Noen av naturens sterkeste materialer, som cellulose og kitin, er bygget for å stå imot nedbrytning. Vincent Eijsink var med på å avdekke hvordan naturen overvinner denne barrieren. Oppdagelsen har gitt oss nye muligheter for å omdanne biologiske ressurser til drivstoff, kjemikalier og materialer, og sørget for at Eijsink vant Novonesis’ bioteknologipris for 2026.
Hvert år blir enorme mengder biologiske ressurser fra skogbruk, landbruk og marine systemer liggende ubrukt. En måte å omdanne denne biomassen til drivstoff, kjemikalier og andre nyttige produkter på, er ved hjelp av enzymer. Problemet er at prosessene ofte er trege og kostbare. Selv små forbedringer i effektivitet kan derfor ha stor økonomisk betydning.
Til å begynne med så det ut til å dreie seg om et protein de fleste forskere ville ha klassifisert og deretter lagt til side. Et lite, tilsynelatende uinteressant protein som bandt seg til kitin i krepsdyrskall, sopp og insekter. Nyttig, kanskje. Men neppe banebrytende.
Så tilsatte Eijsinks forskergruppe proteinet til enzymer som bryter ned kitin. Da skjedde noe uventet.
– Reaksjonen gikk mye raskere. Dramatisk raskere. Materialer som tidligere hadde motstått nedbrytning, begynte å gi etter. Men den virkelige overraskelsen var ikke bare at det fungerte bedre – det var hvordan, sier professor Vincent Eijsink ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU).
Disse proteinene bidrar til å frigjøre verdier i materialer vi ellers har store problemer med å utnytte – fra trevirke og planterester til rekeskall. Det som først fremsto som en ubetydelig hjelper, viste seg å være del av en mer omfattende strategi naturen bruker for å bryte opp særlig motstandsdyktige materialer.
(Artikkelen fortsetter under videoen)
Ble fascinert av proteiners form
Tidlig i karrieren var Eijsink fascinert av proteiners form, et grunnleggende trekk ved biologien.
Han vokste opp i Nederland og studerte molekylærvitenskap i Wageningen akkurat idet bioteknologien som fagfelt begynte å ta form. For første gang kunne forskere gjøre mer enn å bare beskrive biologiske molekyler, de kunne begynne å endre dem.
– Jeg var fullstendig fascinert av det, sier Eijsink.
Det som grep ham, var at proteiner utfører kjemi ved å folde seg til tredimensjonale strukturer.
– Et protein er egentlig bare en kjede av aminosyrer. Og likevel folder den seg på en måte som gjør det mulig å utføre helt bemerkelsesverdige reaksjoner, sier han.
På midten av 1980‑tallet flyttet han til Universitetet i Groningen for å skrive en doktorgrad i protein engineering. Den gang var det en stor operasjon bare å endre én enkelt aminosyre. Reagensene var dyre, og dataverktøyene så vidt tilgjengelige.
– Hver mutant var en feiring, sier Eijsink.
– Det var fascinerende – men også veldig nytt. Vi visste ikke alltid helt hva vi gjorde. Vi utforsket.
Forståelsen kom først
Doktorgradsarbeidet hans tok utgangspunkt i et praktisk problem: hvordan gjøre enzymer mer stabile, slik at de fungerer under industrielle betingelser. Trinn for trinn førte økende forståelse av proteiners stabilitet frem til en artikkel med tittelen «Engineering an enzyme to resist boiling» – et høydepunkt tidlig i karrieren.
Arbeidet med doktorgraden formet også hans syn på bioteknologi.
– Skal vi drive fornuftig, anvendt forskning, og faktisk bidra til løsninger i samfunnet, må alt begynne med forståelse, sier han.
Ikke bare hva et enzym gjør, men hvorfor det i det hele tatt virker. Hva gjør en struktur stabil eller sårbar?
Denne måten å jobbe på fulgte ham videre: tett kobling mellom grunnleggende innsikt og praktisk anvendelse.
– Det har vært fantastisk å starte dagen med å studere en proteinstruktur og avslutte den med å se på en reaktor. For oss hører de to sammen, sier han.
