Liten bakterie –
store penger
Bioteknologer prøver å lure en bakterie
til å spise metanol. Det kan bli big business.
 |
Forskningssjef Trond Ellingsen (t.h.) og forsker Trygve Brautaset, Institutt for bioteknologi ved NTNU, endrer bakterienes kromosomer for å få dem til å spise mer metanol og lage mer av det ønskede produktet lysin.
Foto: Geir Mogen
|
|
Tenk deg en bakterie, sier Trond Ellingsen
rett over meg ved bordet. – Har du et ark? Han tegner en stor runding
– med en mindre sirkel inni. – Dette er en bakterie med et kromosom.
Inni kromosomet ligger det ca 5000 gener som inneholder informasjon
og meldinger til bakterien. Og her kommer vi til poenget, sier Ellingsen
og kikker opp fra papiret:
– Normalt vil denne bakterien overprodusere
litt lysin, et stoff som gris og kylling trenger mengder av for
å vokse. Vi vil at den skal produsere så mye som mulig, fordi her
snakker vi om et verdensmarked på 10 milliarder kroner om året.
Ellingsen tegner en lang krøll utenfor bakterien.
– Dette er et gen. Vi må ta ut et gen fra
bakterien og klippe/lime litt før vi setter det tilbake i bakterien.
Greier vi å lure bakterien til å produsere store mengder av lysin,
har vi skutt gullfuglen!
ET OPPDRAG •
Bioteknologer opererer i det små. Med bittesmå ting. De plukker
fram bakterier, planteceller og mikroorganismer. Klipper opp gener
og syr sammen. Dyrker opp bakterier og får dem til å dele seg og
bli mange. Alt i håp om at dette kan brukes til noe helt nytt, eller
kan føre til nyttige endringer på dagens produkter. Noen ganger
kan svimlende beløp suse i luften. Kanskje kommer man i mål, kanskje
ikke. Dette er en slik historie.
1982: Den unge biokjemikeren Trond Ellingsen
har knapt blitt husvarm i jobben på SINTEF da han får en telefon
som skal legge føringer for de neste åtte årene hans. På tråden
er NTH-professor Helge Larsen. Han lurer på om den nytilsatte forskeren
er villig til å ta på seg et oppdrag: å utvikle en god produksjonsprosess
for stoffet lysin.
FABRIKKPLANER
• Professoren – som
sitter ute på hytta si på Mørekysten – setter Ellingsen inn i planen
sin: Lysin er en livsviktig aminosyre som brukes i dyrefôr. Den
må produseres ved hjelp av bakterier fôret opp på sukker, og etterspørselen
på markedet er stor. Professoren vet at produksjonen kan skje ved
hjelp av bakterier, og han har en idé om at de kan mates med sukker
og det næringsrike vannet (limvann) som skilles ut når fiskemel
blir laget. Kan man kanskje få bygd en fabrikk i Lysøysund på Trøndelagskysten?
Trond Ellingsen lytter og noterer.
 |
I denne skuffen på laboratoriet har bioteknologene samlet ulike enzymer. Disse gjør blant annet oppgaver som å klippe opp eller lime sammen kromosomer.
Foto: Geir Mogen
|
|
De neste åtte årene jobber han med oppdraget.
I tillegg blir 15 personer fra kjemimiljøet ved SINTEF involvert
i større eller mindre grad. Bedriften Marine Ferm og eiere fra fiskerinæringen
står bak kommersialiseringsplanene. Borregaard melder etter hvert
sin interesse for prosjektet. Etter lang tids vurdering der ingen
tør satse tilstrekkelig, renner imidlertid planene ut i sanden.
– Vi hadde en meget god prosess, men i sluttplanen
var det lagt inn en forutsetning: Fabrikken skulle også produsere
en annen aminosyre utviklet av et svensk selskap. Det siste ble
det dessverre ikke noe av. Eierne av det svenske selskapet ville
ikke inn i dette industrimarkedet, forteller Trond Ellingsen i dag.
ETTERTRAKTET
STOFF • Men historien
slutter ikke her. Aminosyren lysin fortoner seg fortsatt som et
forlokkende Mekka for norske og utenlandske interesser. Forskere
internasjonalt er villige til å prioritere år av sin forskningsgjerning
på å dukke ned i materien og finne svar på uløste spørsmål. Kommersielle
selskap er villige til å investere millioner. Hvorfor?
Svaret ligger i de to ordene markedsverdi
og behov. Etterspørselen etter lysin er enorm – og øker fortsatt:
I dag er årlig forbruk nærmere 700 000 tonn av stoffet, og verdensmarkedet
for lysin har passert 10 milliarder kroner per år. Det er mer enn
vekten av dagens norske lakseoppdrett. Produksjonen skjer med bakterier
i store dyrkningstanker på opptil 500 000 liter. Lavt nede i næringskjeden
kan organismene lage sitt eget lysin, mens høyerestående dyr som
gris, kylling – og mennesket – ikke har denne evnen. Husdyrene må
få tilskudd av lysin gjennom fôr. Vi får det i maten vi spiser.
Siden lysin er en livsviktig aminosyre, er det umulig å leve uten
denne.
Pris er også en viktig faktor. Prislappen
på lysin har lenge blitt satt ut fra prisen på soya og sukker. Soyaproteiner
inneholder nemlig relativt mye av den viktige aminosyren, og mange
bruker derfor soyamel som tilskudd i fôret. Sukkerprisen spiller
også en viss rolle fordi det er sukker som i dag brukes til å mate
bakteriene som skal produsere lysinet.
