Biotekindustrien bør skifte produktionsmetode

torsdag 28 jun 18

Kontakt

Ákos T. Kovács
Professor
DTU Bioengineering
45 25 25 27

Forskere fra DTU opfordrer biotekbranchen til at satse på genmodificerede bakteriesamfund i stedet for rene bakteriekulturer.

Biotekindustrien burde stoppe med at producere i cellefabrikker baseret på renkulturer. I stedet bør de bruge genteknologi til at designe cellefabrikker, der efterligner mikrobernes mangfoldige leveforhold i naturen. Gør de det, vil de kunne øge produktion fra hver enkelt cellefabrik betydeligt. Det er forslaget fra DTU forskerne bag et netop offentliggjort studie.

"Vi har stor interesse for denne type grundforskning, og derfor har vi bl.a. tætte bånd til DTU."
Senior Manager Michael Dolberg Rasmussen, Novozymes

Biotekindustrien bruger levende organismer, som svampe, bakterier og mikrober til at fremstille en lang række produkter, herunder fødevarer, som for eksempel ost, vin og brød, lægemidler, f.eks. penicillin og insulin til sukkersygepatienter, og en række andre produkter, der anvendes i dagligdagen, f.eks. ethanol til brændstof, vaskepulverenzymer, og bionedbrydelige plastmaterialer.

Den danske biotekindustri blev skudt i gang i 1800-tallet, hvor brygger J.C. Jacobsen oprettede Carlsberg Laboratorium til udvikling af rene gærkulturer til ølbrygning.

Renkultur er en dyrkningsmetode, hvor en sort af en planteart eller en kultur af bakterier eller gær dyrkes, uden at man blander andre sorter, arter, typer eller kulturer sammen med den. Fordelen er, at man lettere kan kontrollere produktionen, og ved århundredeskiftet var Danmark verdens førende inden for gæringsvidenskab.

Siden da har biotekindustrien været i stadig vækst, og den udgør en stadigt større del af den danske industrielle produktion. Fælles for alle virksomhederne er, at de bruger renkulturer i produktionen.

Mangfoldighed er nøglen til mikrobiel succes – også i cellefabrikker
I modsætning til de rene forhold i cellefabrikkerne lever mikroorganismer i naturen i en mangfoldighed af forskellige slags organismer, som samarbejder med hinanden om en lang række opgaver. For eksempel deles de om at udskille antibiotika for at beskytte sig mod fjender eller om at udskille enzymer til at optage næring. Nogle mikroorganismer udvikler dig til specialister inden for et bestemt område, hvor de udfører en bestemt opgave.

Denne arbejdsdeling giver mikroorganismerne avancerede overlevelsesstrategier, som for eksempel at udforske nye territorier, eller udvikle frugtlegemer, der sikrer en stor spredning af mikroorganismens sporer.

Ny forskning fra DTU Bioengineering viser, at disse avancerede overlevelsesstrategier kan udnyttes i industrielle cellefabrikker. Ved at gå væk fra produktion i renkulturer og i stedet begynde at producere i genetisk designede cellefabrikker, som efterligner mikroorganismernes mangfoldige levevilkår i naturen, kan cellefabrikproduktionen øges betydeligt.

To måder for at blive en mikrobiel specialist
Når mikroorganismerne skal udvikle sig til specialister, kan de gøre det på to måder: enten fænotypisk, hvor de beholder alle deres oprindelige genetisk bestemte evner, men kun bruger de enkelte, som kræves for at udføre opgaven. De har altså stadig potentialet til at udføre andre opgaver. Den anden mulighed er den genotypiske, hvor de helt mister evnen til at udføre andre opgaver end den, de skal udføre som specialister.

Disse to mekanismer har længe været kendt, men man har ikke vidst, hvad fordelene og ulemperne ved de to metoder er, eller hvilken af dem, der giver det største udbytte for den enkelte mikroorganisme og for samfundet som helhed.

Genetiske specialister udfører det bedste arbejde
I studiet kombinerede forskerne eksperimenter med computersimulationer og beregninger til at undersøge de potentielle fordele ved arbejdsdeling i dannelsen af biofilm (en tynd hinde af mikroorganismer, som beskytter mod angreb) hos jordbakterien Bacillus subtilis.

Bakterien bruges i stort omfang til produktion af enzymer i cellefabrikker i biotekindustrien. I naturen koloniserer den planters rødder, og den hjælper planten med at gro ved at beskytte den mod angreb fra fjender. Denne evne udnyttes også i stigende grad i det industrielle landbrug til at fremme planters vækst.

Forskerne brugte genredigering til at designe to mikrobielle specialister; en som producerede kulhydrater, og en, som lavede proteinfibre, begge fundamentale i produktionen af biofilm.

Resultatet af eksperimentet, som blev bekræftet af en computersimulation, viste tydeligt, at arbejdsdelingen er mere effektiv, når den er baseret på den genotypiske udvikling, end når den er baseret på den fænotypiske specialisering.

Samtidig viste studiet, at det er muligt at reproducere resultaterne ved bakteriens kolonisering af planter. Det betyder, at resultatet af studiet også kan bruges til at forbedre biologisk kontrol af plantesygdomme og derfor kan have en positiv indvirkning på grøn bioteknologi.

Professor Ákos T Kovács, som står bag studiet siger:

”Dette studie er et rigtig godt eksempel på, hvorfor biotekindustrien har brug for universitetsforskere til at udføre grundforskning. Vi er de første, der viser, at genetisk baseret arbejdsdeling øger mikrobernes produktivitet.

Vores resultater kan have en meget positiv indvirkning på den danske biotekindustri, som kontinuerligt søger at forbedre mikrobielle cellefabrik-baserede processer. Det næste skridt er at teste arbejdsdelingen for forskellige typer af bakterier under industrielle forhold."

Virksomheden Novozymes, som netop producerer enzymer i cellefabrikker bestående af bakterier, søger konstant at optimere produktionen, og senior manager Michael Dolberg Rasmussen fra Novozymes udtaler derfor til avisen Ingeniøren: 

”Vi har stor interesse for denne type grundforskning, og derfor har vi bl.a. tætte bånd til DTU.”

Læs studiet Division of Labor during Biofilm Matrix Production in Current Biology.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.