Enzymer i älgens mage visar vägen till morgondagens bränsle

– Tyvärr har första generationens bioetanol fått så mycket kritik i Sverige att vi håller på att missa genombrottet för andra generationens biodrivmedel, säger Henrik Aspeborg.

Älgen, främst dess inre myller av magbakterier, kan bidra till utvecklingen av nya produkter baserade på skogsbiomassa.

Ny forskning från KTH om älgens magbakterier ger en inblick i hur dessa mikroorganismer bryter ned fiberrikt växtmaterial. Forskningen visar på möjligheter att förbättra hållbara processer för förädling av skogsråvara och även ta fram helt nya produkter baserade på vad skogen kan ge.

– Syftet med vårt arbete är att visa de möjligheter som finns för förädling av skogsråvara. Det kan i ett senare skede innebära framtagandet av helt nya produkter baserade på vad skogen kan ge, som till exempel bioplaster eller miljövänliga förnybara kemikalier. Framförallt så kan studien leda till effektivare och billigare produktion av andra generationens biodrivmedel, säger Henrik Aspeborg, en av de två forskarna och verksam vid skolan för bioteknologi vid KTH.

Han berättar vidare att första generationens biodrivmedel som idag är dominerande på marknaden, görs av stärkelse och socker från olika grödor. Kritik har dock riktats mot denna bioetanol eftersom produktionen kan konkurrera med samma naturresurser som används för livsmedelsproduktion.

Utmaning att bryta ner hårda växtdelar
Alternativet är att använda växtdelar som människan inte äter, till exempel halm eller trä. Eftersom dessa växtdelar mest innehåller cellulosa, hemicellulosa och lignin brukar de kallas lignocellulosa. För att bioetanol baserad på lignocellulosa ska kunna konkurrera med fossila bränslen ekonomiskt, måste det enzymatiska nedbrytningssteget bli billigare och effektivare. Det är här Henrik Aspeborg och Anders Andersson arbete kommer in i bilden.

– Det är viktigt att förstå att det är en mycket större utmaning att enzymatiskt bryta ned lignocellulosa, jämfört med stärkelse eller sackaros, det vill säga vanligt bordssocker. Vi hoppas alltså med vår studie att hitta effektivare enzymer för nedbrytning eftersom älgvåmmen är en miljö där vi vet att effektiv nedbrytning pågår.

Älgens mat består till stor del av fiberrik föda. Särskilt under vintern då älgen betar grenar och bark från olika slags träd. För att tillgodogöra sig näring från svårsmälta växtdelar behöver älgen ha mikrober i sitt mag-tarmsystem som producerar vissa typer av enzymer som älgen saknar. De här mikroorganismerna finns främst i älgens förmage, våmmen. Mikroberna och enzymerna i älgvåmmen har utvecklats under miljontals år och är mycket väl anpassade för nedbrytning av de växter och träd som ingår i älgens diet, exempelvis tall och asp.

För att bättre förstå hur nedbrytningen går till har den internationella forskargruppen som leds från KTH, nu lyckats kartlägga arvsmassan av nästan hundra olika typer av bakterier i våmmen genom att använda en metod som kallas metagenomik vilket innebär att alla organismers DNA i ett prov extraheras, kartläggs och och analyseras.

Bakterier som sönderdelar växtfibrer
Det är de senaste årens utveckling av snabba DNA-sekvenseringsteknologier och avancerade analys-algoritmer som banat vägen för metegenomiken och den stora fördelen är att även mikroorganismer som inte går att odla på laboratoriet kan identifieras och sekvensbestämmas.

– Vi har hittat många bakterier i våmmen som tillhör tidigare outforskade släkten och arter. Förmodligen har de förblivit outforskade just därför att de inte kunnat odlas.

Utöver de okända mikroberna har forskarna dessutom hittat släktingar till bakterier som anses vara bland de bästa på att sönderdela växtfibrer. En av studiens styrkor är just att forskarna lyckats sätta ihop så många i bakteriegenom från älgvåmmen, säger Anders Andersson, den andre av de båda KTH-forskarna.

– Vi vill gärna bidra till omställningen till bioekonomi och vi hoppas att få anslag för nästa steg. Det vore oerhört trist om vi på grund av brist på resurser inte kan få fortsätta studera det unika material vi har tagit fram. Vem vet, kanske är det just i älgvåmmen vi hittar bättre och mer verkningsfulla enzymer för miljövänlig och hållbar omvandling av växtbiomassa. Det finns säkerligen ett stort antal enzymer med kommersiell bioteknologisk potential bland alla de tusental som forskarna har identifierat i älgvåmmen, säger Henrik Aspeborg.

Studie:
”Ninety-nine de novo assembled genomes from the moose (Alces alces) rumen microbiome provide new insights into microbial plant biomass degradation” är publicerad i ISME journal.

Lyssna gärna på KTH Podcasts där Henrik Aspeborg och Anders Andersson berättar mer om sin forskning.

Kontakt:
Henrik Aspeborg
08 – 790 99 85
aspe@biotech.kth.se

Anders Andersson
073 – 983 89 62
anders.andersson@scilifelab.se