Over tid ble denne tilnærmingen skjerpet til noe mer spesifikt: en evne til å legge merke til det andre overså.
Det skulle vise seg å bli avgjørende. Ett av proteinene som senere skulle endre karrieren hans, hadde vært oversett i årevis.
Proteinet ingen trodde var viktig
På 1990‑tallet fikk et besøk i Groningen avgjørende betydning, både faglig og personlig.
– Det kom en norsk, kvinnelig gjesteforsker til laboratoriet. Hun fanget interessen min, og ja – vi er fortsatt sammen, sier Eijsink og smiler.
Forskningsmessig handlet samarbeidet om å uttrykke kitinaser i melkesyrebakterier for å gi dem sopphemmende egenskaper. Men det førte også Eijsink til Norge og bidro til et skifte i forskningen, fra enkeltproteiner til hvordan biologien bryter ned sterke materialer.
Kitin er ett av disse materialene. I likhet med cellulose i planter er kitin et svært vanlig, stivt og vanskelig nedbrytbart polysakkarid. Det utgjør cellevegger hos sopp, eksoskjelettet hos insekter og skall hos krepsdyr. Strukturer som er bygget for å vare.
Den etablerte forklaringen var enkel: enzymer kalt kitinaser bryter polymerene ved hydrolyse, ved å bruke vann til å bryte bindinger. En rimelig modell. Men var den fullstendig?
I virkeligheten er disse materialene tett pakket og ofte krystallinske. Å bryte dem ned koster mye energi.
– I årevis antok man at hydrolytiske enzymer var de viktigste verktøyene, sier Eijsink.
– Men det stemte ikke helt med det vi så i naturen.
Hvis hydrolytiske enzymer hadde begrenset evne til å angripe disse materialene, hvordan klarte da mikroorganismer å bryte dem ned så effektivt? Etter hvert begynte det å dukke opp spor. Enkelte systemer fungerte bedre enn ventet. Bestemte proteiner dukket stadig opp. De bandt seg til kitin, men uten tydelige tegn til nedbrytning.
Det var lett å overse dem. De ble regnet som hjelpeproteiner, ikke enzymer. Nyttige, kanskje, men langt fra sentrale.
Et gjennombrudd som endret feltet
Proteinet CBP21 – forkortelse for chitin‑binding protein – var blitt observert før. Andre forskere hadde sett på det og gått videre. Det viste ingen tydelig aktivitet og passet ikke inn i den hydrolytiske modellen for nedbrytning av kitin.
– I starten var vi bare nysgjerrige, sier Eijsink.
Tidlig på 2000‑tallet ønsket doktorgradsstipendiat Gustav Vaaje‑Kolstad å undersøke proteinet nærmere.
– Da han sa det, svarte jeg: Er du sikker? Jeg trodde ikke det ville hjelpe oss å bryte ned kitin, sier Eijsink.
Men proteinet dukket stadig opp i systemer som effektivt brøt ned kitin.
– Bakterier som vokste på kitin, produserte dette proteinet konsekvent. Hvis naturen beholder noe, så er det en grunn til det.
Arbeidet fortsatte. Og så kom overraskelsen.
– Når vi tilsatte CBP21 til kitinaser, økte nedbrytningen av kitin.
Proteinet kuttet ikke materialet selv, men endret hvordan andre enzymer kunne arbeide.
– Vi hadde ikke forventet dette, og forsto heller ikke rekkevidden av det vi så. Forskerne som fagfellevurderte artikkelen vår var mer begeistret enn vi var, sier han.
Gradvis ble det klart at det var noe mer enn «oppløsning» av strukturen som foregikk.
– Proteinet bandt seg ikke bare til kitin. Det forandret det.
Da kjemien viste seg å være en annen
Gjennombruddet kom da forskergruppen sluttet å ta reaksjonsmekanismen for gitt og begynte å teste betingelsene systematisk.
– Vi begynte å tilsette metaller. Så tilsatte vi vitamin C. Plutselig gikk det opp for oss at vi tilførte elektroner. Kontrolleksperimentet ble selve gjennombruddet.
