Alger skal være fremtidens grønne fabrikker
Forskere fra Københavns Universitet vil gøre alger til effektive bio-fabrikker, der omdanner sollys og luftens CO2 til værdifulde stoffer, der kan bruges som for eksempel kræftmedicin. Sig goddag til en biobaseret fremtid!

Hængende poser med alger der bliver pumpet rundt, såkaldte fotobioreaktorer. Virksomheden NOVAgreen har 20 års erfaring inden for algeproduktion i forskellige typer af fotobioreaktorer og har udviklet effektive teknikker til at 'høste' algerne. (Foto: NOVAgreen)

 

Genetisk modificerede organismer, også kaldet GMO, har desværre fået et dårligt ry der hænger ved, og det er nok de færreste, der er klar over, at GMO kan være med til at løse for eksempel klimaproblemer og andre udfordringer, som vores samfund står overfor.

Eller at vi ved hjælp af GMO kan udvikle medicin, der bekæmper alvorlige sygdomme som kræft - og dette endda uden risiko for, at GMO bliver spredt i naturen.

I samarbejde med en lang række universiteter og virksomheder i og uden for Danmark er forskere på Københavns Universitet ved at udvikle alger og cyanobakterier, der skal virke som lys-drevne grønne mikrofabrikker til produktion af netop kræftmedicin og en lang række andre stoffer af høj værdi for vores samfund.

Ingen spredning af GMO-alger i naturen

GMO er blandt andet dyr, planter og mikroorganismer, som kunstigt har fået ændret deres DNA/arvemateriale. Dvs. at forskere for eksempel overfører gener, der koder for bestemte proteiner, fra én organisme til en anden, og dermed også overfører en bestemt egenskab.

Et af de mere velkendte eksempler er, at afgrøder kan få overført gener, der koder for resistens mod en bestemt type ukrudtsmiddel.  Derved kan en mark sprøjtes, uden at afgrøden selv tager skade af dette.

En af de ting, der har sået den indædte skræk for GMO, er tanken om, at et sådant resistens-gen måske kan overføres til andre planter, der så kan vokse helt uhæmmet og ude af kontrol.

Fakta

Denne forskning er støttet af Det Strategiske Forskningsråd (bevilling nummer 12-131834) og af People Programme (Marie Curie Actions) under den Europæiske Unions syvende rammeprogram FP//2007-2013 (bevilling nummer 317184).

Fordelen ved at bruge netop alger og cyanobakterier til produktion er, at der ikke er nogen grund til at frygte, at de kommer ud i naturen – for det kommer de ikke. I stedet opbevares de i såkaldte fotobioreaktorer, der sikrer de optimale vækstbetingelser.

Alger geares til fremstilling af naturmedicin

Planter indeholder en lang række komplekse naturstoffer af meget stor værdi for os, for eksempel de såkaldte terpenoider.

Velkendte eksempler er malaria-medicinen Artemisinin fra planten Kinesisk Malurt (Artemisia annua) og kræft-medicinen Taxol (også kaldet Paclitaxel) udvundet fra barken af Vestamerikansk taks.

Sådanne stoffer er dyre, fordi de naturligt kun forekommer i meget små mængder i ofte sjældne eller langsomt voksende planter.

Derudover er de ofte ekstremt komplicerede rent kemisk og derfor svære at fremstille kunstigt i et reagensglas med traditionel kemi.

Forskningsprojektet Plant Power ledet af professor Poul Erik Jensen fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab er ved at finde en løsning på denne problematik.

Hvis vi vil sikre, at vi i fremtiden har et samfund med bæredygtig produktion af biobrændsel, medicin og andre værdifulde stoffer, kommer fotosyntesen uden tvivl til at spille en afgørende rolle.

Den går ud på at overføre gener til alger eller cyanobakterier, fra en plante der producerer et værdifuldt stof. Derudover har de fundet en måde, hvorpå enzymerne, som generne koder for, kobles direkte til fotosyntesen.

Dermed bliver de enzymer, der skal producere de værdifulde stoffer, 'fodret' direkte med Solens energi.

Ideen er at forsøge at 'booste' dem til at yde mere, end de gjorde, i den plante de oprindeligt fandtes i. Herudover vokser alger og cyanobakterier langt hurtigere end landplanter, og det er langt nemmere at få stofferne ud af dem.

Modsat klassisk organisk syntese-kemi er denne produktionsform også grøn og bæredygtig, da der kun forbruges sollys, vand og CO2.

 

Ind i kampen mod den globale opvarmning 

I et andet stort EU-finansieret forskningsprojekt PHOTO.COMM, der også ledes af professor Poul Erik Jensen, tages kampen op mod den globale opvarmning.

