Cellulose, de grondstof voor papier, is makkelijker te oogsten uit genetisch gemodificeerde populieren. Hierdoor wordt de papierproductie energiezuiniger.
Bomen genetisch modificeren met behulp van de techniek CRISPR-Cas kan het energieverbruik van de papierindustrie drastisch verlagen.
Het maken van papier vergt veel water en energie, zegt bioloog Jack Wang van de staatsuniversiteit van Noord-Carolina in de Verenigde Staten. In 2021 had de papierindustrie een koolstofvoetafdruk van 190 miljoen ton. Die uitstoot gaat naar verwachting tot 2030 alleen maar omhoog, omdat de papierproductie blijft toenemen.
Hoe gevaarlijk zijn supervulkanen?
In het verleden stortten zogeheten supervulkanen de aarde meermaals in een desastreuze ‘vulkanische winter’. Gaat dat opnieuw gebeuren?
Lignine
Een van de meest energieslurpende stappen uit het fabricageproces is het verwijderen van lignine uit het hout. In de structuur van hout is lignine verbonden met cellulose, het molecuul waar papier uit bestaat. Om die twee uit elkaar te krijgen, zijn hoge drukken en temperaturen nodig, en ook nog eens een hoop water.
Wang, zijn collega-bioloog Rodolphe Barrangou en hun collega’s vroegen zich af of ze bomen genetisch zo konden aanpassen dat minder lignine zouden bevatten. Specifiek keken ze daarbij naar populieren, een veelgebruikte papierboom. Dat moest dan wel met zorg gebeuren, want lignine speelt ook een belangrijke rol in de ‘structuur, integriteit en weerstand van bomen’, zegt Barrangou.
Filteren
Om zo’n aangepaste boom te maken, maakten de onderzoekers gebruik van een kunstmatige intelligentie (AI) die het genoom van de populier analyseerde. Dit machinale leerproces resulteerde in combinaties van genen die de onderzoekers zouden kunnen bewerken met CRISPR-Cas. Het programma liet 69.123 manieren zien om 21 genen aan te passen.
De onderzoekers filterden deze berg aan opties door te onderzoeken welke genetische aanpassingen de beste kans hadden om de hoeveelheid lignine in een populier te verkleinen, zonder dat de boom daar te zwak van zou worden. Slechts 0,5 procent van de opties kwam door deze selectieprocedure heen. Daarvan kozen de onderzoekers de zeven meest robuust ogende opties. Uiteindelijk kweekten ze 174 verschillende varianten van de CRISPR-Cas-populieren op.
Na zes maanden kwam het team erachter dat de lignineconcentratie in de aangepaste bomen tot wel 49 procent lager was dan in reguliere populieren, schrijven ze in het tijdschrift Science.
Commercieel gebruik
‘Nu klimaatverandering steeds prominenter wordt, is een tastbare en mogelijk in de praktijk toepasbare oplossing als deze om de koolstofvoetafdruk van de papierindustrie te verlagen heel opwindend’, zegt Wang.
De populieren groeien nu al een jaar, en lijken structureel gezien geen problemen te hebben, zegt Barrangou. De onderzoekers zijn van plan om een aantal bomen in een bos te planten om de langetermijneffecten van de genetische modificatie te onderzoeken. Ook zijn ze bezig om dezelfde techniek toe te passen op andere papierboomsoorten.
‘Dit kan het begin zijn van een heel nieuw tijdperk van duurzame bosbouw,’ zegt Barrangou. Wang hoopt dat de bomen over zo’n twintig jaar op grote schaal commercieel gebruikt worden.