Reaksjonen var avhengig av elektroner. Bindingene ble ikke brutt av vann, men ved oksidasjon.
– Da forsto vi at det vi så var noe helt nytt. Dette ikke bare var et bindingsprotein, men et enzym som utførte en type kjemi ingen hadde sett før.
Enzymet som endret paradigmet
Under riktige betingelser kunne proteinet til og med bryte ned kitin på egen hånd. Det angrep overflaten av materialet og skapte «inngangsporter» for andre enzymer.
Plutselig falt CBP21s rolle på plass. Proteinet gjorde mer enn å bistå hydrolysen, det drev prosessen aktivt.
– Det angriper materialets overflate og lager åpninger som andre enzymer kan bruke. Det som først ble sett på som en hjelper, viste seg å være essensielt.
I 2010 publiserte gruppen funnene i Science. En ny klasse enzymer ble definert: LPMOer – lytiske polysakkarid‑monooxygenaser.
Kort tid etter ble tilsvarende mekanismer påvist i nedbrytningen av cellulose. Proteiner uten noen klar hydrolytisk funksjon så ut til å forsterke nedbrytningen på den samme uventede måten.
Det som først ble observert for kitin, viste seg ikke å være et enkeltstående tilfelle. I 2011 beskrev flere forskningsgrupper oksidativ spalting av cellulose.
For første gang ble det klart at nedbrytningen av cellulose og kitin ikke bare er hydrolytisk. Oksidativ kjemi har alltid vært en del av bildet.
Oppdagelsen tvang forskere til å revurdere hvordan biomasse omdannes. LPMO‑ene angriper overflaten av tettpakkede, krystallinske materialer ved hjelp av oksidasjon – områder som klassiske enzymer ikke når.
Prosessen viste seg å være en totrinnsstrategi: Oksidasjon åpner strukturen, og hydrolyse fullfører nedbrytningen.
– Folk måtte begynne å tenke helt nytt om konvertering av biomasse, sier Eijsink.
Enzymet som dukket opp overalt
I årene som fulgte, begynte funnene å peke i samme retning.
LPMO‑er ble identifisert over hele biologien, kodet i bakterier og sopper som bryter ned plantebiomasse og kitinrike materialer. Hos noen organismer pekte titalls LPMO‑gener mot et mer sammensatt bilde: Ulike enzymer retter seg trolig mot ulike deler av disse sammensatte materialene.
– Det tok litt tid før folk forsto hvor viktige disse enzymene er, sier Eijsink.
Etter hvert som stadig flere data kom på plass, ble bildet klarere. Enzymene har et karakteristisk, kobberbasert aktivt sete, og reaksjonene deres etterlater oksiderte produkter. Uavhengige observasjoner pekte i samme retning.
Det som først hadde sett ut som et unntak, begynte å ligne en regel.
– Alt ved disse enzymene er nytt – mekanismen, det aktive setet, reaksjonen. Samtidig er de industrielt svært viktige, sier han.
I flere tiår hadde forskere mistenkt at hydrolytiske enzymer alene ikke kunne forklare hvordan cellulose brytes ned i naturen. Allerede på 1950‑tallet foreslo den amerikanske cellulaseforskeren Elwyn Reese at det måtte finnes en «manglende komponent» – en såkalt C1‑faktor – som gjorde materialet tilgjengelig.
Ingen hadde funnet den.
Det viste seg at LPMO‑ene nettopp var denne faktoren.
– C1‑faktoren var endelig identifisert, sier Eijsink.
Feltet måtte omorganisere seg rundt denne erkjennelsen.
Fra oppdagelse til industri
Proteiner som tidligere var klassifisert som inaktive, ble nå anerkjent som enzymer. Forskere begynte å lete ikke bare etter hydrolytiske enzymer, men også etter deres oksidative partnere.
Den største virkningen kom i industrien, der store mengder plantebiomasse må behandles effektivt.
– Nedbrytning av plantebiomasse i industriell skala er vanskelig fordi strukturen er tettpakket og motstandsdyktig. Klassiske enzymer klarer de tilgjengelige delene, men sliter med de mest krystallinske områdene. Det driver kostnadene opp og begrenser effektiviteten.
