Forsker vil gøre rosenduftende gær til storindustri

Miljø og bæredygtighed 6. jan 2021 4 min Associate Professor Sotirios Kampranis Skrevet af Kristian Sjøgren

Vi kan gøre naturen en stor tjeneste ved at producere duften af roser og lavendel i gærceller i store tanke i stedet for på gigantiske marker, siger forsker.

Interesseret i Miljø og bæredygtighed? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

For at udvinde sølle fem milliliter rosenolie skal man bruge ikke mindre end 500.000 rosenblade. Det kræver gigantiske marker med roser, der kun tjener ét eneste formål, nemlig at få alt fra sæber til parfumer til at dufte godt.

Det samme gælder lavendel. Uendelige lilla marker med lavendel forsøger febrilsk at holde trit med den enorme efterspørgsel på lavendels tiltrækkende duft. Markedet har årligt behov for at blive forsynet med 12.000 ton lavendelolie.

I en tid, hvor alle snakker om bæredygtighed, lyser mange lamper rødt, når snakken falder på udvinding af æteriske olier, og derfor har forskere fra Københavns Universitet fundet på en helt unik tilgang til produktion af dufte. De gør det i gærceller.

"Vores gærceller kan producere præcis de samme dufte som lavendel og roser og kan samtidig gøre det i meget renere koncentrationer, økologisk og uden brug af hverken kemi eller til skade for miljøet. Vi kan skabe duften af roser i laboratoriet i stedet for at ødelægge miljøet," fortæller en af forskerne bag studiet, lektor Sotirios Kampranis fra Plantebiokemi ved Københavns Universitet.

Forskningsarbejdet er for nylig offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Duftindustrien er en katastrofe for miljøet

Omkostningen ved at producere lavendelolie og rosenolie er enorm.

Millioner af kvadratkilometer landjord bliver brugt til at skabe dufte. Det betyder, at landjorden ikke kan benyttes til at lave mad til de mange millioner mennesker, som hver dag sulter.

Læg dertil, at brugen af gødning, pesticider og vand til at holde ”duftmarkerne” kørende er alt andet end en gratis omgang for miljøet.

Derudover kan verdens mange marker med roser og lavendel ikke understøtte hele industriens behov.

Cirka 55 pct. af den benyttede lavendelduft i verden er kemisk fremstillet. Den kemiske fremstilling er både dyr og går i sidste ende også ud over miljøet.

Skal verden blive ved med at dufte godt, har vi med andre ord brug for helt andre måder til at få den til at gøre det.

Fik gær til at dufte af roser og lavendel

I det nye forskningsarbejde har Sotirios Kampranis med sine kollegaer (postdoc Simon Dusséaux og kandidatstuderende William Wajn og Yixuan Liu) fået gær til at producere duften af roser og lavendel. Helt præcist har de fået gærcellerne til at producere præcis de samme olier, som blomsterdyrkere trækker ud af de to planter.

Det har forskerne gjort ved at udtage den biokemiske signalvej fra roserne og lavendlen og indsætte den i gærcellerne.

Når gærcellerne får indsat en ny signalvej, begynder de at producere produktet af signalvejen, på samme måde som hvis signavel havde været en del af gærcellerne altid.

I deres forsøg har forskerne fået gærcellerne til at producere fem gram rosenolie per liter gærkultur, hvilket er på niveau med de krav, som bliver stillet fra industrien.

"Vi har fået lavet nogle meget effektive fabrikker ud af de her gærceller. Og ud over rosenolie og lavendelolie kan vi også få gærcellerne til at producere andre attraktive stoffer, eksempelvis cannabinoider eller andre stoffer, der bliver benyttet medicinsk," forklarer Sotirios Kampranis.

Isolerede duftproduktionen til bestemte rum i gærcellerne

Det lyder måske som en simpel opgave at indsætte den biokemiske signalvej for rosenolie i en gærcelle og så "vupti!", men det er langt fra sandheden.

Forskere har i mange år og uden held forsøgt at gøre netop det, som Sotirios Kampranis endelig er lykkedes med.

Problemet er, at gærceller faktisk ikke bryder sig om at lave produkter, der ikke bidrager til deres egen vækst og velvære. De krav opfylder rosenolie ikke, og så er gærcellerne i tidligere forsøg visnet hen og er blevet helt og aldeles uproduktive.

I sit forskningsarbejde har Sotirios Kampranis løst dette problem ved at kapre nogle intracellulære rum i gærcellerne og benyttet dem til at holde olieproduktionen separeret fra resten af gærcellen. Disse rum hedder peroxisomer.

Mange forskellige produkter 

Peroxisomerne benytter gærcellerne, når de skal vokse i fedt, men ellers ikke.

Da gærcellerne i laboratoriet udelukkende vokser i medier med sukker, har gærcellerne ikke brug for peroxisomerne, og derfor kunne forskerne benytte dem som aflukkede rum, hvori de producerede duften af lavendel og roser.

"Ved at kapre peroxisomerne får vi gærcellerne til at producere de stoffer, som vi vil have dem til, uden at det går ud over gærcellernes velbefindende. Derved har det været muligt for at få gærcellerne til at producere 10 gange mere af vores produkter ved at efterligne, hvad der sker i planter, hvor plantecellerne også isolerer produktionen af olierne til nogle bestemte rum inde i cellerne," forklarer Sotiros Kampranis.

Forskeren fortæller også, at den helt store forskningsnyhed er muligheden for at producere forskellige produkter i peroxisomerne. Det betyder, at man kan lave mange forskellige produkter inde i gærcellerne, uden at de går til grunde af det.

"Mulighederne er uendelige, efter vi nu har en teknologi, der kan benyttes i en bred vifte af sammenhænge," siger Sotirios Kampranis.

Gærceller kan lave olie af en sublim kvalitet

Ved at kunne producere olierne i gærceller kan Sotirios Kampranis også lave et meget renere produkt, end det er muligt ved at bruge roser og lavendel fra marker.

Roser og lavendel er sæsonbestemte, og nogle år producerer de mindre olie eller sågar olie af en lavere kvalitet sammenlignet med det forrige år.

Sådan er det ikke med Sotirios Kampranis gærceller. De producerer den højeste kvalitet hele tiden – uden nogen slinger i valsen.

Hele opsætningen med at få gærceller til at erstatte endeløse marker med lavendel og roser lyder måske som noget, der ligger langt ude i fremtiden. Det er det dog ikke.

Københavns Universitet og Sotirios Kampranis har allerede patenteret gærcellerne og arbejder lige nu med at bestemme, hvilken model de skal benyttes sig af i forhold til industriel produktion.

"Denne form for produktion af dufte kommer på et tidspunkt til at erstatte den nuværende industri, og vi har taget de første skridt i den retning. Vores forventninger er, at vi kan producere dufte i en overlegen kvalitet, økologisk, og uden at nogen skal bekymre sig om skadelige kemikalier," siger Sotirios Kampranis.

Transforming yeast peroxisomes into microfactories for the efficient production of high-value isoprenoids” er udkommet i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Sotirios Kampranis modtog i 2016 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Transforming yeast organelles into micro-factories for the compartmentalization of complex biosynthetic pathways.”

I work in the area of Synthetic Biology/Metabolic Engineering, aiming to devise methods to produce high-value natural products in engineered organisms...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020