Teun Schröder
22 september 2023, 10:54

Opmerkelijk: genetisch gemodificeerde zijderupsen produceren ultrasterk spinrag

Soms stuit je als redactie op nieuws waarbij een wenkbrauw omhoogschiet. Die ene vreemde innovatie, een onverwacht effect van klimaatverandering of een staaltje menselijke onhandigheid. Opmerkelijk dus. Deze week: zijderupsen die ultrasterk spinrag produceren.

Pexels pixabay 276242 Het spinrag is zelfs zes keer sterker dan kevlar dat in kogelvrije vesten wordt gebruikt. | Credits: Pexels

Voor het eerst is het wetenschappers van de College of Biological Science and Medical Engineering aan de Donghua Universiteit in China gelukt om zijderupsen genetisch te modificeren, waardoor ze niet zijde, maar spinrag produceren. Het dradige spinsel staat bekend om zijn stevigheid en flexibiliteit. De wetenschappers zien met de zijderups 2.0 potentie voor productie op grote schaal, waardoor spinrag een duurzame concurrent wordt van synthetische vezels, zoals nylon.

Betaalbaar en schaalbaar

Zijde van de zijderups is momenteel de enige dierlijke vezel die op grote schaal op de markt wordt gebracht, zegt de hoofdauteur van het onderzoek Junpeng Mi. “Nu wordt het met genetisch gemodificeerde zijderupsen mogelijk om spinnenzijdevezels op betaalbare, commerciële schaal te produceren.”

Spinnen krijgen ruzie

Wetenschappers proberen al veel langer op grote schaal spinrag te produceren als alternatief voor synthetische vezels. Het nadeel van synthetische vezels is namelijk dat ze microplastics in het milieu afgeven en vaak worden gemaakt met fossiele brandstoffen.

Het probleem was altijd dat het nooit lukte om spinrag in het laboratorium te maken dat net zo sterk was als ‘vers’ gesponnen web van een spin. En spinnen massaal aan het werk zetten om webben te produceren bleek eveneens onmogelijk door het kannibalistische karakter van spinnen. Stop een stel spinnen bij elkaar en je krijgt geheid ruzie met dodelijke afloop.

CRISPR/Cas9

Hoe anders is dat met de liefelijke zijderups. Al meer dan tien jaar sleutelen wetenschappers aan de genetische code van zijderupsen om ze spinrag te laten produceren. En nu lijken ze eindelijk succes te hebben dankzij een eiwit van een wielwebspin uit Oost-Azië. Met behulp van de genetische-modificatietechniek CRISPR/Cas9 werd dit eiwit aan het DNA van de zijderups toegevoegd.

De spinnenzijdevezels die de rupsen produceerden overtroffen de verwachtingen van de onderzoekers op meetbare variabelen als treksterkte en taaiheid. Daarbij waren de vezels veel flexibeler dan gedacht. Het spinrag is zelfs zes keer sterker dan kevlar dat in kogelvrije vesten wordt gebruikt.

‘Commercialisering in aantocht’

“De uitzonderlijk hoge mechanische prestaties van deze vezels zijn veelbelovend”, gaat Mi verder. “Dit type vezel kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor chirurgische hechtingen, tegemoetkomend aan een wereldwijde vraag van 300 miljoen procedures per jaar.” Ook zien de wetenschappers potentie voor toepassingen in militair materieel, ruimtevaarttechnologie, biomedische technologie en kleding. “We zijn ervan overtuigd dat grootschalige commercialisering in aantocht is”, besluit Mi.

