Forsker: Brug naturen som vidensbank - og ikke råstofstank

Kortlæg planternes dna, sammensæt dna på nye måder, og producer medicin uden at drive rovdrift på naturen.

Johan Andersen-Ranberg er ansat i en et-årig post.doc.-stilling på Center for Syntesebiologi ved Københavns Universitet. Han er en af de otte finalister i Ph.d. Cup 2015, som DR og Dagbladet Information arrangerer sammen med Lundbeckfonden og de danske universiteter. (Foto: Hanne Kokkegård - DR Videnskab © Hanne Kokkegård - DR Videnskab)

I Indien planter man store marker til med planten Coleus forskohlii (Paletblad på dansk).

Planten danner stoffet forskolin, som kan bruges mod øjensygdommen grøn stær, og man mener også, at den kan bruges i fremtidens kræftbehandling. Men lige nu anvendes stoffet især i kosttilskud til folk i den vestlige verden.

Samtidig sulter mange mennesker i Indien, og selv om bønderne tjener penge på at dyrke paletblad, kunne markerne jo i stedet bruges til fødevareproduktion.

Biokemikeren Johan Andersen-Ranberg har gennem sin forskning fundet ud af, hvordan man kan producere forskolin hurtigere, i store mængder og i højere kvalitet, uden at lægge beslag på enorme landområder. Metoden hedder syntesebiologi.

DNA fra en plante til en ny organisme
  • Først finder man ud af, hvor i planten forskolin bliver dannet. Derefter kikker man på hvilke gener, der er aktive i den pågældende plantedel.
  • Arvematerialet kaldes for DNA og indeholder opskriften for alle plantens enzymer. Der findes flere tusinde forskellige typer af enzymer i planten. Det kræver derfor et grundigt detektivarbejde at finde lige præcis de unikke enzymer, der laver forskolin.
  • Enzym-opskriften er skrevet i DNA-kode, som kan indsættes i og læses af andre organismer. For at finde enzymer, der bidrager til at danne forskolin, sættes mange DNA-koder ind i tobaksplanter, og når en tobaksplante laver forskolin, kan de rigtige enzym-opskrifter identificeres.
  • Opskrifterne på enzymerne, der danner forskolin sættes så ind i gær, således at store mængder forskolin kan produceres. Det samme kan gøres i alger.
  • Man regner med, at syntesebiologi udover medicin også kan bruges til at udvikle bæredygtige produktionsmetoder af farvestoffer til fødevareindustrien, vitaminer, kosttilskud eller duftstoffer til kosmetikindustrien.
  • Kilde: Johan Andersen-Arnberg - Center for Syntesebiologi ved Københavns Universitet

Debat om syntesebiologi

Syntesebiologi har de seneste år skabt debat. Blandt andet er Det Etiske Råd kommet med et debatoplæg, fordi syntesebiologi er en ny metode til at konstruere organismer med nye egenskaber.

Den er mere bæredygtig, men samtidig rokker syntesebiologi måske på vores forhold til naturen og vores opfattelser af det naturlige ’liv’ . Og det giver anledning til diskussioner om, hvor og hvordan vi får adgang til mange af de stoffer, vi har i vores hverdag såsom medicin, parfume, brændstof, materialer osv.

- Syntesebiologi handler for os forskere om at definere systemer og moduler fra naturen – finde planters dna – og sætte dem (biobricks, red.) ind i fx gær eller alger, så de i lukkede systemer kan producere fx medicin, som vi har brug for. Samtidigt skåner vi naturen mod rovdrift, siger Johan Andersen-Ranberg, ansat på Center for Syntesebiologi ved Københavns Universitet.

Kortlagt alle enzymerne, der danner forskolin

Stoffet forskolin findes i barken af rødderne på planten Coleus forskohlii. I dag er man nødt til at høste planten og bruge en række avancerede ekstraktions- og oprensningsmetoder for at få fat i stoffet. Men det er svært og bekosteligt at få det så rent, at det kan bruges til medicin.

Johan Andersen-Ranberg har under sit treårige ph.d.-forskningsprojekt sammen med kollegaer kortlagt arvematerialet i rødderne på Paletblad og fundet ud af, hvilke gener og enzymer, planten bruger til at danne stoffet forskolin.

Denne viden gør det muligt at sætte disse gener fra planten Paletblad ind i gær, så den kan danne forskolin.

Optimeret enzymerne i gær

Johan Andersen-Ranberg har gennem sit arbejde sikret, at det kun er forskolin, som bliver dannet, mens processen ikke danner andre potentielt skadelige stoffer fra Paletblad.

Det er heri det store fremtidsperspektiv ligger, fordi man på den måde kan brygge stoffet i store tanke på fabrikker og dyrke gæren, der danner forskolin ved tilsætning af almindeligt sukker.

- Det vil sige, at vi får adgang til store mængder af det medicinske stof på en hurtigere, billigere og mere bæredygtig måde, siger Johan Andersen-Ranberg.

Fair at bruge landbrugsarealer til forskolin?

I dag nøjes man med at dyrke planterne og opformere dem i gevaldig store mængder på marker i Indien.

- Her er det oplagt at spørge, om det er fair, at vi lægger beslag på meget landbrugsjord til at lave et medicinsk stof, som vi bruger i Vesten? Den jord kunne frigives til fødevareproduktion, eller man kunne lade den gå tilbage til naturen, siger Johan Andersen-Ranberg.

