Bionieuws

Gen & Micro

Nieuwe soorten in patatwater

De rode anammox-bacteriën vermenigvuldigen zich langzaam bij lage temperatuur (foto: TU Delft).

De microbiële gemeenschap die het afwaswater van de Aviko-patatfabriek in het Gelderse Oldenburg zuivert, is door Nijmeegse onderzoekers volledig in kaart gebracht. De bacteriecultuur bestaat uit minstens 23 verschillende soorten, waarvan vijf nog nooit eerder beschreven. De publicatie in Nature Communications (31 maart, online) moet de zogenoemde anammox-reactoren in de toekomst nog efficiënter maken.

‘Eindelijk zijn de anammox-bioreactoren geen black box meer’, licht hoogleraar microbiologie en laatste auteur van de publicatie Mike Jetten toe. ‘Door met detail naar de microbensamenstelling te kijken, weten we nu dat er veel meer bacteriën betrokken zijn bij het zuiveringsproces dan de twee soorten die we al kenden. Het is daardoor duidelijk welke factoren precies verantwoordelijk zijn voor het succes van dit type reactoren, wat een belangrijke stap is naar nog betere zuiveringsinstallaties.’

Anammox-reactoren bestaan sinds 2002 en halen de stikstofverbinding ammonium efficiënter uit afvalwater dan traditionele afvalwaterzuiveringsinstallaties. ‘Lang werd gedacht dat ammonium alleen te oxideren was onder aërobe omstandigheden’, vertelt Jetten. ‘In dat geval moet je het te zuiveren water volledig verzadigen met zuurstof, anders komt het nitrificatieproces niet op gang. Dit aëreren van het water kost veel energie en is een milieubelastend proces. Anammox-reactoren slaan deze stap over en maken bovendien toevoeging van het relatief dure methanol overbodig. Dit betekent dat bioreactoren met anammox-bacteriën de uitstoot van het broeikasgas CO2 met wel 90 procent kunnen verminderen.’

Jetten stond 22 jaar geleden aan de basis van het onderzoek naar de anammox-bacterie, die onder zuurstofloze omstandigheden ammonium omzetten in stikstofgas en water. De voorheen onbekende microbe bleek uiteindelijk zelfs een belangrijke rol te spelen in de hele stikstofkringloop op aarde, waar hij de helft van de totale hoeveelheid stikstof in de atmosfeer voor zijn rekening neemt. In het begin was er veel ongeloof onder microbiologen en oceanografen, maar tegenwoordig kan niemand er meer omheen. De anammox-bacterie zit overal: van modderbodems in rivieren tot de zuurstofarme gebieden in oceanen. Inmiddels heeft de microbe een belangrijke rol gekregen in de riool- en afvalwaterzuivering, waar hij het water ontdoet van stikstofverbindingen die flora en fauna beschadigen.

De zuiveringsinstallatie bij de patatfabriek in Oldenburg geldt als een van de eerste en gelijk ook meest succesvolle anammox-reactoren ter wereld. ‘De bacteriecultuur doet het zo goed, dat de hoeveelheid biomassa zich elke tien dagen verdubbelt’, weet Jetten. ‘Elke tien dagen wordt het overschot aan bacteriën eruit gehaald en, vooral in de begindagen, vervoert naar verschillende delen van de wereld. Daar diende de cultuur als starter van andere anammox-reactoren. De Oldenburgse bacteriecultuur zou je dus kunnen zien als de moeder van alle anammox-afvalwaterzuiveringsinstallaties.’ Wereldwijd zijn er ondertussen meer dan honderd van die installaties en dat aantal groeit nog steeds.

Het bacteriemengsel uit Oldenburg was tot nu toe alleen maar globaal onderzocht, maar door middel van metagenomics – een relatief nieuwe techniek voor genetische analyse van complexe bacteriële gemeenschappen – kon Jetten en zijn team achterhalen wat er precies in groeit en bloeit. ‘Met metagenomics ontdekken we microben die we voorheen nog nooit eerder hadden gezien. We hebben nu dus niet alleen de bacteriële samenstelling van het mengsel achterhaald, maar ook nog eens vijf nieuwe soorten ontdekt. Vooral in de rioolwaterzuivering zal dat helpen bij betere installaties. Veel gebruiken namelijk nog geen anammox-bacteriën, omdat het water koud is en de bacteriën juist groeien bij zo’n dertig graden. Het zou mooi zijn als we daar met deze kennis verandering in kunnen brengen.’