Opdagelsen af den omvendte fotosyntese fører til effektiv dannelse af biobrændstof

Claus Felby er professor på Institut for Geovidenskab og Naturressourcer på Københavns Universitet, hvorfra han har begået en opdagelse, som private virksomheder viser stor interesse i.

Det skriver Danmarks Frie Forskningsfond i sin årsrapport.

Lytic polysaccharide monooxygenase eller mere mundret LPMO-enzymet er med professor Claus Felbys egne ord verdens mest fantastiske enzym.

Enzymet, som blev (gen)opdaget i 2008 af forskere fra Novozymes, kan gøre det umulige – eller rettere sagt, det vi tidligere troede var umuligt – nemlig spalte cellulose.

Cellulose er de ufordøjelige dele af planterne: Væggene i planternes celler - bedre kendt som plantefibre.

Plantefibrene er gode for vores fordøjelse, netop fordi de ikke nedbrydes, men derimod glider ufordøjet gennem vores tarmsystem, hvor de suger væske til sig og på den måde sørger for en god fordøjelse og et sundt tarmsystem.

Men plantefibrene eller cellulosen, som er bygget af sukkermolekyler, er også en udfordring, når man for eksempel skal lave biobrændstof ud af planterester, fordi den er så svært nedbrydelig.

I 2014 fik Claus Felby en bevilling fra Danmarks Frie Forskningsfond på 2,5 millioner kroner til at forske i det fantastiske LPMO-enzym, der formår at nedbryde plantecellevæggene, og som blandt andet bruges af svampe, når de nedbryder planterester.

Solen giver energi til omvendt fotosyntese
For at lave nedbrydningen skal LPMO-enzymet bruge ilt og elektroner.

- Vi undersøgte, hvor enzymet kunne få elektroner fra, fortæller Claus Felby.

Enzymet kunne for eksempel få elektroner fra C-vitamin, hvilket satte gang i nedbrydningsprocessen, men derudover ikke var voldsomt effektiv. Nedbrydningen gik langsomt.

- I vores laboratorium sad en ph.d.-studerende, som arbejdede med blå-grønalger, og vi kom til at tale om, om vi kunne bruge klorofyl som kilde til elektroner, fortæller Claus Felby.

Klorofyl er et kemisk molekyle, som findes i alle planter. Klorofyl spiller en afgørende rolle i fotosyntesen, fordi det ”indfanger” elektroner fra solstrålerne, som giver energi til, at planten via solens stråler og vand kan opbygge netop cellulose.

Forskerne tilsatte klorofyl til deres prøver med cellulose (plantecellevægge) og LPMO enzym.

- Det virkede ikke. Og så kunne projektet sådan set være stoppet der. Men fordi vi havde friheden til at forfølge denne her lidt tossede idé, arbejdede vi alligevel videre med det, fortæller Claus Felby.

Forskerne kom til at tænke på, at den manglende virkning, når de tilsatte klorofyl, kunne skyldes, at klorofyl ikke er opløseligt i vand.

- Så vi klippede klorofylmolekylerne i stykker og gjorde det vandopløseligt, og så virkede det, fortæller Claus Felby.

Elektroner fra solens stråler blev indfanget af klorofyl og udnyttet af LPMO-enzymet til hurtigt og effektivt at nedbryde cellulosen.

Forskerne var så forundrede over deres fantastiske opdagelse, at de gentog forsøget mere end 100 gange for at være sikre på, at det virkelig virkede. Men den var god nok. Solens energi kan bruges til at nedbryde plantemateriale.

En proces, der normalt tog flere timer, kunne med hjælp fra solen klares på omkring fem minutter. 

Stor betydning for biobrændsel
Opdagelsen kan få kæmpe betydning i fremstillingen af biobrændsel, hvor plantemateriale netop skal nedbrydes til sine enkelt-bestanddele.

- Det er i de frie forskningsprojekter, vi får de virkelige gennembrud. Det er ikke i de forudbestemte projekter. De er til gengæld gode, når virksomhederne skal på banen og lave gennembruddene om til industrielle produkter, siger Claus Felby.

Og virksomhederne har i den grad været interesseret i den nye opdagelse. Claus Felby og hans forskerhold tog patent på metoden til at nedbryde plantefibre i 2016, og samme år blev licensen til patentet solgt til en virksomhed, som forskerne nu samarbejder med.

Året efter i 2017 modtog Claus Felby og hans forskerhold 15 mio. kr. fra Novo Nordisk Fonden til at forske videre i den omvendte fotosyntese.

I 2018 investerede Novo Nordisk Fonden 35 mio. kr. i oprettelsen af et egentlig forskningslaboratorium, hvor Claus Felby og hans forskergruppe også skal deltage for at videreføre forskningen i LPMO-enzymet.