I tusener av år har mennesket brygget øl. Veien fra øl til biodrivstoff er ikke all verden.

Og er det noe bioteknologene ved Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB) har god oversikt over så er det prosessering av råstoffer, om det nå er til øl, til mat, til fôr eller til drivstoff.

- Artig at studentene våre kan kombinere avansert molekylærkunnskap med praktisk rettede forsøk, sier professor og leder av en forskingsgruppe ved Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap (IKBM) Vincent Eijsink.

Biomasse dannes av planter og trær med hjelp av solenergi. Biomassen inneholder et utall med kjemiske forbindelser, blant annet mange typer sukker.

Vi finner sukkeret som stivelse i korn eller poteter. I trær finner vi sukkeret blant annet som cellulose, sukkerpolymeren som gir trestammen stivhet og styrke.

Hav og innland

Kornåkrene har til alle tider representert matfatet, mens skogen ble sett på som en kilde til trevirke. I dag ser vi tendenser til at petroleumsvirksomheten offshore eller utaskjærs i Norge trekkes inn på flat innlandsmark.

Åkrer og skog betraktes og vurderes nærmest som et råoljefelt, en allsidig ressurs som kan raffineres til mye forskjellig.

Øl ble nevnt innledningsvis. Hundre tusenvis av tonn med mask, et fiber- og proteinrikt biprodukt ved ølproduksjon, tenkes nå utnyttet i helsefremmende mat.

Et annet eksempel på nye bruksområder for avfall er salatavskjær som er fullt med helsefremmende stoffer. Størst forventning har man til omdanning av biomasse til drivstoff.

Oljerike vekster kan brukes til å lage biodiesel, mens sukkerrike vekster kan brukes til å produsere bioetanol.

Forskningsleder Eijsink forteller at nedbryting av cellulose i trevirke og andre plantematerialer til sukker, som så omdannes (fermenteres) til etanol, er en av de viktigste prosessene det forskes på i dag.

Ikke bare kan dette gi verdens store bilpark mer drivstoff og føre til bedre utnyttelse av det landbruket produserer i dag, det kan også føre til bedre utnyttelse av skogsområder i en global målestokk.

Ifølge eksperter tillater en årlig stor tilvekst kraftig høsting, med stor etanolproduksjon som resultat. Og en økologi i balanse.

Cellevegger, tøffere enn toget

Da er det bare å stenge oljekranene og sette seg og se på gras og skog som vokser. Det skulle da ikke være en grunn til å pumpe opp fossil energi mer. I all fall ikke en god grunn. Eller?

Vitenskapsmannen og professoren viser seg, til tross for stor optimisme, å være en skikkelig festbrems? Biologien er ikke så forutsigbar og ukompleks som man noen ganger kunne ønske seg.

- Plantematerialets store kompleksitet og robusthet mot prosessering gir oss en del utfordringer, sier han. Det skal ikke all verdens fantasi til å skjønne at det er vanskelig å bryte ned tre til sukker.

Prøv selv; ta et grepa tak rundt trestammen og smak på det. Var sukker det første som rann deg i hu?

Skal nedbrytningsprosessen være så lite energikrevende og ren som mulig legger også det føringer. Og, som ikke dette var nok, bioenergi vil uansett kun kunne dekke en liten del av verdens energibehov, selv om det etter hvert blir lettere å ta knekken på trestammen.

Enzymer

Hvilke hjelpemidler har vi? Enzymer trenger ikke mye oppvarming før de virker. Heller ikke all verdens kjemikaliestimulering er nødvendig.

- For at det skal lønne seg både miljømessig, energimessig og økonomisk å omdanne trevirke til bioetanol, er det avgjørende å finne enzymbasert teknologi for å bryte ned cellulose og andre sukkerkjeder til fermenterbart sukker, sier Vincent Eijsink.

Han og forsker Svein Horn har kommet godt i gang med å bruke enzymer for å omdanne treflis til sukker.

Forskere trigges av motbør og skal man få volum på etanolproduksjon her til lands må de lykkes på flere hold.

Spørsmål som trenger svar: Hvordan er plantematerialet bygget opp? Hvilken kjemisk sammensetning har det? Hvilke type trær eller planter egner seg best som “produksjonsorganisme”? Hvilke komponenter hemmer prosessering?

Skal disse utfordringene håndteres godt kreves det stor innsats fra mange ulike fagmiljø poengterer Eijsink, før han skynder seg å tilføye at alt vi trenger finnes på Ås campus.

Bioteknologi og bioinformatikk

Bioteknologisk verktøykasse og bioinformatoriske metoder. Hva skjuler seg bak disse to begrepene? Det første begrepet omfatter og er selveste nøkkelen til nesten alle utviklede enzymer som i dag brukes i industrielle prosesser.

Enzymene finner man igjen i vaskemidler, ølbrygging, bakverk, papirproduksjon, og slik kunne vi fortsatt.

Å bake brød eller vaske klær er det en del av oss som kan slå til med på en god dag. Litt mer fremmedgjort blir mange av oss når vi sammen med bioteknologien går over til å få bakterien til å produsere enzymer på en mer effektiv måte.

Den fra før spesialtilpassede bakterien brukes nå som en “enzymfabrikk”. Men det stopper ikke her, det gjør det sjelden har vi erfart: Ved “enzym engineering” endres det naturlige enzymets egenskaper ved å omkalfatrere enzymets naturlige byggesteiner.

Nå kommer bioinformatikken inn. I fullt firsprang mellom dataskjerm og lab, bruker forskerne bioinformatikken til å designe enzymer. Laboratoriet fungerer som mekkeplass hvor man lager og tester de endringene i enzymet man hadde tenkt seg.

Der ender de opp med en bakterie som produserer store mengder enzym som er spesialtilpasset til formålet, for eksempel nedbryting av trevirke.

Proteomikk

Komiker Trond Kirkvåg parodierer de fleste og journalisten kan se for seg humoristen med tykke og store brilleglass, hvit frakk, og forstørrelsesglass og
insektshov gestalte den ultimate “natur”-forsker.

Professor Eijsink kan fortelle at det er ikke helt ulikt det som faktisk foregår. Bioteknologene glemmer ikke at naturen viser vei og det er ingen grunn til å gå over bekken etter vann.

En tur i skogen avslører at det finnes mange sopparter som bryter ned trevirke. Dette scenarioet kan vi også se for oss. Bioteknologene prøver, i samarbeid med soppeksperter ved Norsk institutt for skog og landskap, å utnytte enzymer som disse soppene produserer.

Målet er å finne enzymer som kan gjøre produksjon av ren bioenergi mer effektivt. - I denne letingen bruker vi blant annet metoder som kalles proteomikk. Målet i dette tilfellet er å få oversikt over alle enzymene soppen skiller ut.

Proteomikken gjør det mulig å søke direkte etter de mest interessante enzymene. Proteomikken går rett på sakens kjerne og vil uten tvil gi oss nye verktøy for å få til mer effektiv nedbryting av plantematerialer, sier forskningsleder Vincent Eijsink.

Lenke:

UMBs vårkonferanse 2007: Økonomi og klimaforandring - endrede rammevilkår, nye markeder og nye muligheter.