I dag afbrændes store mængder fossile brændstoffer (olie og kul) der giver en stigning i CO2-niveauet i atmosfæren, der kan lede til stigende temperaturer.

Nogle planter producerer værdifulde stoffer, der blandt andet kan bruges som kræftmedicin. Desværre produceres de ofte i meget små mængder der i øvrigt at svære at få ud af planten. Derfor overfører forskerne DNA fra en sådan plante til alger eller cyanobakterier, hvori produktionen af medicin kan optimeres. DNA’et koder for enzymer, der danner netop det ønskede stof. Forskerne er i stand til at sørge for at enzymerne sendes ind i algens grønkorn, hvori de kan få den nødvendige energi til at drive processen optimalt. I grønkornene omdannes energi i form af solstråler nemlig til høj-energi elektroner (e-), som enzymerne har brug for i deres reaktioner. Dette sker i plantens fotosystem, som forskerne på Københavns Universitet er eksperter i.
(Illustration: Lærke Marie Münter Lassen)

Derfor arbejdes der meget intenst på at finde miljøvenlige alternativer til de fossile brændstoffer. Et af disse alternativer er at få alger og cyanobakterier til at producere biobrændsel i tilstrækkeligt store mængder.

Disse organismer er olierige og kan bruges til at danne biobrændsel såsom biodiesel, metan, hydrogen og ethanol. For at give et tilstrækkeligt udbytte er der dog behov for at tilpasse eller specialisere disse organismer vha. bioteknologi.

Derudover er udbyttet stærkt afhængigt af, hvorledes man dyrker algerne og cyanobakterierne – de ting, der virker i en lille kolbe i laboratoriet, virker måske ikke i stor skala.

Derfor er samarbejdet på tværs af universiteter og industrier meget vigtigt. Industripartnerne har erfaring med større produktion i fotobioreaktorer og kan hjælpe med at bringe forskningsresultaterne til anvendelse.

 

Kæmpe potentiale i alger skal udnyttes

Ud over at kunne benytte algerne til at producere biobrændsel og kræftmedicin er der en lang række af andre anvendelsesmuligheder.

De førnævnte terpenoider har mange andre egenskaber, nogle kan for eksempel anvendes som hormon-regulatorer eller som en ny type antibiotika mod de frygtede multiresistente bakterier.

Kristine Kirkensgaard er Projekt Manager på Københavns Universitet, Institut for Plante- og Miljøvidenskab, på projekterne Plant Power, PHOTO.COMM og EU-Alba. Kristine har også tidligere administreret en stort intern forskningspulje (2016-puljen) på KU. Hun er uddannet Cand. Scient. fra Roskilde Universitet indenfor molekylærbiologi og kemi og har en ph.d. fra Institut for Systembiologi fra DTU inden for proteinkemi og -struktur.<br />
Professor Poul Erik Jensen og postdoc Lærke Marie Münter Lassen har bidraget til artiklen.

Derudover har alger potentialet til at producere en lang række andre stoffer, som vi kender fra vores hverdag såsom fedtstoffer, olier, naturlige farvestoffer, naturlige smagsstoffer og antioxidanter.

Vi bliver som bekendt flere og flere mennesker på denne Jord, hvilket giver et øget behov for effektiv produktion af fødevarer. Her kan alger også være en del af løsningen.

Store fotobioreaktorer vil sandsynligvis i fremtiden give en mere effektiv produktion af eksempelvis planteolier, proteiner og andre stoffer på mindre arealer end i dag, for eksempel på landområder, der ikke kan anvendes til landbrugsproduktion eller som integrerede dele af vores bygninger.

 

Lidt som at lege med Lego

For at kunne udnytte alger og cyanobakterier til at producere de ovennævnte stoffer optimalt, er man nødt til at 'bygge dem om'.

Forskellige komponenter tages fra forskellige organismer og sættes sammen i nye sammenhænge, og biologiske kredsløb bygges om for at sikre optimal energitilførsel. Netop i disse organismer er fotosyntesen en enorm energikilde, der ligger klar til at blive udnyttet.

Hvis vi vil sikre, at vi i fremtiden har et samfund med bæredygtig produktion af biobrændsel, medicin og andre værdifulde stoffer, kommer fotosyntesen uden tvivl til at spille en afgørende rolle.

Kun omkring 1 procent af det lys, der rammer en plante, omsættes nemlig til energi bundet i plantens biomasse, så der er et kæmpe uudnyttet potentiale her - et potentiale som de vil søge at udnytte ved at sætte komponenterne sammen på helt nye måder.

 

Det sker