Genetisch gemodificeerd eiwit maakt ijs tien keer sterker

Aan het einde van de jaren dertig kwam de Britse uitvinder Geoffrey Pyke met een opmerkelijk idee: bouw een vliegdekschip van ijs. Staal en aluminium waren schaars tijdens de Tweede Wereldoorlog, dus leek een schip van bevroren water een goedkoop alternatief. Pyke mengde houtpulp door het ijs om het steviger te maken, een materiaal dat bekend werd als Pykrete. Het plan, Project Habakkuk genoemd, sneuvelde uiteindelijk door technische problemen en de komst van langeafstandsvliegtuigen die de ijsschepen overbodig maakten.

Bijna een eeuw later hebben onderzoekers van de Hebrew University in Israël het concept nieuw leven ingeblazen. Onder leiding van biochemicus Ido Braslavsky ontwikkelde het team een materiaal dat ze Biopykrete noemen. Het is tien keer sterker dan gewoon ijs en kan zeventig keer meer energie opnemen voordat het breekt. Waar Pykrete faalde door de ongeordende verdeling van houtvezels, loste het team dat op met precisiewerk op moleculair niveau.

Een eiwit dat vezels aan ijs vastplakt

De sleutel tot Biopykrete is een aangepast eiwitontwerp. De onderzoekers namen een natuurlijk ijsbindend eiwit uit vissen en voegden er met technieken uit de synthetische biologie een onderdeel aan toe dat zich ook aan koolhydraten hecht. Dit chimere eiwit werkt als een soort moleculaire lijm. Gemengd met een suspensie van cellulose-nanovezels en vervolgens ingevroren, vormt het een flexibel skelet dat de omringende ijskristallen bij elkaar houdt.

"We wilden niet zomaar vezels door het ijs mengen, maar precies sturen hoe de verschillende materialen op moleculair niveau met elkaar verbinden," zegt Braslavsky. Het resultaat is een composietmateriaal dat zich anders gedraagt dan gewoon ijs: in plaats van plotseling te breken, vervormt het geleidelijk en absorbeert het veel meer energie voordat het uiteindelijk bezwijkt.

Bouwen in de poolgebieden en op Mars

Volgens de onderzoekers is Biopykrete een veelbelovend concept voor constructies in het Arctisch en Antarctisch gebied. Omdat het basisrecept simpel is - water, cellulosevezels en het speciale eiwit - is het denkbaar dat je een klein potje van eiwitproducerende bacteriën meeneemt naar afgelegen, koude plekken en daar ter plekke een schuilhut of andere structuur bouwt. Diezelfde logica geldt in theorie voor de ijskappen op Mars of manen als Europa, waar water in bevroren vorm ruim voorhanden is.

De stap van laboratoriumproefje naar echt bouwmateriaal is echter groot. Om genoeg van het speciale eiwit te produceren voor zelfs een klein gebouw, is een volwaardige bio-fabriek nodig, met bijbehorende energiekosten en CO2-uitstoot. Toch laat het onderzoek zien dat het bijna eeuwenoude idee van Pyke, nu met een genetische twist, nog altijd potentieel heeft.