Wat zijn Clostridium acetobutylicum bacteriën?
Clostridium acetobutylicum is een grampositieve bacterie uit het geslacht Clostridia. Omdat de bacterie via enzymen (fermentatief) butanol en aceton kan produceren, heeft ze een bijzondere biotechnologische betekenis. C. acetobutylicum bacteriën komen vooral voor in sedimenten van waterlichamen, bodems, maar ook in vele andere habitats. Bij veel organismen is de C. acetobutylicum bacterie ook aantoonbaar in de darmflora. Net als veel closteridia wordt de bacterie daarom geclassificeerd als alomtegenwoordig, d.w.z. er wordt aangenomen dat hij overal voorkomt.
Wat zijn de kenmerken van Clostridium acetobutylicum bacteriën?
Clostridium acetobutylicum is een grampositieve bacterie die bestaat uit een circulair chromosoom en een circulair plasmide. Als anaërobe bacterie heeft Clostridium acetobutylicum een zuurstofvrije basis nodig om voortplantingscellen te vormen. Onder aërobe omstandigheden kan de bacterie al na enkele uren endosporen vormen. Deze kunnen zelfs enkele jaren overleven in zuurstofrijke substraten. Onder anaërobe omstandigheden zijn ze dan weer in staat endosporen te vormen. De bacterie, die behoort tot het geslacht Clostridia, kan zich actief verplaatsen dankzij zijn flagellen en wordt geclassificeerd als alomtegenwoordig. De Clostridium acetobutylicum bacterie kan suikers afbreken (saccharolytisch) en verschillende commercieel waardevolle producten produceren. Daartoe behoren vooral de stoffen aceton, butanol en ethanol.
Wanneer werd de Clostridium acetobutylicum bacterie voor het eerst geïsoleerd?
De bacterie werd voor het eerst geïsoleerd tussen 1912 en 1914 door Chaim Weizmann. Weizmann kweekte de Clostridium acetobutylicum bacterie in een proces dat hij de ABE-methode noemde. Deze methode zou hem vooral dienen voor de productie van de stoffen aceton, butanol en ethanol. Tijdens de Eerste Wereldoorlog werden deze producten gebruikt voor de productie van TNT, maar ook voor de productie van buskruit. Vooral in de jaren vijftig werd de ABE-methode veel gebruikt. Momenteel wordt, vanwege de crisis rond fossiele brandstoffen, onderzoek gedaan naar het gebruik van de ABE-methode om nieuwe petrochemische processen op te sporen.
Hoe gevaarlijk is Clostridium acetobutylicum?
De Clostridium acetobutylicum bacterie is volkomen ongevaarlijk voor zowel planten als dieren. Hoewel de bacterie is aangetroffen in de menselijke dikke darm, kan hij niet beschouwd worden als onderdeel van de normale menselijke flora. Hij lijkt echter niet giftig te zijn voor zoogdieren, tenzij hij in enorme hoeveelheden aanwezig is.
Hoe worden Clostridium acetobutylicum bacteriën gebruikt in de biotechnologie?
Sinds de 20e eeuw spelen Clostridium acetobutylicum bacteriën een belangrijke rol in de biotechnologie. De aceton die door de bacteriën kan worden verkregen is nodig voor de productie van synthetisch rubber. De Universiteit van Manchester nam Chaim Weizmann in dienst om te werken aan fermentatie, d.w.z. de microbiële omzetting van organisch materiaal door schimmels en probiotische bacteriën. Tijdens zijn werk in de periode 1912 en 1914 slaagde Weizmann erin met zijn zogenaamde ABE-methode verschillende stammen te isoleren, waarvan Clostridium acetobutylicum bekend werd. Vergeleken met de tot dan toe bekende fermentatiemethoden bood Weizmanns ABE-methode het voordeel van een grotere efficiëntie.
Door het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog nam de vraag naar aceton enorm toe. Het werd onder andere gebruikt voor de productie van rookloos buskruit (cordiet). Hoewel er na het einde van de Eerste Wereldoorlog nauwelijks behoefte was aan aceton , was er nu vraag naar butanol als oplosmiddel bij de productie van verf voor de auto-industrie. Tot dan toe was butanol een afvalproduct van de productie van aceton. Toen de auto-industrie in de jaren twintig groeide, nam ook de vraag naar butanol toe.
Toen de aardolie-industrie zich aan het eind van de jaren vijftig en in de jaren zestig ongelooflijk snel ontwikkelde, en tegelijkertijd de prijs van fermentatie steeg, kon de door Weizmann uitgevonden ABE-methode niet concurreren met de petrochemische productie . Tegen 1957 waren de meeste fermentatiefabrieken gesloten. Maar omdat de prijs van aardolie voortdurend is gestegen, zijn er nu benaderingen om fermentatie voor de productie van industriële oplosmiddelen te heroverwegen.
Huidige stand van het onderzoek naar Clostridium acetobutylicum
Met name butanol, maar ook ethanol als fermentatieproduct van Clostridium acetobutylicum, is de laatste jaren bijzonder intensief onderzocht als mogelijke alternatieve brandstofbron voor auto's. Butanol heeft ten opzichte van ethanol het voordeel dat het minder uitstoot, maar ook een hoger rendement heeft. Een studie uit het jaar 2006 stelde butanolfermentatie voor via een nieuw gepatenteerd proces en wilde daarmee de tot dan toe gebruikelijke ABE-methode vervangen. Het nieuwe productieproces omvat het gebruik van maïsvezels (dit omvat voornamelijk xyleem) om C. acetobutylicum als substraat te vervangen en zo kosteneffectiever butanol te produceren. Het voordeel hiervan is ook dat maïsvezels sowieso een bijproduct zijn van veel landbouwprocessen en dus een rijke substraatbron vormen.
Naast de productie van butanol staat C. acetobutylicum ook in de belangstelling voor onderzoek naar de productie van waterstofgas als alternatieve energiebron. Waterstofgas heeft niet alleen een grote hoeveelheid energie, maar zou ook uiterst nuttig kunnen zijn als alternatief voor benzine , vooral omdat het geen kooldioxide of broeikasgassen produceert . Momenteel wordt het meeste waterstofgas geproduceerd uit niet-hernieuwbare bronnen, dus een alternatieve productiemethode met behulp van fermentatieprocessen zou uiterst waardevol zijn. Recent onderzoek naar Clostridium acetobutylicum kijkt daarom naar verschillende fermentatieprocessen om een betere productie van waterstofgas te onderzoeken. Tot nu toe is een druppelbedreactor gepresenteerd als productieoptie. De druppelbedreactor gebruikt glucose als substraat, maar produceert tot nu toe slechts weinig waterstofgas om het voor industriële doeleinden te kunnen gebruiken. Als de methode echter verder ontwikkeld wordt, kan een druppelbed gezien worden als een mogelijk productiemiddel voor de toekomst.