Een schoen die zichzelf repareert: met schimmels gaten en scheuren te lijf

Een kras op een schoen of een handtas, die door het leer zelf wordt hersteld. Of beton dat uit eigen beweging een scheur dicht. Microbioloog Eveline Peeters werkt met schimmels en bacteriën om dit mogelijk te maken.

In een duurzame wereld lijkt een hoofdrol weggelegd voor schimmels en bacteriën. Die toekomst wordt mede bepaald door hoogleraar microbiologie Eveline Peeters, verbonden aan de Vrije Universiteit Brussel. Zij leidt een baanbrekend onderzoek naar mycelium, het netwerk van alle draden van een schimmel. Afhankelijk van hoe het wordt gekweekt, kan het eigenschappen hebben van bijvoorbeeld leer.

“De belangstelling in het gebruik van schimmels voor zogeheten mycomaterialen zit enorm in de lift,” zegt Peeters. Hermès, een fabrikant van luxe handtassen, heeft al een prototype met mycelium aangekondigd. Adidas werkt aan sneakers met vegan leer. Ook de automobielsector is erg geïnteresseerd. Nu worden vaak synthetische materialen gebruikt voor zetelbekleding, maar die zijn gemaakt van fossiele grondstoffen en niet biologisch afbreekbaar. “Wij werken aan volledig circulaire producten, duurzame materialen gemaakt in een duurzaam proces, CO₂-neutraal en biologisch afbreekbaar,” aldus Peeters.

Het zou fantastisch zijn als er ook een duurzaam alternatief komt voor de rubberen autoband, een enorme bron van milieuvervuiling. Peeters: “Mycelium zou daarvoor interessant kunnen zijn. Je kunt het eigenschappen geven die lijken op die van rubber. Het is aan ons om schimmels met genetische technologie zo flexibel en sterk te maken dat zij rubber kunnen vervangen.”

Mogelijk kunnen nog onbekende schimmels daar ook bij helpen. “Er zijn miljoenen soorten en we kennen er maar een fractie van. Heel veel schimmels zijn ook goedaardig en spelen een belangrijke rol in ecosystemen. Er wordt wel gezegd dat een groot deel van de planten op aarde niet zou bestaan zonder schimmels.”

Peeters laat enkele monsters zien. Ze streelt het geelwitte vierkante lapje op tafel alsof het een babyhuidje is. “Dit is een voorbeeld van een met schimmels samengesteld materiaal. Het wit is mycelium, zwamvlok. In het geelwitte stuk zitten vezels waarop schimmels groeien.” Het zijn de eerste resultaten van haar onderzoek dat 100 procent duurzame materialen en productiemethoden moet opleveren. Van zuiver mycelium, met biologisch verantwoorde componenten als versteviging. Daarvoor kunnen bijvoorbeeld wei uit de kaasproductie of substraten uit brouwerijen als tussenlaag worden gebruikt.

Fungateria

Het onderzoek, waarvoor Peeters in 2014 de eerste basis legde, blijft niet onopgemerkt. Eind vorig jaar kwam er een financiële injectie uit een innovatiefonds van de Europese Unie voor het project Fungateria, een samenwerkingsverband met andere Europese onderzoekers, ook uit Nederland. In Fungateria is een hoofdrol weggelegd voor intelligente materialen die bestaan uit levende cellen. Materialen die biologisch afbreekbaar zijn én een alternatief vormen voor onder meer leer, plastic en piepschuim. Met een tweeledig doel: duurzaam bijdragen aan het milieu en het opvangen van een toekomstig tekort aan grondstoffen.

“Ons onderzoek in Brussel richt zich op schimmels, bacteriën en archaea, eencellige organismen die lijken op bacteriën. Ze leven vaak op extreme plekken, zoals in de koude diepzee, hete geisers en zure vulkaanmeren. In de loop der jaren hebben we hier vier onderzoekslijnen ontwikkeld. De eerste richt zich op de mogelijkheden rond extremofielen, organismen die in extreme omstandigheden leven. De tweede op bioplastics, omdat sommige micro-organismen van nature al polymeren, moleculen van plastics, aanmaken. Het derde onderzoek draait om schimmels, waarbij we nieuwe klassen van materialen willen produceren. De vierde lijn bedrijft synthetische biologie. Daar wordt gewerkt met genetische technologie, met modificatie.”

Het project Fungateria is zeker voor de buitenwacht het spannendste deel van haar onderzoek. In experimenten en toepassingen tot nu toe wordt de schimmel aan het einde van de productiefase gedood, maar Fungateria gaat een stap verder. Als de organismen van schimmelleer tijdens het gebruik blijven leven, zouden ze dan kunnen doen aan zelfheling – uit zichzelf een kras op een schoen of tas kunnen herstellen?

Slapende groeistand

“Dat betekent dat je de micro-organismen levend moet houden in een slapende groeistand. Om hen pas te activeren als er schade moet worden gerepareerd. En dat gaat niet alleen op voor schimmelleer, maar ook voor bijvoorbeeld beton. Je kunt bacteriën of schimmels toevoegen aan betonmix. Mocht er een scheur ontstaan in het beton, waardoor er zuurstof en water binnendringt, dan gaan de micro-organismen ontkiemen. Ze beginnen te groeien en vullen de scheur op met een proces dat we carbonaatprecipitatie noemen, met bezinksel van zouten,” aldus de onderzoeker.

Er zijn nog meer interessante toepassingen van materialen met micro-organismen in de bouw. Bijvoorbeeld isolatiemateriaal, liggend als panelen op een dak, met daarin bacteriën die de lucht zuiveren, CO₂ uit de atmosfeer opvangen. “In dit geval wil ik zeker ook Elise Elsacker noemen, die zich vanuit de architectuur bij ons onderzoek heeft aangesloten en thuis experimenteerde. Ze zoekt nu naar een volledig biologisch afbreekbaar alternatief voor de huidige stenen en het beton in de bouw. Met materialen waar leven in zit dat kan worden gebruikt voor hersteloperaties.”

Ook de gezondheidszorg (met bijvoorbeeld materiaal voor de behandeling van brandwonden), de verpakkingsindustrie en de textielsector kunnen profiteren van het onderzoek. Om die mogelijkheden nu al te verkennen werkt de onderzoeksgroep van Peeters samen met andere universitaire vakgroepen. Maar ze waarschuwt voor te hoge verwachtingen op de korte termijn. “Het duurt waarschijnlijk nog wel tien jaar voordat de eerste producten op de markt komen. Mede daarom is er nog weinig concrete samenwerking met het bedrijfsleven. Mensen in de industrie willen al in een vroeg stadium garanties dat wat wij ontwikkelen economisch vatbaar is, een lange levensduur heeft en veilig is. Garanties die wij nu nog niet kunnen geven.”

Wat is de grootste hobbel die al die groene breinen in Brussel nog moeten nemen? “Genetische modificatie van nieuwe micro-organismen. Deze technologie heeft zich op andere terreinen al bewezen en we zullen haar ook nodig hebben om een bijdrage te kunnen leveren aan de bio-economie. Maar genetische engineering werkt nog niet optimaal voor minder conventionele micro-organismen. De techniek werkt wel heel goed voor bijvoorbeeld gist en bepaalde bacteriën, maar nog niet voor schimmels. Dat is voor mij een missie waar we nog jaren hard aan zullen moeten werken.”