Mikrober som framtidens produktions fabrik

Admin

19.12.2024

Foto av Studio Kari Liikonen, med tillstånd av Finlands Akademi

Dagens industriella produktion av färgämnen för textilindustrin kräver stora mängder kemikalier och belastar miljön. Naturliga färgämnen har däremot utvunnits från svampar och växter. Att använda värdefull odlingsmark för färgproduktion är dock inte hållbart, och svampar som producerar färgämnen växer bara utspritt i skogarna på hösten. 

Vad om dessa problem kunde lösas? Vid Teknologiska forskiningscentralen VTT i Finland pågår ett projekt där genetiskt modifierade mikrober används för att miljövänligt producera färgämnen ursprungligen från svampar och växter. Röda och gula nyanser är redan möjliga, medan blåa och gröna nyanser fortfarande kräver utveckling. 

Färgämnen producerade av mikrober är bara ett exempel på den bioteknologiska  revolution som väntar inom de närmaste åren, förklarar bioteknologiprofessorn och akademiker Merja Penttilä. 

“Industriell produktion har betraktats som något skilt från naturen, men detta håller nu på att förändras,” säger Penttilä.

Det pågår en radikal förändring där industriell produktion flyttar till bioreaktorer som kan opereras året runt. Mekanismer från naturen kan anpassas för att producera allt från bränslen och nya material till kemikalier och livsmedel. 

Många av dessa innovationer är redan verklighet. I ett annat projekt vid VTT skapar mikrober material som påminner om läder. Det finska startupföretaget Solar Foods, med rötter vid VTT, använder mikrober för att framställa protein av koldioxid med hjälp av väte från solenergi.

“Biologin gör en snabb entré i industrin. Nu gäller det att vara vaksam,” konstaterar Penttilä. 

Biotekniken som en del av bioekonomin 

Globalt satsas det redan stort på bioteknik. Storbritanniens forskningsfinansiär UKRI kommer under de följande tio åren att  investera över 950 miljoner euro i bioteknologisk forskning. EU ser bioteknologi och bioproduktion som kritiska teknologier för Europas framtida konkurrenskraft. I USA lyftes bioteknik och bioproduktion förra året fram som en nationell forskningsprioritet. Även Kina och Sydkorea har ökat sina satsningar inom biovetenskap. Jämfört med stora nationer är Finland ett litet land, men vi har varit starka inom bioteknologin i förhållande till vår storlek, berättar Penttilä.
“Vi har ett arv från skogsindustrin med gedigen kunskap om biobaserade råmaterial och bioprodukter.” 

Finlands skogar erbjuder biomassa som skulle kunna användas på nya sätt nu när den globala efterfrågan på papper har minskat. Mycket kan också göras med biprodukter från jordbruksproduktionen. “När spannmål skördas kan halm användas som råmaterial i bioreaktorer,” påpekar Penttilä.

Biologiska innovationer med stora möjligheter 

Penttilä är expert på molekylärbiologi för mikrober, jäst och mögelsvampar. Hon leder för närvarande ett forskningsprojekt finansierat av Jane och Aatos Erkkos stiftelse. Projektet undersöker hur artificiell intelligens kan användas för att förutsäga enzymernas funktion, vilket är centralt för syntesreaktioner i celler. Detta kan möjliggöra design av nya enzymer som utför reaktioner som inte finns i naturen. För att producera dessa enzymer behöver motsvarande nya gener också designas.

Resultaten kan ha omedelbara tillämpningar, till exempel vid produktionen av nya biomaterial med hjälp av mikrober.  

“Biologiska processer i olika organismer är mycket lika. Om vi lär oss förutsäga enzymers funktion i en organism kan vi accelerera utvecklingen inom hela bioteknikområdet,” förklarar Penttilä. På längre sikt kan innovationerna som sagt också  användas inom jordbruket, exempelvis för att utveckla högre avkastning på grödor. 

AI-baserade förutsägelser är redan verklighet inom molekylärbiologi. Utvecklingen av AI som förutsäger proteiners struktur belönades med 2024 års Nobelpris i kemi, som tilldelades Demis Hassabis och John M. Jumper. Den prisbelönta duon arbetar vid Googles forskningslaboratorium, något Penttilä anser vara mycket talande. “Världen börjar förstå att bioteknologi kan påverka allt i framtiden. Till exempel, om vi vill resa till Mars behöver vi lösningar för att producera mat både under långa resor och på främmande planeter.” 

Finansieringens mellanfas är en utmaning 

Penttilä lyfter fram behovet av mer finansiering för fasen mellan grundforskning och tillämpad industriell forskning. “Projekt från Finlands Akademi är bra för att driva grundforskningen om biologiska mekanismer framåt. Samtidigt kan Business Finland finansiera nya företagsidéer eller hjälpa etablerade företag att expandera på exportmarknaden.” 

Men det finns en betydande lucka mellan dessa faser, där Penttilä efterlyser nya stödinstrument. Denna övergångsfas handlar om att omvandla forskningsrön till industriella tillämpningar. Inom bioteknologin kan mycket göras genom att utnyttja all biologisk data och tillämpa AI och robotik i utvecklingen av nya mikrober, produktionsprocesser och produkter. 

Den redan existerande industrin anpassar sig ofta långsamt till helt nya angreppssätt— befintliga modeller ifrågasätts sällan innan man är säker på de nya resultatens industriella användbarhet 

“Stiftelser skulle kunna spela en viktig roll i detta skede,” avslutar Penttilä.