ze de meest nuttige mutaties in kaart met robotten. Zo vonden ze varianten waarbij de bacterie minder voeding nodig had voor dezelfde hoeveelheid pigment. Teamlid Adam Feist laat weten: “Dit project geeft een inkijkje in een toekomst waarin biologie de duurzame productie van waardevolle stoffen mogelijk maakt. We laten zien hoe we biologische innovatie kunnen versnellen door ingenieurs, biologen en chemici samen te brengen.”

De resultaten mogen er zijn. Met bestaande methoden haal je ongeveer vijf milligram per liter voedingsstof. De nieuwe methode levert één tot drie gram per liter. Bushin weet nog goed het moment waarop de enorme verbetering duidelijk werd. “Het was een van mijn beste dagen in het lab,” blikt Bushin terug. “Ik had het experiment ’s avonds alvast opgezet. De volgende ochtend zag ik dat het werkte en ontzettend veel pigment produceerde. Dat gevoel van overwinning is waarom ik wetenschapper ben geworden.”

Perfecte schutkleuren

Door de resultaten wordt het nu ineens wel mogelijk om degelijk vervolgonderzoek naar xanthommatine te doen. Met voldoende materiaal kunnen wetenschappers nu beter testen hoe het pigment licht absorbeert, van kleur verandert en hoe dat in de natuur wordt aangestuurd. Dat is heel veelbelovend: door beter te begrijpen hoe dit magische pigment werkt kunnen we in de toekomst een heleboel nieuwe toepassingen verwachten. Denk bijvoorbeeld aan muurverf die in elke kleur kan veranderen die je maar wil, of aan camouflageverf die mee kan kleuren met elk terrein.

Wellicht niet verrassend: het team geeft aan dat het Amerikaanse leger bijzonder geïnteresseerd is in de resultaten. Daarnaast staan er ook al meerdere cosmeticabedrijven te popelen om met xanthommatine aan de slag te gaan. Het pigment zou namelijk ook bijzonder goed zijn in het weerkaatsen van uv-licht. Het zou mogelijk ook kunnen eindigen in nieuwe natuurlijke zonnebrandcrèmes. Zelfs techbedrijven hebben interesse: mogelijk zou xanthommatine gebruikt kunnen worden voor verschillende soorten sensoren.

De volgende stap lijkt dan ook duidelijk: het verder verfijnen van het productieproces en het verder verkennen van mogelijke toepassingen. Moore heeft er in ieder geval al zin in. Moore: “we hebben een veelbelovende nieuwe optie ontdekt die producten vriendelijker kan maken. Hierdoor kunnen we beter zorgen voor de planeet.”

Schrijf je in voor de nieuwsbrief!
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: