Forskere vil efterligne organismers stofskifte for at skabe 100% bæredygtige kemikalier

Med en bevilling på 3,7 mio. euro eller knap 28 mio. kr. fra EU’s forsknings- og innovationsprogram, Horizon 2020, er en dansk forsker fra Aarhus Universitet (AU) gået sammen med i alt 21 andre europæiske organisationer og universiteter i et stort projekt, der kan få afgørende betydning for fremtidens kemiske industri.

Projektet, der koordineres af ekspert i biokatalyse og bioproces-udvikling, lektor Selin Kara ved Institut for Ingeniørvidenskab, AU, har nemlig til formål at kopiere naturlige bioprocesser til brug i den kemiske industri, som i dag er en af verdens mest forurenende.

”Helt grundlæggende halter vi langt efter naturen, i forhold til hvad der er muligt at producere kemisk. Med projektet tager vi derfor de første skridt i forståelsen og implementeringen af komplekse multi-enzymkatalyserede reaktioner. Faktisk finder vi disse enormt komplekse og smukt fungerende flertrinsreaktioner i alle levende organismer, ”siger Selin Kara.

Stofskifte eller metabolisme er grundlæggende en række enzymkatalyserede reaktioner, som bl.a. gør det muligt for levende organismer at vokse og reproducere. Metaboliske reaktioner nedbryder eller opbygger således forskellige stoffer, som er nødvendige for, at organismen overlever.

Disse reaktioner er organiseret i såkaldte stofskifteveje, hvor et kemikalie omdannes til et andet kemikalie gennem en lang række trin, og hvor hvert enkelt trin fremmes af et specifikt enzym.

Og det er præcist disse stofskifteveje, som forskerne er interesserede i at kopiere til industrien.

”I naturen foregår reaktionerne trinvist og med forskellige katalysatorer ved hvert trin. Sådan er det ikke i den kemiske industri i dag. Her har man som regel en stor beholder med ét kemikalie i, som man enzymatisk omdanner til et andet og derefter behandler til et slutprodukt ved hjælp af en lang række forurenende processer, som i øvrigt fordyrer processen; centrifugering, kromatografi, dialyse, destillation, isolation, ekstraktion osv. Årsagen til det er simpelthen, at det er enormt svært at kopiere naturens tilgang, fordi den er vanvittigt kompleks. Men det er den udfordring, vi nu tager op med det nye projekt,” siger Selin Kara.

Lykkes det forskerne, vil projektresultaterne være banebrydende for design og udvikling af en kompleks reaktionssekvens til kemisk fremstilling, og det vil være muligt at producere kemiske stoffer som f.eks. antioxidanter og biopolymerer uden de forurenende processer nedstrøms i produktionskæden:

”Vi håber på at kunne skabe et slutprodukt udelukkende via et kontinuerligt flow, hvor startkemikaliet pumpes gennem forskellige reaktorer med hver sin enzymkatalyserede reaktion. På den måde vil processen være fuldstændig bæredygtig. Men der er stadig lang vej, ind til vi når dertil,” siger hun og fortsætter:

”Hvis vi med succes skal anvende videnskab, skal den ikke kun være tværfaglig, men befinde sig i grænsefladen mellem banebrydende forskning og industriel implementering. Det er derfor rigtig vigtigt, at vi har et stærkt højteknologisk engagement fra industrien med i dette projekt

Projektet, som har fået navnet INTERfaces - Heterogeneous Biocatalytic Reaction Cascades, tilbyder desuden et unikt uddannelsesprogram, hvor 14 udvalgte ph.d.-kandidater uddannes som næste generations europæiske bioteknologi-forskere. INTERfaces hører under Marie-Skłodowska-Curie Actions (MSCA) – Innovative Training Networks (ITN) – European Industrial Doctorates (EID) Programme. Programmet betyder, at ph.d.-studerende tilbringer halvdelen af deres studietid i industrien og halvdelen i den akademiske verden; et uddannelseskoncept, der er veletableret i Danmark.

Projektet skal desuden opskaleres i samarbejde med den industrielle sektor.

I alt deltager 9 universiteter og 13 organisationer, der spænder fra højteknologiske SMV'er til store producerende virksomheder, i projektet. Projektet, der løber over 48 måneder, ledes af lektor Selin Kara.

Følgende universiteter og organisationer er gået sammen om projektet: 

Konsortium:

• Aarhus University (Selin Kara, koordinator)
• Graz University of Technology
• ACIB GmbH
• University of Oviedo
• University of Trieste
• University of Zaragoza
• University of Bielefeld
• KTH Royal Institute of Technology
• Elettra-Sincrotrone Trieste S.C.p.A.
• Henkel AG & Co. KGaA
• EnginZyme AB
• SpinChem AB
• ViaZym BV
• CASCAT GmbH
• NanoMyP SL
• BioPox SRL
• Micronit Microtechnologies BV
• ÆNEAM Advanced Membrane Technologies SL
• Sustainable Momentum SL
• Bumbuku Creatives BV
• Purolite Ltd
• GlaxoSmithKline Ltd