Vil bruke bakterier til å produsere dyrefôr, medisiner og plast

Read this news article in English

Store landarealer og mye energi går med til å produsere mat, medisiner, dyrefôr og forbruksartikler. Til sammen er dette en tung byrde for planeten og vi har store utfordringer med overbelastning av naturen og store klimagassutslipp.

Nå er norske forskere ett skritt nærmere en løsning som kan gjøre oss i stand til å produsere mye av det vi trenger ved hjelp av bakterier på en mer effektiv måte enn det som har vært forsøkt hittil. Noen av bakteriene spiser til og med CO₂ i prosessen med å bygge nytt biomateriale.  

Et forsker-team ved NMBU har fått 10 millioner danske kroner for å videreutvikle en helt ny måte å bruke levende organismer, som bakterier, til å produsere det vi trenger.

– Vi har en stor utfordring med å kunne produsere nok mat til en økende befolkning. Denne typen teknologi har potensiale til å kunne produsere ting og mat løsrevet fra petroleumsbaserte energikilder og uavhengig av klima, vær og sesong. Du kan i prinsippet dyrke mat i Sahara, du trenger ikke lenger matjord, sier Linda Bergaust. Hun er forsker ved NMBU og leder for det nye prosjektet.

Hun forteller at metoden også er en type prosess man ser for seg for å kunne produsere mat i verdensrommet. 

Overrasket over at det ikke har vært gjort før 

Det å bruke bakterier og andre mikrober til å produsere varer, fôr og medisiner, har fått navnet «biofabrikasjon» og har vært testet i ulike formater verden over de seneste årene. Industrien er fortsatt i startgropen, og det er noen få produkter i kommersiell produksjon.

Med den nye metoden som NMBU-forskerne er i ferd med å utvikle, håper de på å kunne bidra til utviklingen av konkurransedyktig biofabrikasjon, ved å gjøre det svært mye enklere og billigere å bygge store mengder cellemateriale. 

Så hvordan skal de gjøre det? Ved å bruke en annen type bakterier enn de som hittil har vært brukt i lignende forsøk.

Akkurat som vi mennesker tar opp oksygen når vi puster, trenger også mange bakterier oksygen for å vokse. Men ikke alle. Noen bakterier vokser uten oksygen og henter i stedet energi fra andre stoffer i omgivelsene. Når organismer tar opp oksygen, kaller vi det aerob respirasjon. Når de ikke tar opp oksygen for å vokse, kalles det anaerob respirasjon. Dette gjelder for eksempel en rekke bakteriearter og det er noen av disse NMBU-forskerne vil bruke til biofabrikasjon.

– Dette er veldig spennende! Dyrking av bakterier, alger og sopp for bruk til fôr, farmasiprodukter og lignende er ikke nytt, men felles for tidligere metoder er at man bruker såkalt aerob respirasjon i produksjonen – altså bakterier som tar opp oksygen. Dette krever at man må pumpe fryktelig mye oksygen inn i reaktoren, og produksjonen begrenses av oksygentilførselen, sier Bergaust.

Hun forklarer at de nå skal bruke bakterier som lever ved anaerob respirasjon, altså bakterier som ikke trenger oksygen for å vokse.  

– Vi har funnet en måte å dyrke bakterier til høy tetthet uten tilførsel av oksygen, der bakteriene i stedet bruker nitrat som energikilde. Dette kalles denitrifikasjon. Det finnes mange ulike bakterier som kan gjøre dette. Noen bruker sukkerarter eller organiske syrer for vekst, og noen kan bruke hydrogengass (H₂) som energikilde og CO₂ til å bygge cellemateriale, sier hun.  

Organismene som bruker CO₂, vil altså kunne bidra med å binde CO₂ fra atmosfæren i prosessen med å bygge biomasse som vi kan bruke til andre ting.

Noe er fortsatt hemmelig

– Vi er faktisk litt overrasket over at man ikke har brukt denne typen organismer tidligere. Det er mange arter som kan dette, kanskje så mye som en hel prosent av alle kultiverbare bakterier i jord, og det er et ganske høyt tall i denne sammenhengen, sier Bergaust.  

Hun forteller at eventuelle tidligere forsøk sannsynligvis feilet fordi man ikke har klart å holde kontroll på pH og akkumulering av salt under celledyrkingen. Veien rundt disse problemene holder NMBU-forskerne imidlertid tett til brystet.

– Dette er fortsatt hemmelig, og metoden er patentsøkt. Vi har klart å dyrke bakterier til virkelig høy celletetthet, men vi skal komme enda høyere. Det er dette vi nå har fått midler til å videreutvikle, og til å finne fram til nye organismer som egner seg enda bedre til mer effektiv produksjon av biomasse.  

Grunnforskning på vei mot industri

Det nye prosjektet har fått navnet AnaPro, etter målet med å utvikle produksjon ved hjelp av bakterier som bruker anaerob respirasjon.

Linda Bergaust er prosjektleder, men det finnes tre oppfinnere av metoden, hvor Lars Bakken er hovedoppfinner, og Svein Jarle Horn og Bergaust selv er de to andre medlemmene av teamet. 

Det danske fondet som nå gir støtte til prosjektet, Novo Nordisk Fonden, er det samme som har investert i blant annet amerikanske Biomason, et av de mest kjente prosjektene innen biofabrikasjon i dag.  

Selv om AnaPro-prosjektet er nytt, bygger teknologien på langsiktig grunnforskning ved NMBU. Prosjektleder Bergaust er i ferd med å avslutte et tidligere grunnforskningsprosjekt med støtte fra Forskningsrådet, hvor hun fikk tildeling under «Unge talenter» i FRIPRO-programmet i 2018. 

– Spørsmålet nå er om vi klarer å utvikle en metode som er økonomisk bærekraftig. Ulempen med å bruke organismer med anaerob respirasjon, er at de vi kjenner til i dag produserer noe mindre biomasse enn de med aerob respirasjon. Så vi kommer til å lete etter organismer med høyere avkastning.  

Teamet er også i ferd med å søke om støtte fra Forskningsrådet til et såkalt verifiseringsprosjekt- kommersialisering fra offentlig finansiert forskning. Her sitter NMBU-professor Lars Bakken ved roret. 

– I denne søknaden beveger vi oss mer mot industri, da først og fremst med tanke på fôr til fisk. Potensialet ligger i at man også kan tilpasse det til menneskemat eller andre typer produkter, det finnes ikke mange grenser for hva dette kan brukes til i fremtiden, sier hun.  

– AnaPro er et grunnforskningsprosjekt, men det har tydelig output; vi skal videreføre den anaerobe dyrkningsmetoden og utforske om vi kan bruke hydrogen og CO₂ heller enn organiske energikilder, og se om vi finner nye organismer som har høy avkastning. Her ligger det mye arbeid og optimalisering som vi gleder oss mye til å jobbe videre med, forteller Bergaust.