FOTO:SANDER KONING / ANP

Voordat we ingaan op de details – waarvoor zijn PFAS eigenlijk ontwikkeld?
“PFAS zijn ongelooflijk nuttig gebleken voor een breed scala aan toepassingen, juist omdat ze zo stabiel zijn. Ze bevatten zogeheten C-F-bindingen: chemische bindingen tussen een koolstof- en een fluoratoom. En dit is een van de sterkste chemische bindingen die we kennen. Het maakt PFAS extreem bestand tegen chemische en biologische afbraak. Tefloncoating is een van de eerste en bekendste toepassingen. Soortgelijke verbindingen zitten in brandblusschuim, in verpakkingen, shampoos, smeer-middelen voor machines – eigenlijk in allerlei industriële en consumenten-producten. Maar de rigide eigenschappen die PFAS zo aantrekkelijk maken, zijn juist de reden waarom ze niet afbreken.”

Komen ze ook in de natuur voor?
“In de natuur  vind je maar een dozijn stoffen met een C-F-binding erin.. Een daarvan heet fluoracetaat en komt voor in verschillende, niet-verwante plantensoorten. Deze planten zijn over het algemeen giftig voor planteneters. Juist daarom hebben bepaalde runderrassen bacteriën in hun darmen die zodanig zijn geëvolueerd dat ze deze verbinding kunnen afbreken. Ze gebruiken daarvoor een enzym – het enige enzym waarvan bekend is dat het een C-F-binding kan verbreken.”

Waarom zijn eieren uit de supermarkt wel veilig om te eten, terwijl die van kippen uit
eigen tuin te veel PFAS bevatten?
“PFAS verspreiden zich gemakkelijk in het milieu. Ze hopen zich op in de bodem, omdat micro-organismen ze niet kunnen afbreken. Ze concentreren zich in opvallende hoeveelheden in regenwormen: die eten gedurende hun leven veel grond en kunnen de PFAS evenmin afbreken. Vervolgens hopen ze zich op in kippen die op hun beurt deze wormen opeten – en uiteindelijk komen ze dan in hoge concentraties in hun eieren terecht. Industrieel gehouden kippen eten voornamelijk granen: een kortere voedselketen met veel minder ophoping.”

Als ze zo schadelijk zijn, waarom zijn PFAS dan niet verboden?
“Dat zou juridisch heel ingewikkeld zijn: er zijn wereldwijd tienduizenden PFAS in gebruik. Je zou dan eigenlijk een hele klasse van verbindingen moeten verbieden. Maar voor sommige kritische toepassingen is er simpelweg geen alternatief. En er zijn hele ketens van belanghebbenden, dus dat is feitelijk onhaalbaar. PFAS zullen zich dus blijven ophopen.”

Er is geen manier om ervan af te komen?
“PFAS kun je uit verontreinigde grond verwijderen met complexe wastechnieken, maar dat betekent niet dat je ze dan kwijt bent. We concentreren ze alleen en verplaatsen ze naar een andere plek. Er bestaan ​​technologieën waarmee je PFAS kunt vernietigen, maar die verbruiken heel veel energie. Om het over de kosten nog maar niet te hebben. Een studie in opdracht van de Europese Commissie, eerder dit jaar, schat de jaarlijkse kosten voor het opruimen van PFAS op ongeveer 3,8 miljard euro, alleen al in Europa. En dat kan oplopen tot 80 miljard per jaar in het strengste regelgevingsscenario.”

Maar… we kunnen er dus niet omheen? Afbreken is de strategie?
“We zullen wel moeten, toch? Er is geen andere manier. Wetenschappers over de hele wereld zoeken naar betere manieren om ze op te sporen, te filteren én te vernietigen. Hier bij de RUG willen we graag tot die derde categorie behoren. Onze specialiteit is het ontwikkelen van nieuwe enzymen: eiwitten die reacties tussen andere stoffen kunnen katalyseren – bijvoorbeeld het verbreken van C-F-bindingen.”

