Forskere har længe haft hede drømme om, at alt fra biler til kraftværker kan blive drevet udelukkende af en vedvarende produktion af bioethanol fra forskellige afgrøder som hvede og majs.
Problemet med at lave bioethanol fra afgrøder er dog, at det er tæt på uetisk at omdanne de spiselige dele af afgrøderne til ’økobenzin’, samtidig med at en stor del af verdens befolkning sulter.
På samme tidspunkt er de spiselige dele af afgrøderne klart de letteste at nedbryde, mens de uspiselige dele er så seje i det, at det er en dyr fornøjelse at få nedbrudt stængler og strå til noget som helst brugbart.
Men det problem kan være ved at være løst.
En international forskergruppe med dansk deltagelse er i hvert fald kommet op med en ny genetisk strategi til at designe planter, som meget lettere kan blive nedbrudt fra grove plantecellevægge til brugbar bioethanol.
»Ideen med anden generations bioethanol er at lave brændstof fra udelukkende restprodukter fra forskellige afgrøder. Det kan vi på sin vis godt i dag, men til det bruger vi forskellige enzymer, der er dyre at fremstille, eller planteresterne skal koges i syre i flere timer. Men hvis vi genetisk kan ændre på selve strukturen i afgrødernes cellevægge, kan vi gøre det meget billigere at få restprodukterne nedbrudt til bioethanol,« fortæller Jonatan Ulrik Fangel, der er postdoc ved Københavns Universitets Institut for Plante- og Miljøvidenskab.
Det nye forskningsresultat, der for størstedelens vedkommende er udført af forskere fra University of York, er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.
Kollega arbejder med samme sigte
Søren Kjærsgaard Rasmussen er professor ved Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet.
Han har ikke deltaget i det nye studie, men han arbejder på projekter, der har samme sigte. Søren Kjærsgaard er derfor ikke overrasket over, at forskerne bag studiet formår at vise, at ideen er brugbar.
»Studiet ligner meget det, vi selv arbejder med. Det er den helt rigtige fremgangsmetode, hvis man vil have sorter, der har egenskaber, som gør fermentering til bioethanol lettere. Der er måske ganske få ting, som jeg ville gøre anderledes, blandt andet den måde forskerne har valgt at behandle deres strå på, men ellers er jeg helt enig i studiets fremgangsmåde og konklusioner,« siger Søren Kjærsgaard Rasmussen.
Muterede græsfrø
Ideen om at lave designerplanter til bioethanolproduktion er ikke ny.
\ Fakta
Ved fremstilling af bioethanol er sigtet at få nedbrudt planter så meget, at bakterier kan fermentere plantesukkerne til bioethanol. Bakterierne kan ikke nedbryde de meget lange sukkerkæder som eksempelvis cellulose, der først skal skæres i mindre bidder. Derfor vil det være en gevinst for bioethanolproduktionen, hvis forskere kan finde variationer af afgrøder, som lettere bliver nedbrudt fra de lange sukkerkæder til mindre sukkerkæder, som bakterierne kan tage sig af.
Forskere har tidligere forsøgt at identificere gener, der har med strukturen i græsstrå at gøre og dermed også, hvor nemme de er at nedbryde til bioethanol.
Forskerne har derefter forsøgt at lave ændringer i generne for at se, om det havde en effekt på nedbrydningen af græsset. Forsøgene har tit vist sig at være nytteløse og har ikke haft det ønskede udfald.
I det nye forskningsprojekt har forskerne derfor valgt at gøre alting omvendt.
Fremfor at identificere generne først har forskerne muteret mere end tusinder af græsfrø fra model-græssorten Brachypodium distachyon og derefter ledt efter græsstrå med netop de ønskede egenskaber.
Det vil sige, at forskerne sikrede sig, at græsstråene lettere kunne nedbrydes til bioethanol, før de begyndte at kigge på, hvilke gener der var indblandet
»Det er en ny måde at gøre tingene på. Her sikrer vi os, at græsserne har de ønskede kvaliteter, inden vi overhovedet bruger tid på dem,« siger Jonatan Ulrik Fangel.
20 procent lettere at nedbryde
I alt muterede forskerne mere end 2.400 græsfrø, som de derefter såede.
Nogle græsstrå var blevet muteret så meget, at de aldrig voksede frem, mens andre græsstrå så helt normale ud.
Efterfølgende analyserede forskerne de græsser, der så normale ud. Det gjorde de ved at tilsætte en bestemt enzymcocktail, som forskere bruger til at finde ud af nedbrydningspotentialet i det enkelte græs.
Enzymcocktailen afslørede, at nogle af de almindeligt udseende græsser var blevet mere robuste, mens andre lettere faldt fra hinanden.
»På den måde kunne vi identificere 12 forskellige græsser, der var op til 20 procent lettere at nedbryde, men som stadig så helt normale ud,« siger Jonatan Ulrik Fangel.
Gener var blevet ændret
De 12 græsser undersøgte forskerne videre for at finde ud af, hvorfor de var blevet lettere at nedbryde.
Forskerne kiggede blandt andet på sammensætningen af stofferne cellulose og lignin i plantecellevæggene, og de kiggede også på genetiske forskelle mellem de oprindelige planter og de muterede planter.
Her fandt forskerne blandt andet ud af, hvordan mutationerne influerede på mængderne af plantestrukturstofferne cellulose, hemicellulose og lignin. Mængden af stofferne var i større eller mindre grad blev ændret i de 12 udvalgte mutantgræsser.
Forskerne fandt også ud af, at en genetisk ændring i genet Bradi2g01480 ser ud til at have en stor effekt på græssets nedbrydningspotentiale.
På den måde lykkedes det altså for forskerne at finde netop en genetisk mutation, som forhåbentlig kan efterlignes i afgrødegræsser som hvede, byg, rug og ris.
»Brachypodium er uinteressant i bioethanolsammenhæng, da den ikke benyttes som afgrøde. Men det er en modelplante, der tæt beslægtet på alt fra hvede til ris. Derfor forventer vi, at vi også kan finde og manipulere de samme gener i eksempelvis hvede, som vi finder i denne græs,« siger Jonatan Ulrik Fangel.
Søren Kjærsgaard Rasmussen mener dog ikke, at man nødvendigvis behøver at bruge muterede plantefrø for at finde frem til genetisk variation, der kan benyttes til fremtidig produktion af bioethanol.
»Jeg tror, at man sagtens kan finde mange af de efterspurgte egenskaber i de kornsorter, vi har i dag. Hvis man screener disse, vil man kunne finde frem til en masse variation, som man derefter kan forædle. Problemet med at skabe mutanter er, at de ikke kun bliver muteret ét sted. Det bliver de flere steder, og mange af de andre mutationer vil vi sikkert gerne af med bagefter. Derfor kan man springe en masse bøvl over, hvis man screener for de variationer, der allerede findes,« Siger Søren Kjærsgaard Rasmussen.
Forskere vil finde flere gener
Det næste skridt i forskningen bliver ifølge Jonatan Ulrik Fangel at finde flere gener, der har de kvaliteter, som forskerne efterspørger.
Med den rette kombination af genetiske ændringer forventer forskerne, at de kan designe alle mulige afgrødeplanter, der ser helt normale ud, men som samtidig falder let fra hinanden, når de bliver brugt til bioethanolfremstilling.
»Det vil være fantastisk, hvis vi kan skabe nogle afgrøder med fantastiske kerner, og hvor strået falder fra hinanden, uden at det først skal koges i syre, eller at vi skal tilsætte en masse dyre enzymer,« siger Jonatan Ulrik Fangel.