LPMO‑ene endret dette. Ved å angripe disse områdene oksidativt gjorde de materialet mer tilgjengelig for enzymene industrien allerede brukte.
I løpet av de siste to tiårene har slike fremskritt bidratt til å gjøre biomassekonvertering mer effektiv og brakt prosesser som biodrivstoffproduksjon nærmere kommersiell realisering.
Oksygen‑overraskelsen
Men historien stoppet ikke der. LPMO‑ene hadde endret forståelsen av hvordan biomasse brytes ned, men hva var det egentlig som drev dem?
– I 2010 tok vi feil, slik alle gjorde på den tiden, sier Eijsink.
– Dataene våre tydet på at LPMO‑ene brukte molekylært oksygen. Vi gjorde til og med avanserte eksperimenter som så ut til å vise det, akkurat som andre monooxygenaser.
Likevel var det noe som ikke stemte.
– Enzymsystemet oppførte seg ikke som forventet. Kinetikken ga ikke mening.
Reaksjonshastighetene var lavere enn de burde være.
Det som var blitt oversett, var at små mengder hydrogenperoksid dannet seg i bakgrunnen og drev reaksjonen.
Gjennom nøye eksperimenter, i stor grad utført av postdoktor Bastien Bissaro, kom det en ny og langt mer radikal innsikt: LPMO‑er bruker ikke oksygen direkte. De bruker hydrogenperoksid.
I standardreaksjoner dannes hydrogenperoksid spontant og driver prosessen, men det kan også tilføres direkte.
En korreksjon som endret modellen
Oppdagelsen forklarte hvorfor reaksjonene hadde oppført seg uventet, og hvorfor de tidligere dataene ikke hang sammen.
– Vi mener at dette egentlig ikke er monooxygenaser i det hele tatt, sier Eijsink.
– De er peroxygenaser. Navnet LPMO ble stående, men kjemien er en annen.
Forslaget møtte motstand. Den oksygenbaserte modellen var veletablert, og å erstatte den innebar å tolke mange års data på nytt.
Hydrogenperoksid var dessuten problematisk. Det er reaktivt og ustabilt, og kan skade enzymer dersom det ikke kontrolleres nøye.
Men når små mengder hydrogenperoksid ble tilsatt under kontrollerte forhold, økte reaksjonshastighetene dramatisk. Enzymer som tidligere hadde virket uvanlig langsomme, oppførte seg plutselig helt normalt.
Hvorfor hydrogenperoksid endret alt
Skiftet fra oksygen til hydrogenperoksid var mer enn en rettelse av kjemien. Hvis hydrogenperoksid driver reaksjonen, blir kontrollen av det helt avgjørende.
I industrielle prosesser fikk dette umiddelbar betydning: Kontrollert dosering ga høyere reaksjonshastighet og bedre utbytte.
– Det var en del diskusjon, sier Eijsink.
– Men da folk så dataene, og særlig hva som skjer når man tilsetter hydrogenperoksid, ble det vanskelig å argumentere imot.
Etter hvert som flere forskningsgrupper reproduserte funnene, fikk den nye modellen gjennomslag. Den erstattet ikke den gamle fullstendig, men raffinerte den.
– Samtidig viste mange studier at LPMO‑er bruker ekstremt kraftig kjemi.
Dette begynte å prege både grunnforskning og anvendt utvikling.
Ikke et mirakel – men likevel viktig
LPMO‑er bryter ikke ned kompleks biomasse alene. Men i kombinasjon med eksisterende enzymer forbedrer de prosessen betydelig. Selv moderate effektivitetsgevinster kan få store økonomiske konsekvenser.
– De er viktige verktøy for prosesseeffektivitet, sier Eijsink.
– Selv noen få prosent forbedring kan ha enorm økonomisk betydning.
Tilsetning av LPMO‑er reduserte enzymforbruket og økte utbyttet. I noen tilfeller ble enzymbruken halvert, mens sukkerutbyttet økte med opptil 60 prosent.
– Det kan virke skuffende at det ikke er en faktor to eller mer, sier han.