Hoe pakken jullie dat aan, het verbreken van die ‘onbreekbare’ C-F-binding?
“We wenden ons tot de natuur. Weet je nog, die bacteriën in koeiendarmen die fluoracetaat kunnen afbreken – die ene natuurlijke stof met een C-F-binding? Deze bacteriën gebruiken daarvoor een enzym dat ongelooflijk efficiënt is: één enzym – één eiwitmolecuul – verbreekt vijftig C-F-bindingen per seconde. Dat doet het helemaal zelf, bij kamer-temperatuur, ter plekke, dus het is veel duurzamer dan al die energieverslindende methoden. Stel je nu eens voor... als je dit enzym zover zou kunnen krijgen dat het PFAS gaat afbreken… of, preciezer gezegd, als je deze bacteriën zover zou kunnen krijgen dat ze een ​​dergelijk enzym gaan produceren…”

Hoe ‘krijg je bacteriën zover’ dat ze iets gaan doen?
“We gebruiken evolutie: de universele probleemoplosser van de natuur. Evolutie is de allerbeste maker van biomoleculen die perfect geschikt zijn voor een bepaalde taak. Wat wij doen: we brengen bepaalde mutaties aan in het DNA van bacteriën, zodat sommige bacteriën een net iets andere versie van een enzym produceren. We maken niet slechts een paar, maar honderdduizenden verschillende varianten. Vervolgens geven we die bacteriën alleen een fluor-verbinding als voedsel. De bacteriën die het niet kunnen afbreken, sterven. De weinige bacteriën waarvan de enzymen de koolstof-fluorbinding kunnen verbreken, overleven. Deze bacteriën gebruiken we om de volgende generatie enzymen te produceren, en het proces herhaalt zich, waardoor het enzym steeds efficiënter wordt.”

En hoe succesvol is dat? Lukt het al om PFAS af te breken?
Mayer lacht. “Aaaah, nou, hier wordt het lastig. Zodra je een extra C-atoom aan je koolstofketen toevoegt, of een tweede F aan een C, worden de enzymen opeens heel veel trager. Fluoracetaat, de natuurlijke verbinding, heeft slechts twee C’s en één F. Wij zijn erin geslaagd een verbinding met één extra C óf twee F’s af te breken. Maar de meeste PFAS hebben lange ketens van C’s, elk met twee F’s. Wij werken langzaam toe naar enzymen die steeds een stukje beter presteren. Maar bacteriën zijn soms erg frustrerend om mee te werken: ze gebruiken duizenden moleculaire routes, dus zodra wij ze ergens toe proberen te dwingen, vinden ze vaak een manier om eromheen te werken.”

Maar onderweg ontdekken jullie ook andere nuttige dingen?
“O, absoluut. We leren enorm veel over de structurele eigenschappen van deze enzymen, het effect van bepaalde mutaties, de efficiëntie van enzymvarianten, hoe we reacties sterk kunnen versnellen... Het is echt fundamenteel onderzoek. We ontdekken steeds nieuwe dingen, bij alles wat we doen. En dit heeft ook veel bredere toepassingen, van chemische technologie tot geneesmiddelenontwikkeling. We weten dus nog niet waar het zal eindigen, maar wat er ook gebeurt, het is steeds interessant.”

PFAS (per- en polyfluoralkylstoffen) zijn overal – in het milieu, in ons lichaam en in de media. Ze hopen zich op in water en bodem, in afgelegen poolgebieden, in ons voedsel, in kippeneieren en zelfs in moedermelk. Steeds meer wetenschap-pelijke studies brengen PFAS in verband met gezondheids-problemen, waaronder immuun- en leverschade, een lager geboortegewicht en bepaalde vormen van kanker.

De natuur kan deze schadelijke stoffen niet afbreken. Maar RUG-biochemicus Clemens Mayer is ervan overtuigd dat er een manier moet zijn. Samen met zijn promovendi ontwikkelt hij een methode op basis van principes van de natuur zelf. Hij gebruikt evolutie om bacteriën te ‘leren’ hoe ze PFAS kunnen te lijf kunnen gaan.

PFAS behoren tot de meest hardnekkige chemicaliën die ooit zijn gemaakt. De natuur kan ze niet afbreken – en onze huidige afvalwaterzuivering evenmin. Chemicus Clemens Mayer werkt aan enzymen die dat wél kunnen. Hoe? Door slim gebruik te maken van evolutie bij bacteriën.

TEKST: NIENKE BEINTEMA