Naturen er så avanceret, at der er nogle stoffer, som naturen kun selv indtil nu har kunnet producere. Vi kan fortsætte med at udnytte naturen som en råstofstank, men Johan Andersen-Ranberg mener, vi skal se naturen som en vidensressource og et skatkammer, hvorfra vi kan hente viden om organismers DNA.

- Når vi ved, hvordan brikkerne hører sammen, kan vi i fremtiden ikke bare nøjes med at lave forskolin, men også producere en lang række andre afarter af forskolin, som er mere effektive eller ikke giver uønskede bivirkninger eller helt andre meget værdifulde stoffer - og vi kan gøre det på en bæredygtig måde, siger han.

Johan Andersen-Ranberg har i sin forskning kortlagt arvematerialet i rødderne på Paletblad og fundet ud af, hvilke gener og enzymer, planten bruger til at danne stoffet forskolin. Det er så overført til tobaksplanter som på billedet - og senere til gær. (Foto: Hanne Kokkegård - DR Videnskab © Hanne Kokkegård - DR Videnskab)

Forsker videre på Berkeley i USA

Johan Andersen-Ranberg skal til august til University of California – Berkeley i USA. Han har fået penge af Det Frie Forskningsråd til i tre år at forske i ’højværdi’-stoffer ved hjælp af alger.

- Det gode ved alger er, at de ikke fylder så meget, og at de lever af sollys og CO2. Hvis du har en organisme, der optager den skadelige CO2 fra atmosfæren, og bruger det til at danne værdifulde stoffer, så har du pludselig en hel ny bæredygtig måde at producere stoffer, som vi alle bruger i vores hverdag.

I dag er man kommet langt med forskningen af malariamedicin ved hjælp af syntesebiologi, og denne teknologi har gjort medicinen billigere, så flere, specielt fattige, mennesker kan få gavn af medicinen.

Kommerciel interesse for forskolin-forskning

Johan Andersen-Ranberg vil ikke give et bud på, hvornår forskolin-produktionen kan gå i gang. Men han henviser til, at Center for Syntesebiologi samarbejder med et dansk-schweizisk firma.

- Firmaer er normalt meget konservative og vil gerne se et marked, før de støtter forskning på universiteterne. I og med at vi har et firma inde over allerede nu, som siger, at de vil satse på det her, viser det at vi langt fremme, siger Johan Andersen-Ranberg.

Ph.d. Cup 2015
  • 18. april klokken 20 sender DR2 et show med de otte finalister i Ph.d. Cup 2015, hvor de dyster om at fortælle om deres forskning på en letforståelig måde.
  • Ph.d. Cup er et samarbejde mellem DR, Information, de danske universiteter og Lundbeckfonden.
  • Ph.d. Cup skal sætte ekstra fokus på forskning, forskningsformidling og på forskernes samarbejde med medierne.
  • Hvis forskerne bliver bedre til at fortælle om deres forskning og gode til at gribe fat i medierne, kan langt mere forskning komme i spil ude i samfundet.
  • Ekstra opmærksomhed på forskning kan også øge interessen for selve det at forske. Det er vigtigt for Danmark i dag og i fremtiden.
  • Ud over selve konkurrencen har forskere kunnet deltage i en medieskole.
  • Der har de fået træning i, hvordan de formidler deres forskning til folk, der ikke kender til emnet på forhånd.

Jobmuligheder i syntesebiologi

Johan Andersen-Arnberg ser også jobmuligheder for Danmark, hvis man vælger at satse på syntesebiologi.

Han peger på, at vi i Danmark har en unik tradition inden for forskning i mikroorganismer og planter.

- Syntesebiologi kræver en kombination af vores viden om planter og mikroorganismer, og derfor har vi et godt udgangspunkt. Samtidig står en lang række drivhuse tomme rundt om i landet. Disse kunne transformeres til algefabrikker, som producerer værdifulde medicinske stoffer, siger Johan Andersen-Arnberg.

Arbejder fremtidens landbrug med syntesebiologi?

Danmark er en landbrugsnation, men landbruget laver billige produkter, som alle i verden kan lave. Oveni er antallet af mennesker, der arbejder i landbruget, meget lille.

- Syntesebiologi kan ses som fremtidens landbrug, hvor vi i lukkede systemer laver nogle meget værdifulde produkter, som ingen andre kan lave, siger Johan Andersen-Arnberg.

- På den måde vil opbygning af know-how og nye markeder for syntesebiologi kunne være grobund for en lang række arbejdspladser Danmark, mener han.

Ph.d. Cup 2015 – forstå forskningen

Johan Andersen-Ranberg forsvarede sin ph.d. i juni2014 og er i dag ansat i en et-årig post.doc.-stilling på Center for Syntesebiologi ved Københavns Universitet.

Han er en af de otte finalister i Ph.d. Cup 2015, som DR, Dagbladet Information og Lundbeckfonden arrangerer sammen med de danske universiteter.

I konkurrencen dyster forskerne om at forklare deres forskning på en måde, så de fleste mennesker kan forstå det uden at have særlig viden om emnet på forhånd.

Du kan møde alle finalisterne her på DR Viden frem til den 18. april 2015.

Og du kan opleve Johan Andersen-Ranberg og de syv andre finalister på DR2 klokken 20 lørdag den 18. april 2015.