DTU til biotekbranchen: Fokusér bakteriernes arbejde hvis I vil booste produktionen

Bacillus subtilis er en slider, der dog helst skal holde sig til én ting for at yde sit ypperste. Illustration: Bigstock/Tyrannosaurus

Ølbrygning kan klares med blot en enkelt slags gær. Man behøver også kun én bakteriestamme for at producere enzymer til vaskepulver.

Men er det produktivt nok? Det mener et hold forskere fra DTU Bioengineering ikke, men opfordrer i stedet biotekbranchen til at satse på genmodificerede bakteriesamfund i stedet for renkulturer.

»Rendyrkede bakterier eller gær har den fordel, at de er nemme at styre i en produktion, men processerne kan optimeres betydeligt ved at bruge forskellige stammer, der arbejder godt sammen,« fortæller professor Ákos T. Kovács, som står bag studiet.

I studiet, som netop er publiceret i tidsskriftet Current Biology, har forskerne taget udgangspunkt i den i cellefabrikker meget anvendte jordbakterie Bacillus subtilis for at undersøge, hvordan den arbejder, når den producerer biofilm for at beskytte sig selv – og de planterødder den bebor – mod udefrakommende fjender.

Det viste sig, at et samfund af denne type bakterie inddeler sig i tre undergrupper, når der skal arbejdes. Den ene gruppe laver ikke noget, der har med biofilmen at gøre, den anden gruppe producerer kulhydrater og den tredje producerer både proteiner og kulhydrater. Begge komponenter er vigtige bestanddele af biofilm.

Læs også: Enzymer klipper hul i biofilmen, så bakterierne kan udryddes

For så at finde ud af, om det var muligt at specialisere bakterierne til at yde endnu mere, designede forskerne to varianter af bakterien: En, som kun producerede kulhydrater (exopolysaccharider) og en, der kun producerede proteinfibrene (TasA).

Det viste sig, at ved at specialisere bakterierne genetisk til at gøre hvert sit stykke arbejde – i stedet for at lade dem selv fordele arbejdet ud fra muligt talent – foregik arbejdet langt mere effektivt.

Faktisk viste det sig optimalt, hvis man lavede en bakteriesuppe af cirka 70 procent kulhydratfremstillende specialister mod 30 procent proteinproducerende, hvilket også svarede fint til den fordeling, bakterierne eventuelt selv ville nå frem til at få produceret.

Multitasking er for besværligt

I det skræddersyede projekt lå den samlede produktion langt over, hvad den enkelte bakterie ville kunne præstere i naturen – simpelthen fordi bakterierne arbejdede bedre sammen som specialister i stedet for som generalister, der skulle nå lidt af det hele.

Fra naturens hånd kan mikroorganismerne selv gå i to retninger, når arbejdet skal gøres. Enten vil de udvikle sig fænotypisk, hvor de opretholder alle evner, men kun bruger enkelte, eller genotypisk, hvor de mister evnen til at udføre opgaver, de ikke skal udføre. De kan altså enten guides til at udføre bestemte opgaver eller få fjernet muligheden for at kunne gøre andet end det ønskede.

Læs også: Afsløring af sensor i immunforsvaret kan bane vej for livslange vacciner

Ifølge Ákos T. Kovács har det forekommet hip som hap, hvilken måde bakterien arbejdede på, men studiet har altså vist, at den genotypiske variant er den mest produktive, fordi de simpelthen sparer på krudtet, når de ikke skal multitaske.

»Denne viden om bakteriernes arbejde kan blive vigtig for biotekselskaberne. Ved at bruge mere end én stamme af bakterier, svampe eller gær vil outputtet altså kunne sættes i vejret, og det kan selskaberne have en naturlig interesse i,« pointerer han.

Grunden til, at biotekselskaberne som oftest tyr til renkulturer, er som før nævnt den sikkerhed og forudsigelighed, der bliver i produktionen, og ifølge Ákos T. Kovács er det netop dette element, der bliver udfordringen i at øge produktionen ved hjælp af genetisk bestemt diversitet.

»Når flere bakterier arbejder sammen, skal man være mere påpasselig med blandingen. De skal jo helst ikke slå hinanden ihjel, så kolonierne kollapser, eller der opstår en ubalance, som sløver produktionen,« siger han.

Derfor går forskerne efter at prøve flere typer bakterier af og observere dem over længere tid for at se, hvad der sker.

Læs også: Novozymes i samarbejde med kinesiske forskere om kontroversielt genredigeringsværktøj

Novozymes bøvler med biofilm

Hos den danske biotekkoncern Novozymes er man meget interesseret i denne type forskning, for selv om virksomheden primært bruger renkulturer i enzymproduktionen, er det ikke alt, der er nemt at styre.

Novozymes har konstant millioner af liter celler i gang i store gæringstanke, og her kan dannelsen af biofilm være en udfordring, som det ville være nyttigt at kunne styre, fortæller senior manager Michael Dolberg Rasmussen.

»Biofilmen kan gøre det sværere at rense tankene, og selve gæringerne kan også blive udfordret, fordi biofilmen skaber viskositet og dermed en dårligere iltning af biomassen,« siger han.

Som led i konstant at optimere produktionen følger og støtter Novozymes derfor løbende projekter som dette.

»Vi har stor interesse for denne type grundforskning, og derfor har vi bl.a. tætte bånd til DTU,« siger Michael Dolberg Rasmussen.

Emner : Bakterier