– Det er snakk om titalls prosent. Men det betyr mye. Og vi har trolig ikke sett det beste fra LPMO‑ene ennå.
Kraftfulle enzymer med en innebygd svakhet
Den samme kjemien som gjør LPMO‑ene effektive, gjør dem også sårbare.
– Dette er svært kraftfulle enzymer, sier Eijsink. – Men det gjør dem også vanskelige å kontrollere.
Under feil betingelser skader de seg selv.
– Setter du et LPMO‑enzym i feil miljø, ødelegger det seg selv. Og vi tror dette skjer i mange bioreaktorer rundt om i verden.
Det skaper et praktisk paradoks: Enzymene som forbedrer biomassekonvertering, er også blant de mest krevende å håndtere.
For lite hydrogenperoksid og reaksjonen går sakte. For mye, og enzymet brytes ned.
– Betingelsene må styres svært presist, sier Eijsink.
Vanskelig å kontrollere i virkeligheten
I praksis er slik kontroll krevende. Når LPMO‑ene virker på biomasse, skjer det i et kaotisk system av reaktive molekyler.
– Dette er et veldig rotete system. Det er elektroner og reaktive oksygenforbindelser overalt, og alt må kontrolleres.
En sentral faktor er lignin, som både kan danne og bryte ned hydrogenperoksid og dermed påvirker prosessen på flere nivåer.
Det som fungerer under veldefinerte laboratorieforhold, er langt vanskeligere å styre i reelle industrielle systemer.
– Derfor er ytelsen vanskelig å forutsi og enda vanskeligere å optimalisere. Naturen har hatt millioner av år på å finne denne balansen. Industriell bioteknologi er fortsatt i læringsfasen.
Fra biomasse til et bredere prinsipp
Kjemien er krevende, men den åpner også dører utover biomasse.
LPMO‑er kan være nyttige der man ønsker å endre eller forstyrre overflater, snarere enn å kutte molekylkjeder fullstendig.
– Ved å modifisere overflater i stedet for bare å klippe kjeder, kan disse enzymene endre egenskapene til materialer som cellulose og kitin. Det åpner for anvendelser innen materialvitenskap og ressursutnyttelse, ikke bare nedbrytning.
I løpet av et tiår hadde oppdagelsen endret både forskningen og industrien.
– Spørsmålet nå er hvor langt dette prinsippet kan strekkes, sier Eijsink.
– Hvor langt kan vi ta denne kjemien og hvor ligger grensene? Vi skulle gjerne få LPMO‑er til å katalysere andre krevende reaksjoner, som selektiv oksidasjon av små molekyler som er viktige i kjemisk industri.
Det forskerne fortsatt ikke vet
En vitenskapelige oppdagelse lukker ikke et felt – det åpner det. Etter hvert som feltet vokste, dukket nye spørsmål opp.
Hvorfor produserer enkelte mikroorganismer så mange ulike LPMO‑er? Plantecellevegger er komplekse kompositter av ulike polymerer, og ulike LPMO‑er kan ha utviklet seg for å angripe forskjellige deler av strukturen, ikke bare cellulose.
Hvilke LPMO‑er er da best egnet i industriell prosessering av biomasse?
Spørsmålene er både praktiske og grunnleggende: Hvilke strukturer virker LPMO‑er på? Under hvilke betingelser fungerer de best? Hvordan reguleres aktiviteten i levende systemer, og hvordan unngår enzymene å skade seg selv?
– For lite, og reaksjonen stopper opp. For mye, og enzymet ødelegger seg selv. Å forstå hvordan denne balansen opprettholdes – i naturen og i industrielle systemer – er fortsatt en pågående utfordring.
Videre fra biomasse – en ukjent biologisk rolle
Spørsmålene stopper heller ikke ved biomasse.
– For enkelte sykdomsfremkallende mikrober er disse enzymene helt avgjørende, sier Eijsink.
– Fjerner du dem, blir organismen langt mindre sykdomsfremkallende.
LPMO‑er er nå identifisert hos patogene bakterier, sopper og oomyceter.
– I noen tilfeller kan målretting av LPMO‑ene hos disse patogenene kraftig redusere virulensen. Det gjør dem svært interessante også fra et medisinsk perspektiv.
