Lysglad gjær kan endre vår tilnærming til biodrivstoff

Lys er liv

Nesten all energi i menneskelig sivilisasjon er i siste instans hentet fra solen. Mat, biomasse og tre vokser takket være sollys. Og kull, gass og olje er laget av døde planter fra millioner av år siden. Selv vindene er resultatet av at solen varmer opp atmosfæren. Og selvfølgelig har vi i dag solcellepaneler. Når man ser på hvor mye av vårt energibehov som de levende organismene dekker ved å utnytte solens kraft, gir konseptet biodrivstoff mening.

Problemet er at første- og andre-generasjons biodrivstoff, som bruker avlinger som mais og sukkerrør eller jordbruksrester, har en relativt dårlig energiytelse på grunn av hvor mye fossilt brensel og gjødsel som brukes til å dyrke disse avlingene.

Kilde: Unsplash

Biodrivstoff av tredje generasjon ser på å bruke alger i stedet, noe vi diskuterte i mer detalj i artikkelen vår «Algal biodrivstoff: Den neste energirevolusjonen?».

Men hva om vi kunne få alle organismer til å kunne utføre fotosyntese? Det som hittil har vært en fjern drøm, er delvis oppnådd av forskere ved Georgia Tech.

Lysdrevet gjær

Gjær er kanskje den best forståtte mikroorganismen i verden. Mennesker har utnyttet gjærs biokjemiske evner til å produsere brød, alkohol og fermenterte melkeprodukter siden sivilisasjonens begynnelse.

Gjær er også en av de mest vanlige organisme‑«modellene» i biologilaboratorier. Og viktige bio‑fabrikker for mange medisiner og nyttige biomolekyler.

Likevel må gjær mates med sukker eller andre forbindelser for å holde seg i live. I hvert fall var dette sant inntil Anthony Burnetti, en forskningsforsker som arbeider i professor William Ratcliffs laboratorium, klarte å få gjær til å kunne høste energien fra lys.

«Alt vi trengte å gjøre var å flytte ett enkelt gen, og de vokste 2 % raskere i lys enn i mørke. Uten noen finjustering eller nøye oppmuntring, så fungerte det bare.»

Fullstendig ny type gjær

Teamet har erfaring med å endre gjær, en vanlig og allestedsnærværende organisme med nytt og uventet potensial. Mest bemerkelsesverdig har de tidligere klart å omdanne den encellede gjæren til en kompleks flercellede organisme i «Multicellularity Long-Term Evolution Experiment».

Kilde: Georgia Tech

En begrensning for veksten av disse flercellede gjærorganismene var tilgangen til oksygen i de indre «vevet». Dette er grunnen til at de fortsatte med å gjøre gjær til en fotosyntetisk organisme.

For å gjøre dette, la de til et protein, rhodopsin, i gjæren. Dette proteinet er kjent for å utføre en viss fotosyntese uten de komplekse proteinene og biomolekylene som finnes i høyere planter (som klorofyll).

Bare ved å legge til ett gen som koder for et rhodopsin‑protein, kunne gjæren fange lys og vokse raskere. Økningen var beskjeden, kun +2 % vekstrate, men betydningsfull på grunn av den enkle endringen. Og denne økte veksten er ennå ikke optimalisert.

Biodrivstoff med syntetisk biologi

Så langt har biodrivstofforskningen forsøkt å endre planter som allerede utfører fotosyntese – mais, sukkerrør eller alger – og gjøre prosessen effektiv nok til å være økonomisk lønnsom.

Dette har møtt flere hindringer. Biomaterialet i høyere planter og avlinger som mais er ikke lett tilgjengelig, og omdanning til etanol medfører store energitap. Alger er mer lovende, men det er langt fra enkelt å dyrke dem uten forurensning.

Gjærdyrking er derimot en godt forstått prosess som rutinemessig gjennomføres i stor industriell skala. Hvis gjær kan erstatte alger, kan det åpne for nye metoder for å fremstille biodrivstoff. I stedet for kompliserte prosesser for algedyrking kan vi konstruere gjær eller bakterier som vokser ved hjelp av sollys, samtidig som vi drar nytte av at disse organismene er langt enklere å dyrke i industrielle mengder.

Aksjer innen bioteknologisk drivstoff

Dette er fortsatt et svært ungt og fremtidsrettet område innen biodrivstofforskning og bioteknologi. Selskapene som mest sannsynlig kan gjøre teknologien til virkelighet, må derfor ha høy kompetanse innen syntetisk biologi og/eller produksjon av biodrivstoff.

Listen nedenfor er bare et forslag til selskaper som kan se potensialet i oppdagelsen til forskerne ved Georgia Tech.

1. Reliance Industry

Reliance Industry er et enormt indisk konglomerat, landets største private selskap, med virksomhet innen telekommunikasjon, tekstiler og energi. I 2022 ble det det første indiske selskapet som passerte 100 milliarder dollar i omsetning.

Reliance kunngjorde i 2022 at selskapet gikk inn i markedet for algebasert biodrivstoff, og viste til «et av verdens største systemer for algedyrking». Frem til da besto energiporteføljen hovedsakelig av raffinerier og petrokjemiske anlegg. Algeprosjektet kan gjøre det mulig å starte produksjon og utnytte Indias rikelige sollys, samt udyrkede ørkenområder, for å redusere landets sterke avhengighet av importert fossilt brensel.

Selskapet produserer også biogass fra landbruksavfall, noe som har gjort det til Indias største bioenergiprodusent.

2. Ginkgo Bioworks

Selskapet produserer organismer på bestilling for bestemte bruksområder. Det omfatter biomedisinske anvendelser, men også en rekke programmer innen industri- og materialvitenskap.

Ginkgo er nettopp den typen selskap som store industrikonglomerater som Reliance kan henvende seg til for å utvikle en spesialtilpasset gjær for produksjon av biodrivstoff.

Ginkgo Bioworks har spredt virksomheten over mange forskningsprogrammer og partnerskap:

• Cannabinoider
• Produksjon av mRNA-vaksiner og nukleinsyremedisin
• Matproteiner
• Produksjon av biologisk gjødsel i samarbeid med Bayer
• Programmerbare mikrober mot tarmsykdommer
• Biologisk sanering av mikroplast
• Biosikkerhet og påvisning av patogener
• Gjenvinning av avfall og forurensende stoffer

Selskapet tjener penger ved først å få betalt på forskudd for utviklingsprosessen og deretter motta royalty fra det ferdige produktet.

2023 var et innholdsrikt år for Ginkgo, med flere titalls partnerskap, blant annet:

• Avtaler med Pfizer til en verdi av 331 millioner dollar.
• En avtale med Merck til en verdi av 490 millioner dollar for å optimalisere produksjonen av biologiske legemidler.
• En avtale med Boehringer Ingelheim til en verdi av 406 millioner dollar om mål som tidligere ikke kunne behandles med legemidler.
• Samarbeid med Biogen og Novo Nordisk for ikke offentliggjorte beløp.

Kilde: Ginkgo Bioworks

Ginkgo Bioworks (DNA ) samarbeider også med alle de store landbruksselskapene, og de fleste av dem har interesser innen produksjon av biodrivstoff og mikrobiologi. Blant disse er Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta og flere andre.