Kaster lys over plantenes nedbrytning

Han bygger kunnskapen opp og bryter plantene ned. Doktorgraden til Eirik Kommedal kaster lys over sollyset og hvordan det bryter ned planterester slik at de kan brukes om igjen.

Sollys

– Vi vet at plantemateriale som ligger på bakken, blir omdannet raskere enn det som ligger nedi jorden, fordi det har tilgang på sollys, sier han.

Kommedal forsker ved fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap på NMBU. Forskerne ved universitetet er svært interesserte i slike nedbrytingsprosesser. Hvis plantematerialene skal brukes om igjen, må de brytes ned effektivt.

De kan brukes om igjen i naturen, eller mennesker kan bruke dem i bioraffinerier. Der brukes ikke-spiselig biomateriale, slik som for eksempel skogsavfall, til å lage biokjemikalier, biomaterialer eller biodrivstoff.

– Naturen har utviklet en verktøykasse med mange ulike verktøy for å bryte ned plantemateriale. Vi jobber med ett av de verktøyene: et enzym, sier han.

Det er snakk om et LPMO. Det er en type enzymer som forskerne på Ås oppdaget for tolv år siden.

Åpner for nedbrytning

Når han skal forklare innholdet i doktoravhandlingen, tyr Eirik Kommedal til paralleller:

– Se for deg en overflate som er helt hard. Så skal du prøve å rive av det ytterste laget. Da har du ingenting å ta tak i. Hvis du bruker det verktøyet som vi har sett på, altså enzymet, så vil det sette seg på overflaten og klippe den opp slik at du får tak og kan dra av laget. Det er andre enzymer som drar av det ytterste laget, men dette enzymet gjør de klippene slik at de andre får tak, beskriver han.

Med lys går det an å kontrollere hvordan enzymet arbeider. Enzymene trenger hydrogenperoksid for å gjøre jobben. Lys og bestemte plantestoffer som reagerer på lys, avgjør hvor mye hydrogenperoksid som er tilgjengelig for enzymet. Kontrollerer du det, så kontrollerer du også aktiviteten til enzymet. 

Følsomt på annen måte

Men det er ikke bare enzymene som arbeider bedre når det får lys:

– En trestokk består av sukker, cellulose og lignin. Plantemateriale brytes ned raskere når det blir utsatt for sollys. Vi har trodd at årsaken delvis er at sollyset gjør at lignin brytes ned slik at du får lettere tilgang på sukkeret i trestokken eller planten. Vi viste altså at ligninet som finnes i disse plantematerialene, er lyssensitivt, sier han.

Kommedal og teamet hans har funnet ut at denne lyssensitiviteten ikke bare fører til endringer i ligninet, men at det også fører til at det dannes hydrogenperoksid. Det er dannelsen av hydrogenperoksid som gjør at nedbryting går raskere i lys.

Dermed brukte han lys og lignin sammen med enzymene.

– Det vi ser i studiene våre, er at når vi kombinerer lys og lignin, går nedbrytningen mye raskere enn den gjør uten lys, forteller Kommedal. 

Også insekter

Disse funnene har han skrevet to artikler om; den ene ligger ennå og venter på publisering.

– I artikkel nummer tre bygger videre på funnene, forteller han.

Da dreier det seg om insekter og skall. Det som gjør at skallene til insekter – og også skallene til for eksempel reker – er harde, er et stoff som heter kitin. Det er veldig likt cellulose i plantemateriale. Kommedal har brukt de samme lysfølsomme stoffene og tilsvarende enzymer og testet hvordan de bryter ned kitin.

– Vi har sett at når insektskallene blir utsatt for lys, går nedbrytningen mye raskere, sier han.

Erstatter olje

Forskningen til Eirik Kommedal handler om å forstå hvordan naturen virker; ikke om å finne opp nye produkter. Dette er grunnforskning som andre forskere kan bygge videre på.

– Jeg tror det kommer til å skje ganske mye fremover. Lignin er et avfallsprodukt som det genereres fryktelig mye av. Mye blir brent fordi vi ikke har noen måte å bruke det på. Men her har vi plutselig det, sier han.

– Nå kan vi bruke lignin og sollys til å drive nedbrytingsprosesser som vi ellers hadde måttet bruke fossil energi til. Og vi har nye muligheter til å omdanne fornybar plantebiomasse til nyttige produkter, sier Erik Kommedal.

Referanse:

Bastien Bissaro, Eirik Kommedal, Åsmund K. Røhr og Vincent G. H. Eijsink: Controlled depolymerization of cellulose by light-driven lytic polysaccharide oxygenases.
Nature Communications, februar 2020, doi: 10.1038/s41467-020-14744-9