Hva enzymene faktisk gjør i disse systemene, er fortsatt uklart.
– Det fascinerende er at vi fremdeles ikke helt vet hva de gjør der.
Det som begynte som en korreksjon av en etablert modell for polysakkaridnedbrytning, har blitt noe langt større: en ny måte å forstå hvordan naturen bruker kontrollert redokskjemi for å løse krevende problemer.
Hva dette endret i biologien
Ved første øyekast kan oppdagelsen av LPMO‑ene se ut som en teknisk justering: et ekstra enzym og en bedre mekanisme.
Men endringen var mer grunnleggende. Den ga en ny forståelse av hvordan naturen tar i bruk ekstremt kraftig redokskjemi på en målrettet og kontrollert måte.
– LPMO‑er viser hvordan slik kjemi kan brukes presist til å angripe svært motstandsdyktige materialer, sier Eijsink.
Ikke ukontrollert, men styrt: avgrenset til bestemte steder og nøye regulert.
Strukturelt er LPMO‑ene slående enkle. Små enzymer som bare trenger ett enkelt kobberion for å katalysere en svært krevende reaksjon. Til sammenligning er andre naturlige enzymer som utfører tilsvarende krevende kjemi, ofte langt mer komplekse og vanskelige å produsere.
– Enzymer som for eksempel kontrollerer oksidasjon av metan til metanol, er mye mer komplekse, sier Eijsink.
For nedbrytning av polysakkarider var den sentrale innsikten integreringen av to fundamentalt ulike typer kjemi.
Noe som først virket som et tillegg, viste seg å være den manglende brikken.
Hva dette gjør mulig
Perspektivskiftet antyder også noe mer generelt: Proteiner som er avskrevet som inaktive, kan ha roller vi ennå ikke forstår, og redokskjemi kan forekomme der vi ikke har lett.
– Noen ganger lærer vi ikke bare av naturen, sier Eijsink.
– Vi prøver også å lære naturen å gjøre noe nytt.
Et langsiktig mål er å utvide denne kjemien til mer utfordrende, syntetiske materialer, som plast, ved å utvikle enzymer som kan angripe overflater biologien aldri har vært eksponert for.
– Jeg drives ikke av store visjoner, sier Eijsink.
– Jeg prøver å gjøre god forskning – og følger dit den leder.
– Jeg har alltid vært fascinert av enzymer. De kan utføre komplisert kjemi, ekstremt presist, ved 37 grader og i vann. Det er rett og slett bemerkelsesverdig.
I dag er LPMO‑er standardkomponenter i industrielle enzymsystemer for biomassekonvertering. Samtidig er deres oppførsel fortsatt ikke fullt ut forstått.
Forskere fortsetter å undersøke hvordan aktiviteten reguleres, hvordan enzymene samvirker med andre enzymer, og hvordan de kan stabiliseres under komplekse, virkelige forhold.
Proteinet som en gang fremsto som ubetydelig, har fått en annen rolle.
– Noen ganger er veien videre ikke å raffinere den eksisterende modellen, sier Eijsink.
– Men å erkjenne at noe fundamentalt annerledes har vært der hele tiden.
Om prisen
- Novonesis bioteknologiprisen anerkjenner fremragende forskning eller teknologiske bidrag som fremmer utviklingen av bioteknologisk vitenskap for innovative løsninger. Prisen deles ut årlig av Novo Nordisk Fonden og har som mål å øke bevisstheten om grunnleggende og anvendt bioteknologisk forskning.
- Prisen består av 5 millioner danske kroner. Av disse går 4,5 millioner til videre forskning, og 500 000 kr til Eijsink. I tillegg kommer 500 000 danske kroner som prisvinneren kan bruke til å organisere et internasjonalt, vitenskapelig symposium som skal arrangeres i 2026.
- Prisen ble delt ut 24. april 2026 i København.
- Les pressemelding fra NMBU i forbindelse med utdelingen til Vincet Eijsink
- Les mer om prisen på nettsidene til Novo Nordisk Fonden
Les mer om forskningen
