Verboden te zwemmen vanwege blauwalg. Dat kwam je wellicht tegen als je verkoeling zocht in een meer, tijdens de warme, zomerse dagen van de afgelopen tijd. Dan vraag je je af: “Wat zijn deze vervelende beestjes?” Blauwalgen zijn eigenlijk geen algen, maar een groep bacteriën die giftige stoffen produceren: cyanobacteriën. Zo vervelend zijn ze ook weer niet, want ze gaan ons helpen om zoutwater zoet te maken.

Het type cyanobacterie dat wij gebruiken, Synechococcus, heeft een interessant eigenschap: ze kunnen leven in erg zout water. Daarnaast gebruiken ze licht om te overleven, net zoals planten. Ze zijn lichtafhankelijk en daar maken wij gebruik van: we gebruiken licht als schakelaar. Daarover later meer. Helaas eet de Synechococcus van nature geen zout. Daarom passen we de bacterie op DNA-niveau aan, waardoor de celwand van de bacterie meer openingen krijgt om zout te ‘eten’. We voegen via DNA dus een eigenschap toe aan de bacterie. Dat heet genetische modificatie.

De speciale eigenschappen die we toevoegen aan Synechococcus, hebben we gevonden in andere bacteriën. Die noemen we wetenschappelijk Na⁺/H⁺ antiporter en Halorhodpsin. Je kunt deze speciale eigenschappen zien als een deurtjes in de wand van de cyanobacterie. Deze deurtjes laten Na⁺ en Cl^– binnen, dat zijn de deeltjes waaruit zout bestaat. Wij zorgen er daarnaast voor dat de zoutdeeltjes niet via andere wegen uit de bacterie ontsnappen.

Hoe werken deze deurtjes dan precies? We gebruiken licht als een soort slot om de deurtjes open en dicht te maken. Maar voor het zover is, moeten we eerst genoeg van die speciale cyanobacteriën groeien. Daarom stellen we ze eerst bloot aan rood licht, de optimale kleur voor groei. Zodra de cyanobacteriën zich genoeg hebben vermenigvuldigd, veranderen we het licht van rood naar groen. Groen licht is de sleutel voor het deurtje dat Cl^– de cel binnenlaat. Het andere deurtje dat Na⁺ de cel binnenlaat, is niet lichtafhankelijk maar afhankelijk van de zuurtegraad. Voor dat laatste zijn H⁺-ionen verantwoordelijk.

Het door ons gebouwde deurtje in de bacterie werkt als een draaideur. Als binnenin de bacterie meer H⁺-ionen aanwezig zijn dan daarbuiten, zullen de positief geladen H+-ionen de draaideur naar buiten nemen. Om te voorkomen dat de binnenkant van de cel daardoor negatief geladen wordt, loodst de cel positief geladen Na⁺-ionen via de deur naar binnen. In de natuur willen positieve en negatieve ladingen in evenwicht zijn (electroneutraal). Omdat er meer H⁺-ionen in de bacterie zitten, dan in zeewater, halen we zo zoutdeeltjes uit het water.

Een te zout dieet is niet gezond. Dit geldt ook voor bacteriën: ze komen daardoor onder (osmotische) druk te staan en barsten soms zelfs open. Om dat te voorkomen, is ons modelleerteam aan het rekenen geslagen. Het team berekent hoeveel zout de cyanobacterie kan opnemen zonder open te barsten. Zo voorkomen we dat de bacterie het zout weer in het water loost.

We vinden het belangrijk dat er geen gemodificeerde bacteriën in de omgeving terechtkomen. Dat voorkomen we door de cyanobacteriën op een oppervlak onbeweeglijk te maken en dat geheel in het water te plaatsen. Nadat de bacteriën het zout hebben verorberd, halen we de plaat eruit en hebben we als eindresultaat zoetwater! Hoewel de bacteriën vastgeplakt zitten aan het oppervlak, ontsnapt er soms een bacterie. Daarvoor hebben we een ‘kill switch’: blauw licht, onderdeel van daglicht, doodt de bacterie.

Of de Synechococcus met speciale deurtjes daadwerkelijk in staat is om zout op te nemen, ontdekken we en ook jullie – de komende weken. Wellicht zwemmen we dan in de toekomst blij in een zoetwatermeer verkregen door nuttige ‘blauwalg bacterien’.