Lees ook:

'Met pappen en nathouden lossen we de waterproblematiek niet op'

“Zonder water geen aardappel”, vat Rob Scholte het kort en bondig samen. Hij is Supply Chain Officer bij Lamb Weston EMEA. Genoeg water is volgens Scholte noodzakelijk voor een succesvolle teelt. Maar door klimaatverandering komen weersextremen steeds vaker voor. In plaats van genoeg water, zorgt dat voor een tijdelijke waterovervloed of schaarste. Voor de aardappelteelt is de grillige beschikbaarheid van water niet voordelig, zegt Mariska van Dalen. Bij Lamb Weston is zij verantwoordelijk voor de verduurzaming van diverse processen. “Is het te nat, dan kunnen aardappelen gaan bederven in de grond. Is het te droog, dan groeien ze niet goed waardoor ze kleiner uitvallen.” Ook kunnen onweersbuien en hagel voor schade aan de gewassen zorgen, net als de temperatuur. Is het te warm of te koud, dan is dat terug te zien in de aardappeloogst. Oftewel: hoe onvoorspelbaarder het weer, hoe onvoorspelbaarder de opbrengst. En dus neemt fritesproducent Lamb Weston maatregelen. Teeltplan Samen met de telers heeft het bedrijf een duurzaam teeltprogramma ontwikkeld. Water is hier een belangrijk onderdeel van. Scholte: “Van al het benodigde water voor de fritesproductie wordt zo’n 80 procent tijdens het teeltproces gebruikt. Daar is de grootste winst te behalen.” Een waterplan voor de aardappelteelt moet voor de nodige besparing zorgen. Zo wordt er ingezet op druppelirrigatie en sprinklers om het land te beregenen. Deze zijn veel efficiënter dan de klassieke beregeningskanonnen, waarbij tot de helft van het water verdampt door warmte en wind. Een ander thema is het afvangen en tijdelijk opslaan van water in natte periodes om vervolgens te gebruiken in droge tijden. Binnen Lamb Weston worden ook nieuwe aardappelrassen getest die beter tegen droogte kunnen en dus minder water nodig hebben. Druppelirrigatie op de akker.De bereidheid is er In Nederland, België, Noord-Frankrijk, Engeland, Duitsland en Oostenrijk werkt Lamb Weston samen met zo'n 650 telers. Hoe zorg je ervoor dat zij allemaal zo zuinig mogelijk met water omgaan? Van Dalen: “Op telersbijeenkomsten merken we dat boeren het klimaat en hun werkprocessen zien veranderen. Dat maakt dat de bereidheid er is om samen nieuwe dingen te proberen en op te zetten.” Ze neemt druppelirrigatie en sprinklers als voorbeeld. “Die werden eerder vooral als te dure investering gezien. Nu droge periodes steeds vaker voorkomen, is de waarde echter bewezen en gaan meer ondernemers over tot aanschaf.” Scholte vult aan. “Met de meeste telers werken we al jaren samen. De relatie die we hebben, gaat veel verder dan alleen het inkopen van aardappelen. We praten met elkaar, helpen bij de gezamenlijke uitdagingen en geven advies over duurzame teelttechnieken en bewaring. Dat leidt tot wederzijds vertrouwen.” Water besparen in het productieproces De andere 20 procent van het zoetwater wordt gebruikt in de fabriek. Aardappelen worden daar verwerkt tot frites, aardappelpartjes en andere producten. “Allereerst is er water nodig om de aardappelen te wassen wanneer ze binnenkomen”, somt Van Dalen op. “Water is ook een transportmiddel: al drijvend gaan de aardappelen naar de productielijn. De aardappelen worden geschild met behulp van stoom, dus ook daar is water voor nodig. Hetzelfde geldt voor het blancheerproces. De frites worden dan korte tijd ondergedompeld in heet water om ze alvast voor te garen. Je begrijpt: het is onmogelijk om frites te maken zonder water.” In het productieproces kan al veel water worden hergebruikt. “Tijdens het snijden komt er zetmeel in het water terecht, dat er direct weer wordt uitgefilterd. Na het zuiveren en drogen kan het weer