Lysglad Gær kan ændre vores tilgang til biobrændstoffer

Lys er Liv

Næsten al energi i den menneskelige civilisation stammer i sidste ende fra solen. Fødevarer, biomasse og træ vokser takket være sollys. Og kul, gas og olie er lavet af døde planter fra millioner af år siden. Selv vindene er resultatet af, at solen varmer atmosfæren op. Og naturligvis har vi i dag solpaneler.  Når man overvejer, hvor meget af vores energibehov der dækkes af levende organismer, der udnytter solens kraft, giver begrebet biobrændstoffer mening.

Problemet er, at første- og anden-generations biobrændstoffer, som bruger afgrøder som majs og sukkerrør eller landbrugsrester, har en ret lav energiydelse på grund af den store mængde fossile brændstoffer og gødning, der bruges til at dyrke disse afgrøder.

Kilde: Unsplash

Tredje-generations biobrændstoffer ser på at bruge alger i stedet, noget vi diskuterede mere detaljeret i vores artikel “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”.

Men hvad hvis vi kunne gøre enhver organisme i stand til at udføre fotosyntese? Det, som hidtil har været en drøm, er delvist opnået af forskere ved Georgia Tech.

Lysdrevet Gær

Gær er måske den bedst forståede mikroorganisme i verden. Mennesker har udnyttet gærs biokemiske evner til at producere brød, alkohol og fermenterede mejeriprodukter siden civilisationens begyndelse.

Gær er også en af de mest almindelige organisme‑”modeller” i biologiske laboratorier. Og vigtige bio‑fabrikker for talrige lægemidler og nyttige biomolekyler.

Alligevel skal gær fodres med sukker eller andre forbindelser for at overleve. Det var i hvert fald sandt indtil Anthony Burnetti, en forskningsforsker i Associate Professor William Ratcliff’s laboratorium, lykkedes med at gøre gær i stand til at høste lysets energi.

“Alt, hvad vi behøvede, var at flytte et enkelt gen, og de voksede 2 % hurtigere i lyset end i mørket. Uden nogen finjustering eller omhyggelig overtalelse, virkede det bare.”

Fuldstændig ny type af gær

Teamet har stor erfaring med at ændre gær, en almindelig og udbredt organisme med nyt og uventet potentiale. Mest bemærkelsesværdigt har de tidligere formået at omdanne den encellede gær til en kompleks flercellet organisme i “Multicellularity Long-Term Evolution Experiment”.

Kilde: Georgia Tech

En begrænsning for væksten af disse flercellede gærorganismer var tilgangen til ilt i de indre “væv”. Derfor gik de videre med at gøre gær til en fotosyntetisk organisme.

For at gøre dette tilføjede de et protein, rhodopsin, til gæren. Dette protein er kendt for at udføre en form for fotosyntese uden de komplekse proteiner og biomolekyler, som overordnede planter har (såsom klorofyl).

Ved blot at tilføje ét gen, der koder for et rhodopsin‑protein, kunne gæren fange lys og vokse hurtigere. Stigningen var beskeden, kun +2 % vækstrate, men betydningsfuld på grund af den simple ændring. Og denne øgede vækst er endnu ikke optimeret.

Biobrændstof med syntetisk biologi

Indtil nu har biobrændstofforskning forsøgt at modificere allerede fotosyntetiske planter (majs, sukkerrør eller alger) og gøre processen effektiv nok til at give økonomisk mening.

Men dette har mødt flere forhindringer, da biomaterialerne i overordnede planter og afgrøder som majs ikke er let tilgængelige, og omdannelsen til ethanol medfører store energitab.  Samtidig er alger mere lovende, men dyrkning af dem uden forurening er langt fra en simpel opgave.

Omvendt er dyrkning af gær en velkendt proces, der rutinemæssigt udføres i massive industrielle anlæg. At gøre gær til en erstatning for alger kunne åbne vejen for nye metoder til syntese af biobrændstoffer. I stedet for at stole på komplekse processer for at dyrke alger, kunne vi konstruere gær eller bakterier, så de kan vokse kun ved sollys og drage fordel af, at disse organismer er meget lettere at dyrke i industrielle mængder.

Bioengineerede brændstoflagre

Samlet set er dette stadig et meget ungt og lovende segment inden for biobrændstofforskning og bioengineering. Så de virksomheder, der mest sandsynligt vil forsøge at gøre det til virkelighed, vil have brug for højt ekspertiseniveau inden for syntetisk biologi og/eller biobrændstofproduktion.

Listen nedenfor er kun et forslag til, hvilke virksomheder der kunne se potentiale i Georgia Tech‑forskeres opdagelse.

1.  Reliance Industry

Reliance Industry er et enormt indisk konglomerat, landets største private virksomhed, aktiv inden for telekommunikation, tekstiler og energi. I 2022 var den første indiske virksomhed nogensinde, der nåede $100 mia i omsætning.

Reliance annoncerede i 2022 sin indtræden på markedet for alge‑biobrændstoffer, med påstand om “et af de største alge‑dyrkningssystemer i verden”. Indtil nu bestod deres energiprofil primært af raffinaderi‑ og petrokemiske anlæg. Med dette algeprojekt vil de kunne starte produktion og udnytte den rigelige sol i Indien (samt ubeboede ørkener) for at reducere landets ekstreme afhængighed af importeret fossilt brændstof.

Virksomheden er også aktiv inden for produktion af biogas fra landbrugsaffald, hvilket gør den til <uIndiens største bioenergiproducent.

2. Ginkgo Bioworks

Virksomheden producerer on‑demand organismer til specifikke anvendelser. Dette inkluderer biomedicinske anvendelser, men også mange industrielle og materialvidenskabelige programmer.

Ginkgo er præcis den type virksomhed, som store industrielle konglomerater som Reliance kan henvende sig til for at udvikle en skræddersyet gær dedikeret til biobrændstofproduktion.

Ginkgo Bioworks (DNA ) har diversificeret sine anvendelser bredt med mange forskningsprogrammer og partnerskaber:

• Cannabinoider
• mRNA‑vaccineproduktion og nukleinsyremedicin
• Fødeprotein
• Biologisk gødningsproduktion i partnerskab med Bayer
• Programmerbare mikrober til tarmsygdomme
• Bioremediering af mikroplast
• Bio‑sikkerhed og patogen‑detektion
• Genanvendelse af affald og forurening

Den tjener penge ved at blive betalt på forhånd for udviklingsprocessen og derefter gennem royalties på det færdige produkt.

2023 var et frugtbart år for Ginkgo, med titusinder af partnerskaber, herunder:

• $331 M aftaler med Pfizer.
• $490 M aftale med Merck for at optimere produktion af biologiske lægemidler.
• $406 M aftale med Boehringer Ingelheim for mål, der er svære at angribe med lægemidler.
• Samarbejde med Biogen og Novo Nordisk for uoplyste beløb.

Kilde: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks samarbejder også med alle de store landbrugsvirksomheder, hvoraf de fleste har interesser i biobrændstofproduktion og mikrobiologi.  En håndfuld af disse inkluderer Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta og flere.