31. marts 2014

Hvad fjordbunden gemmer af industri-potentiale

enzymforskningen

Enzymer der rengør ved lave temperaturer, fremstiller laktosefri mælk, spalter cellevægge til biofuel, lægemidler og modermælk-erstatninger og samtidig skåner miljøet og forbedrer hygiejnen. Det er eksempler på nogle enzymer med stort industripotentiale, som lektor Peter Stougaard og hans forskerteam på SCIENCE har fundet dybt inde i den grønlandske fjord Ikka. Enzymerne er gjort anvendelige i samarbejde med virksomheder som Arla, Novozymes og DuPont.

- Bakterier har en masse enzymer i sig. Når vi i forbindelse med et forskningsprojekt er på feltarbejde i eksempelvis Ikkafjorden i Grønland og vi finder nye enzymer, er vi altid opmærksomme på, om enzymerne kan bruges til noget. Så vores valg af forskningsprojekter er i høj grad knyttet til de industrielle potentialer, som vi tror enzymenerne rummer. Udover det anvendelsesorienterede sigte, giver arbejdet samtidig mulighed for at bedrive banebrydende grundforskning. Eksempelvis skaber vi ny viden om, hvordan det er muligt for bakterier at trives ved ekstreme pH-værdier og temperaturer og hvilke molekylære mekanismer der ligger bag enzymernes aktivitet, siger lektor Peter Stougaard.

Peter Stougaard i gang med at undersøge en ikaitsøjle

Peter Stougaard i gang med at undersøge en ikaitsøjle. Foto: Richard Martin

I vandpytter i Antarktis og i de såkaldte ikaitsøjler i Ikkafjorden i Sydgrønland har Peter Stougaard og hans forskningsteam fundet enzymer med egenskaber, der kan gøre stor gavn i industrien. Her følger nogle enkelte eksempler:

Enzym til fremstilling af laktosefri mælk er nu patenteret

Peter Stougaard og hans forskningsteam har bl.a. fundet bakterier, der laver enzymet beta- galaktosidase. Enzymet kan spalte mælkesukker til monosakkariderne glukose og galaktose og kan derfor bruges til at fremstille laktosefri mælk. Man har allerede lignende enzymer på markedet, men de nye enzymer som forskerne har fundet er langt bedre til at fremstille laktosefri mælk:

- De enzymer, som ellers bruges, er kun aktive ved temperaturer på ca. 20 grader C og opefter, men mejeriindustrien vil gerne køre processen koldt af hensyn til hygiejne, smag og økonomi. Det nye enzymer virker fint ved lave temperaturer - faktisk helt ned til 0 grader. De vil derfor kunne indgå i produktionsprocesser ved lave temperaturer og på den måde både spare penge, forbedre hygiejnen og skåne miljøet. Desuden har Københavns Universitet netop patenteret det første beta-galaktosidase enzym til fremstilling af bl.a. laktosefri mælk, siger Peter Stougaard.

En ikaitsøjle saves over

En ikaitsøjle saves over. Foto: Richard Martin

- Vi mener, at enzymet har en anden biologisk funktion end at spalte mælkesukker, eksempelvis at spalte andre sukkermolekyler fra cellevægge eller biofilm og derved sikre bakterierne vigtige sukkermolekyler som energi, siger Peter Stougaard og tilføjer:

- Men når vi forsker i de biologiske problemstillinger sørger vi altid for at have et blik for anvendelsesmulighederne.

Andre fødevareenzymer

De bakterier, forskerne finder i de grønlandske ikaitsøjler og i varme kilder, producerer også en masse andre enzymer, som kan bruges i levnedsmiddelprocesser ved enten lav eller høj temperatur. Og begge typer af enzymer har sine fordele:

- Enzymer der virker ved lave temperaturer er en fordel fordi de optimerer hygiejne, smag og økonomi, mens enzymer der er aktive ved høje temperaturer gør produktionsprocesserne mere effektive, fordi alle kemiske processer forløber hurtigere ved høj temperatur, fortsætter Peter Stougaard og tilføjer: Hertil kommer, at termostabile, høj-temperatur enzymer ofte er mere stabile end ”normale” enzymer, mens lav-temperatur, eller kulde-aktive, enzymer er mindre stabile. Det kan man dog vende til en fordel, da kulde-aktive enzymer kan inaktiveres ved en moderat opvarmning. Det gælder eksempelvis enzymet alfa-amylase, som bl.a. bruges som bageri-enzym fordi det spalter stivelse.

Men hvorfor danner disse bakterier egentlig alfa-amylase når de ikke har set skyggen af kartofler eller mel?

Igen er vores forskning fokuseret på den grundforskningsmæssige problemstilling. Vi vil gerne skabe ny viden på området. Men samtidig husker vi at stille spørgsmålet: hvad kan det bruges til? siger Peter Stougaard.

Vaskepulverenzymer

Flere af de enzymer, som forskerne har fundet i naturen (proteaser, alfa-amylaser, lipaser osv.) kan også bruges til miljøvenligt og effektivt vaskepulver:

Dykker undesøger ikaitsøjler

Dykker undersøger ikaitsøjler i Ikkafjorden i Sydgrønland. Foto: Richard Martin

Enzymer til 3.generations biofuel og fremtidens lægemidler- Vores proteaser og alfa-amylaser kommer fra bakterier, som lever i kolde og alkaline omgivelser. De er derfor skræddersyet til at fungere ved lav temperatur og høj pH, som netop er det man ønsker til vask i koldt vand. Selvom enzymerne måske ikke umiddelbart kan hældes i vaskepulver, giver de værdifuld viden om, hvordan den optimale molekylære struktur skal være for vaskepulverenzymer, der skal vaske i koldt vand, siger Peter Stougaard.

Peter Stougaard og hans team har også fået midler til at forske i enzymer, der kan spalte algecellevægge. Alger kan bl.a. bruges til biofuel og lægemidler, hvis deres cellevægge nedbrydes af enzymer:

- Vi har fået penge til at finde enzymer, der specifikt nedbryder cellevægge fra makroalger. Her har kulde-aktive enzymer en fordel fordi de virker ved lav temperatur, hvor forrådnende, ildelugtende bakterier ikke trives.

Alternativt kan varme-stabile enzymer måske også bruges, hvis vi kan få processerne til at forløbe ved temperaturer hvor forrådnelsesbakterier ikke kan vokse.

Enzymer til fremstilling af modermælkserstatninger

Forskerne er også involverede i et forskningsrådsprojekt, der vil udvikle enzymer, som kan bruges til at fremstille såkaldte mælke-oligosakkarider til brug i modermælkserstatninger:

- Projektet kan skabe endnu sundere modermælkserstatninger i fremtiden. Ud fra rene og billige kulhydraer som eksempelvis mælkesukker vil vi isolere enzymer, der danner oligosakkerider ved høje temperaturer (ca. 65-70 grader C) hvor forrådnelsesbakterierne ikke kan vokse, så produktionsprocessen bliver hurtig og hygiejnisk, slutter Peter Stougaard.