I dag ligger kiloprisen på lysin på ca 15
kroner, men alle produsenter jakter på et stadig billigere råstoff.
 |
| Illustrasjon: Jan H. Johansen, SINTEF Media |
SAMARBEID MED
USA • Noen år senere
får Ellingsen nok en henvendelse. Denne gangen fra et større, norsk
selskap som lurer på om han er villig til å gå inn i en dialog med
university of Minnesota, USA, om et forskningssamarbeid? Dette universitetet
har gjennom ti år jobbet med en bakteriestamme som kan overprodusere
lysin, og de har utviklet klassiske mutanter.
– Det norske selskapet tok nok kontakt fordi
de visste at jeg satt inne med stor kunnskap om lysin etter åtte
års arbeid. Men det var et nytt element i denne forspørselen, understreker
Ellingsen: Nå var det ikke lenger snakk om fiske-ekstrakt og sukker
som mat til bakteriene. Nå handlet det om metanol framstilt fra
naturgass.
I år 2000 tar Ellingsen som avtalt kontakt
med universitetet i Minnesota . Sammen med forskere herfra og forskere
ved NTNU, utformer han en søknad rundt bioteknologi og lysin som
sendes til Forskningsrådet. Søknaden blir evaluert som god, men
like fullt får de avslag.
Men Ellingsen har fått blod på tann: Nå skal
de videre! Han gambler. Samtidig med at en ny søknad går til Forskningsrådet,
sender han også forsker Trygve Brautaset ved NTNU over til Minnesota.
Og denne gangen lykkes de. Kjemiforskerne på SINTEF får 9,6 millioner
kroner – halvparten av summen de har søkt om. Nå kan de gå i gang
med den virkelige jobben. Selve «snekringsarbeidet»: Hvordan endre
på bakterien så den produserer tilstrekkelig med lysin?
FRUSTRASJON...
• Sommeren 2001 sitter
Trygve Brautaset fra NTNU bøyd over bordet i et laboratorium i Minnesota.
Han er ekspert på «metabolsk ingeniørkunst» – hvordan man kan lure
en bakterie til å produsere det man ønsker ved å endre de genetiske
egenskapene til organismen. Denne kunnskapen har ikke kommet flytende
på ei fjøl, men blitt opparbeidet i SINTEF/NTNU-miljøet med støtte
fra Forskningsrådet.
Brautaset vet at amerikanerne har etablert
teknikker og teorier rundt å hente DNA ut og inn i den spesielle
bakterien, og han er nysgjerrig på om om teoriene deres holder stikk.
I laboratoriet i Minnesota plukker han ut det nødvendige DNA fra
hovedkromosomet, foretar de riktige endringene, og skal til å sette
disse inn i bakterien igjen, da han til sin forbauselse erfarer
at det genetiske verktøyet ikke fungerer. Det blir en voldsom nedtur.
...
OG BEGEISTRING
• En tilfeldighet får
Brautaset til å tenke i andre baner: Kan genene som har med bakteriens
evne til å vokse på metanol, befinne seg et annet sted i bakterien
enn i det store hovedkromosomet? Kan det ligge i minikromosomene
– de 15 like kromosomene som er cirka 200 ganger mindre enn hovedkromosomet,
men også befinner seg inne i bakterien? Det er en ganske utenkelig
idé. Som oftest ligger alt som har med vekst å gjøre, i genene inne
i hovedkromosomet.
Men det skal vise seg at denne bakterien
er annerledes.
De tester ut ideen sin, og finner noe helt
oppsiktsvekkende som ikke har vært beskrevet i litteraturen tidligere:
Et gen med evne til å vokse på metanol, lå faktisk på mikrokromosomene.
– I løpet av kort tid gikk vi fra total frustrasjon
til full begeistring, sier Brautaset.
NYTT VERKTØY
OG NYE METODER • Brautaset
tar med minikromosomet hjem. Sammen med kollega Øyvind Meidell Jakobsen
finner han fem nye gener for metanolvekst på kromosomet. I tillegg
finner de to gener på hovedkromosomet som også kan vokse på metanol.
Arbeidet blir publisert i det internasjonale tidsskriftet «Journal
of Bacteriology.»
Den fulle forståelsen for hva de nye oppdagelsene
kan brukes til, slåes fast først vinteren 2004.
– At metanolgenene ligger på et mikrokromosom,
gjør det mulig å bruke metabolsk ingeniørkunst. Mulighetene til
å forbedre bakteriens evnen til å spise og omsette metanol til lysin,
er blitt store. Vi er ikke avhengig av amerikanernes teknikker for
å gjøre dette – vi har utviklet helt nye verktøy og metoder selv,
sier Brautaset.
PATENTER OG INDUSTRIALISERING
• Trond Ellingsen og
Trygve Brautaset er optimistiske. Over flere tiår har kommersielle
aktører i USA og Japan utviklet teknologi for å kunne produsere
lysin ut fra sukker. Nå er de norske forskerne med i konkurransen
gjennom å bruke metanol. Det kan være et fortrinn. Norge er begunstiget
med råstoffet naturgass, og metanol er en alternativ, billig karbonkilde
som bakteriene vokser raskt på. I tillegg kan kunnskapen de har
kommet fram til, bli helt avgjørende i det videre arbeidet.
– Da professor Helge Larssen kontaktet meg
midt på åttitallet, var han klar i sin uttalelse, sier Trond Ellingsen.
– Forskningen måtte enten føre til industri eller gode publikasjoner!
Industri og fabrikk ble det ikke. I SINTEF
fikk vi også lokk på publisering i ti år etter at de første planene
ble skrinlagt. Men nå kjører vi for fullt. Nå sikter vi mot patenter
og industrialisering.
Av Åse Dragland
Kontakt: Trond Ellingsen, SINTEF Materialer
og kjemi
Tlf.: 93059489, e-post: Trond.E.Ellingsen@sintef.no |
