Bakterier skal brukes til å lage fluorstoffer uten giftig kjemi

Fluorerte stoffer brukes snart i nær sagt alt mulig, både til emballasje, i medisiner og i slippbelegg til stekepanner.

Men produksjonsprosessen kan være belastende for miljøet, siden det krever syntetisering med giftig og reaktiv gass for å få de fluorerte molekylene som skal bli til polymerer eller medisinkomponenter.

Derfor har EU bevilget 60 millioner kroner til senteret The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) til et prosjekt som skal gjøre produksjonsprosessen for disse molekylene mer bærekraftig.

– Vi har gitt utvalgte bakterier en kunstig metabolisme, slik at de kan produsere disse stoffene i stedet. Dette har gitt gode resultater, og det er kanskje første gang at resultater fra syntesebiologi kan gå rett inn i en produksjonsprosess, sier seniorforsker Pablo Ivan Nikel, som er gruppeleder på senteret.

En lang rekke fluorstoffer er forbudte eller under utfasing fordi de er hormonforstyrrende og kreftfremkallende; blant annet de langkjedede PFOS og PFOA. Men Pablo Ivan Nikel forsikrer at det ikke er i disse banene forskningsgruppen hans jobber:

– Vi arbeider hovedsakelig med ingredienser som brukes i medisiner, og som ikke akkumuleres i kroppen eller er giftige. De kjemiske strukturene her er svært forskjellige fra strukturen i de stoffene som blir betraktet som giftige, slik som PFOA, og vi overholder alle regler når det gjelder produksjonen, sier han.

• Antibiotika-forskning: Smittsomme bakterier går i dvale, og våkner igjen

Fleksibel bakterie

Forskerne har valgt jordbakterien Pseudonomas putida som fabrikant av de fluorerte stoffene, fordi metabolismen dens har vist seg å være særdeles fleksibel overfor endringer. Den har også tidligere vist seg nyttig i andre miljøprosjekter, som for eksempel omdanning av skumplast til nedbrytbare produkter.

Og bakterien var altså også klar for den endringen i stoffskiftet som skulle til for å omdanne billige natriumfluoridsalter til viktige komponenter til fluor-polymerer. Selv ved atmosfærisk trykk og i en lunken tank på 30 grader – i motsetning til den enorme mengden energi som kreves for å framstille stoffene kjemisk.

Målet er å dyrke bakteriene i forsøkstanker på opptil 50 liter. Fram til nå har forskerne bare dyrket bakterien i mindre skala, siden de fremdeles jobber med å optimere den genetiske konstruksjonen.

For å produsere de fluorerte stoffene har forskerne introdusert et nytt gen til bakterien, slik at den kan produsere et bestemt enzym. Sammen med sukkerstoffer som næring og fluorsalter, kan bakterien via enzymet danne den nødvendige forbindelsen mellom fluorstoffet og karbonmolekyler, slik at disse kan inngå i videre produkter.

Og det er et kjempestort milliardmarked forskningsgruppen har beveget seg inn på. Opp mot en fjerdedel av alle medikamenter inneholder fluorstoffer som forbedrer kroppens opptak av de aktive stoffene. Og i tillegg er det et kjempemarked for polymerer i industrien.

Derfor er det også forventet at flere større bedrifter i fremtiden vil ha tanker med bakterier stående som en del av framstillingsprosessen.

• Les og lær: Slik blir bioplast brutt ned av bakterier

Stor interesse fra industrien

– Jeg opplever stor interesse for bakteriene fra farmasøytiske bedrifter som er sultne på billigere og mer bærekraftige alternativer til den giftige syntetiseringen, sier Pablo Ivan Nikel, som er i gang med å patentere prosessen og derfor gjerne vil begrense informasjonen om hvilke konkrete metoder han har brukt.

Faktisk var Pseudonomas putida, ifølge Wikipedia, den første slekten av organismer som fikk et genmodifisert familiemedlem patentert, noe som naturlig nok skapte en del debatt rundt det å patentere naturen.

Dette skjedde på begynnelsen av 1980-tallet, og resulterte i et patent til den indiske mikrobiologen Ananda Chakrabarty, som hadde fått bakterien til å bryte ned olje raskere enn man tidligere hadde sett.

– Ellers blir manipuleringer med stoffskiftet oftest brukt til å få bakterier til å produsere enkle molekyler, så som alkoholer. Men nå kan man virkelig komme inn på et felt hvor det for tiden ikke finnes biologiske alternativer, sier Pablo Ivan Nikel.

• Unik norsk teknologi: Bakterier fra oljebrønner skal lage biogass av matavfall (TU Ekstra)

Ikke mulig for ti år siden

I første omgang har gruppen fremdeles igjen å få oppskalert prosessen, slik at industrien kan produsere nok stoffer i kjempestore tanker. Denne delen er ikke helt på plass ennå, og på grunn av patentsøknaden ønsker Pablo Ivan Nikel heller ikke å komme for mye inn på framskrittene.

Men han kan si så mye, at det nå blant annet dreier seg om å gjøre bakterienes liv direkte avhengig av fluorsaltene, slik at de grådig sluker dem i seg og produserer større mengder av de ønskede stoffene.

– For ti år siden hadde vi rett og slett ikke de verktøyene som man må ha for å manipulere stoffskiftet på denne måten. Nå kan vi ganske enkelt «omskrive» det til et kjempestort marked som bare vokser,» sier Pablo Ivan Nikel.

Denne artikkelen ble først publisert som Plus-sak på ing.dk (krever abonnement).

• Ingeniør advarte for flere år siden: Sykehusbakterier utvikler resistens overfor håndsprit