worden gebruikt als voedselveilig aardappelzetmeel. Ook tijdens het blancheren wordt aardappelzetmeel afgevangen en deels omgezet naar biogas. Dat biogas gebruiken we om stoom mee te maken. Het gefilterde water kunnen we weer ergens anders in het productieproces inzetten. Zo proberen we zo min mogelijk water en andere stromen te verspillen”, aldus Van Dalen.In het productieproces kan al veel water worden hergebruikt.Noodzakelijk Dat de internationale fritesproducent zuinig met water omgaat, is niet zomaar. “Het is noodzakelijk”, zegt Scholte. “Water wordt nog altijd als iets vanzelfsprekend beschouwd, ten onrechte. In Brabant, waar een van onze fabrieken staat, wordt door de waterleverancier nu al gemeld dat er in de toekomst geen extra water geleverd kan worden. Dat betekent niet dat we geen productie meer kunnen draaien, maar wel dat we vandaag maatregelen moeten nemen voor morgen.” Dat gebeurt op verschillende manieren. Van Dalen: “De afgelopen jaren hebben we al veel stappen gezet om de hoeveelheid water voor de fritesproductie te verminderen. Voor de processen in de fabriek hebben we dit inmiddels goed in beeld. De volgende stap is om ook het waterverbruik in kaart te brengen voor alle producten die we maken. Om het ene product te produceren, is meer water nodig dan voor het andere product. Denk aan frites met of zonder schil en de dikte van de snijmaat. Wanneer we aan elk product een gemiddeld waterverbruik koppelen, kunnen we ook realistische doelen stellen en dat goed monitoren. Voor het energieverbruik gebeurt dit al op productniveau en dat werkt goed. Bij water zijn we nog niet zo ver, maar we zetten stappen.” Waarde van water Efficiënt watermanagement is bij de internationale aardappelverwerker dus al aan de orde van de dag. Dat geldt nog niet voor alle organisaties. Volgens Van Dalen heeft dat deels te maken met de prijs. “Water is nu nog relatief goedkoop, zeker in Nederland. Al gaat dat in de toekomst door de beperkte beschikbaarheid geheid veranderen. Ook het lozen van water wordt duurder. Hopelijk zorgt die financiële prikkel ervoor dat bedrijven veel zuiniger met water omgaan.” Scholte: “Aan de voorkant minder water gebruiken resulteert ook in minder afvalwater. Je kan zeggen dat het mes aan twee kanten snijdt.” Langetermijnvisie Lamb Weston heeft samenwerkingen lopen met het bedrijfsleven, waterleveranciers en lokale overheden om uitdagingen rondom het thema water gezamenlijk aan te vliegen. Volgens Scholte is er ook een rol weggelegd voor de landelijke politiek. “Er is behoefte aan een duidelijke langetermijnvisie. Welke kant gaan we de komende jaren op? Welke maatregelen horen daarbij? De overheid heeft daar een voortrekkersrol in te spelen.” Volgens Van Dalen hebben landelijke doelstellingen invloed op de plannen van individuele ondernemers. “Bedrijven hebben een bepaalde zekerheid nodig voordat zij grote investeringen doen. Wanneer die mist, zorgt dat voor vertraging omdat bedrijven nog even afwachten. Met pappen en nathouden lossen we de waterproblematiek niet op. Er is echt meer actie nodig!”Dit artikel is gemaakt door een van onze expertredacteuren in samenwerking met onze partner. Change Inc. werkt met partners die de klimaattransitie aanjagen. Zij kunnen cases presenteren waar anderen zich aan kunnen optrekken en zijn eerlijk over de uitdagingen. Niet één bedrijf is al 100 procent duurzaam, maar veel zijn onderweg. Dankzij ons partnermodel zijn onze artikelen gratis toegankelijk voor iedereen. Benieuwd naar onze partners? Klik hier.Meer lezen? Dit collectief maakt waterzuivering beter, goedkoper en energiezuinigerWat doet droogte met Nederlandse akkers?Natuurmonumenten wil van Nederlandse vergiet weer een spons maken