Fant protein som kan gi nytt drivstoff

Å omdanne biologisk masse som  treavfall og skalldyr til alternative energikilder, er i teorien uproblematisk. Men i praksis har det bydd på mange hindringer. Nå har norske forskere stor tro på et nyoppdaget protein. 

Publisert
Miljøvennlig bioenergi er et prioritert forskningsfelt. Foto: Shutterstock
Miljøvennlig bioenergi er et prioritert forskningsfelt. Foto: Shutterstock

Finansiert via fri prosjektstøtte

Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd frie prosjektstøtte (FRIPRO). FRIPRO er Forskningsrådets virkemiddel for å ivareta grunnleggende forskning innenfor et bredt spekter av fag og problemstillinger.

– Forskning på alternativ energi går blant annet ut på å omdanne biomasse fra sjø og land til nye energikilder som for eksempel stoffene etanol og metan. Disse stoffene får man ved å bryte ned biomasse som er rik på karbohydrater.

– For eksempel er skalldyr fra havet fulle av karbohydratet kitin, og trevirke og treavfall fra land inneholder cellulose, sier forsker Gustav Vaaje-Kolstad ved Universitetet for miljø og biovitenskap (UMB).

I teorien er det enkelt å omdanne disse karbohydratene til små sukkermolekyler, som deretter brukes til å fore opp små mikroorganismer som i sin tur produserer metan og etanol.

 – I praksis har det imidlertid vist seg å være veldig vanskelig, forteller Vaaje-Kolstad.

Bryter ned robuste sukkerkjeder

Problemet er at sukkerkjedene i kitin og cellulose nærmest er limt sammen i tette og robuste konstruksjoner. Den biologiske funksjonen til de to karbohydratene er nettopp å gjøre organismen de tilhører fysisk hard og stiv, hardfør og motstandsdyktig.

Dette byr selvsagt på problemer for enzymene som skal bryte ned materialet.

Heldigvis er det en rekke bakterier og sopper som har utviklet effektive metoder for å bryte ned kitin og cellulose. De har et sett med enzymer som gjør jobben.

Nå har forskerne funnet ut hvordan de effektive kitinnedbrytende bakteriene arbeider, noe den norske gruppen har fått stor anerkjennelse for:

Bakterien Serratia marcescens produserer et bestemt protein som binder seg til kitin og som gjør at nedbrytningen skjer mye raskere.

– Målet med prosjektet har vært å finne ut hvordan bakterier bruker sitt maskineri av enzymer til å bryte ned tilsynelatende uløselige og robuste sukkerkjeder, sier Vaaje-Kolstad.

Svaret ligger blant annet i designet: Enzymer som bryter ned de krystalliske sukkerkjedene er designet for å sitte hardt fast til kjedene, slik at de kan spalte av sukker gang på gang uten å dette av.

I tillegg handler det om å gjøre det stoffet som skal brytes ned mer tilgjengelig.

Kan overføres fra vann til land

Forskerne fokuserte på karbohydrater fra biomasse fra havet, det vil si kitin, men er i ferd med å demonstrere at prinsippet er det samme for nedbrytningen av biomasse fra land, det vil si cellulose.

– Dermed representerer forskningen også et gjennombrudd innenfor forskning på nedbrytning av cellulose, sier prosjektleder Vaaje-Kolstad.

Avdekket bakenforliggende mekanisme

Størst gjennombrudd har forskerne hatt det siste året, da de avdekket den bakenforliggende mekanismen for hvordan proteinet binder seg til kitinet.

Da forskerne fant mekanismen, kunne de også gå inn og manipulere prosessen.

– Ved å behandle proteinet på en spesiell måte, kan vi øke proteinets aktivitet dramatisk, slik at de tilsynelatende uløselige sukkerkjedene (krystallisk kitin) løses opp til små nano-fibre, som er ekstremt lette å bryte ned, sier Vaaje-Kolstad.

Stor betydning for industrien

Ingen vet nøyaktig hvordan proteiner som binder seg til cellulose fungerer, men Vaaje-Kolstad og hans team mener at proteiner som binder seg til cellulose har samme struktur som de som binder seg til kitin og har identiske kjennetegn som tyder på at de fungerer på samme måte.

– Dette vil i så fall være et funn som kan komme til å få stor betydning for industrien.

– Industriell bearbeiding av biomasse for å produsere bioenergi vil bli både enklere og billigere ved å sette bestemte bakterier i arbeid, eller tilsette det aktuelle proteinet, sier Vaaje-Kolstad.

Referanser:

Eijsink m.fl.: Towards new enzymes for biofuels: lessons from chitinase research, Trends in Biotechnology, Volume 26, Issue 5, 228-235, 1 May 2008, doi:10.1016/j.tibtech.2008.02.004.

Horn m.fl.: Costs and benefits of processivity in enzymatic degradation of recalcitrant polysaccharides, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS) November 28, 2006 vol. 103 no. 48, doi: 10.1073/pnas.0608909103.

Lenke:

Forskningsrådets program Fri prosjektstøtte (FRIPRO)