Soppgener kan gi bioetanol raskere

Enzymer fra råtesopper kan være nøkkelen til raskere og billigere produksjon av fornybart bioetanol.

Publisert
Rotråte i en stammeskive av gran. Rotkjuke er den viktigste råtesoppen i bartrær innen store områder i tempererte strøk, men den angriper også løvtrær. Råten kommer oftest opp i stammen fra rota, fra én eller flere røtter. Den mest fremskredne råten er derfor nesten alltid nederst i stammen. (Foto: Finn Roll-Hansen)
Rotråte i en stammeskive av gran. Rotkjuke er den viktigste råtesoppen i bartrær innen store områder i tempererte strøk, men den angriper også løvtrær. Råten kommer oftest opp i stammen fra rota, fra én eller flere røtter. Den mest fremskredne råten er derfor nesten alltid nederst i stammen. (Foto: Finn Roll-Hansen)

Rotkjuke

Rotkjuken er en råtesopp som vanligvis angriper via røttene og invaderer treet innefra og opp inne i stammen og ødelegger derfor den økonomisk viktigste delen av grantreet.

Det er ofte få ytre symptomer på trærne og som regel ser man ikke hvor alvorlig treet er angrepet før etter hogst. Opptil 20 prosent av trærne viser seg da vanligvis å være angrepet av denne råtesoppen.

Fargen på råten er først brunlig men blir etter hvert lysere. I råten dannes svarte flekker, og rundt disse kommer det etter en tid hvite soner av rent cellulose.

I Norge finnes det to arter av råtesoppen rotkjuke: granrotkjuke (Heterobasidion parviporum ) og fururotkjuke (Heterobasidion annosum).

Granrotkjuke er vanlig i hele det gamle granskogsområdet fra Vest-Agder til Saltfjellet. Fururotkjuke er vanligst på Vestlandet nord til Romsdal, men forekommer også på Sørlandet og Østlandet men er mye mer vanlig i Sverige og Finland.

Skog er råstoff til bioenergi, både til oppvarming og som biodrivstoff i biler og fly. Råtesopp gir råttent tømmer og store tap for norsk skognæring.

- Rotkjuke er den hvitråtesoppen som forårsaker mest skade i våre skoger. Om vi kan bruke enzymer fra råtesoppen til produksjon av bioetanol hadde det vært et stort gjennombrudd, forteller seniorforsker Carl Gunnar Fossdal ved Norsk institutt for skog og landskap.

Fossdal har i mange år gransket rotkjukens DNA, og har deltatt i utforskningen av en  gruppe enzymer som viser seg å spille en særdeles aktiv rolle i nedbrytingen av trevirke.

- Å produsere bioetanol fra vedaktige planter er svært ressurskrevende. Den lange produksjonstiden og de dyre enzymene gjør at bioetanol fra treindustrien fort blir veldig kostbart. Bedre og billigere enzymer er nøkkelen til lønnsom produksjon av biodrivstoff, forklarer Fossdal.

Biodrivstoff til biler og fly kan i prinsippet lages fra trevirke. Produksjonen skjer ved at biomassen, det vil si selve tømmerstokken, forbehandles med enzymer, spesialproteiner som i dette tilfellet setter fart i frigjøringen av sukker fra cellulosen i tømmerstokken.

Etter at råtesoppens enzymer har brutt ned cellulosen, gjæres sukkeret til etanol som så kan blandes i bensin til bioetanol.

Sammen med andre forskere har Fossdal saumfart forskningsrapporter etter naturlig forekommende sopp som kan brukes for raskere nedbryting trevirke til bioetanol-formål.

Og rotkjuken, som bryter ned og ødelegger mye tømmer i skogen, var en av mange kandidater som ble valgt.

- For oss var det naturlig å legge råtesoppen rotkjuke under mikroskopet. Vi har studert den i mange år. Den har en utrolig evne til å bryte ned både lignin og cellulose, og har vært en av skogbrukets store fiender.

- Så vi spurte oss selv: Kanskje den også kunne brukes i jobben med å produsere bioetanol? forteller Fossdal.

Rotkjuke er en såkalt hvitråtesopp, og er de eneste organismene som kan bryte ned alle treets bestanddeler på en effektiv måte.

I 2011 ble hele arvemassen til rotkjuken sekvensert, og forskerne kunne starte letingen i rotkjuke-genomet etter arbeidsvillige gener til bioetanolfabrikken.

- Å ha hele arvematerialet fiks ferdig gjorde utvalget av mulige enzymkodene gener til en lek, forteller Fossdal.

Et ukjent enzym

Modell av AA9-enzym fra rotkjuke. (Foto: (Illustrasjon: Skog og landskap))
Modell av AA9-enzym fra rotkjuke. (Foto: (Illustrasjon: Skog og landskap))

Forskerne var ute etter spesialgener som inneholdt oppskriften på enzymer som kunne bryte ned den veldig motstandsdyktige cellulosen i trestokkene.

- Vi hadde tusenvis av gener som var aktuelle kandidater. Til slutt endte vi opp med ti gener som ser ut til å spille en veldig viktig rolle i selve starten på nedbrytingen av celleveggene i treet, forteller bioteknologen.

Enzymene forskerne fant var ti såkalte kobber-avhengige oksidative enzymer med kodenavnet AA9.

AA9s unike egenskaper er at den starter nedbrytingen av celleveggene i treet slik at andre enzymer så kan komme til og starte selve prosessen med nedbrytingen av cellulose.

Og studier utført ved Universitetet for miljø- og biovitenskap og andre laboratorier på AA9 og enzym med lignende egenskaper har vist at disse kan være en verdifull venn.

- Vi fant blant annet ut at rotkjukens innhold av et AA9 enzym økte hele 17 000 ganger når den fikk vokse på ved, forteller Fossdal.

Forskere i Danmark har vist at de andre enzymene i bioetanolproduksjonsprosessen bryter ned veden dobbelt så raskt når AA9 er tilstede, noe som allerede utnyttes av selskapet Novozymes.

Forskerne fra Skog og landskap har også funnet et annet enzym som ligner på AA9 hos rotkjuka, hvis mengde økte 3000 ganger når rotkjuken ble plassert på granved.

- Vi vet ennå ikke hva dette hittil ukjente enzymet gjør i nedbrytingen av cellulose, men det kan være en veldig aktuell kandidat i bioetanolproduksjonen, avslutter Fossdal.

Referanse:

Yakovlev m.fl: Substrate-specific transcription of the enigmatic GH61 family of the pathogenic white-rot fungus Heterobasidion irregulare during growth on lignocellulose, Applied Microbiology and Biotechnology, 2012 Aug;95(4):979-90, doi: 10.1007/s00253-012-4206-x.