9.4 Bioteknologi i landbruk og industri

Bioteknologi overalt

Bioteknologi er ikke bare hvitfrakker i sterile laboratorier. Det er åkre med mais som beskytter seg selv mot skadeinsekter. Det er enzymer i vaskemiddelet ditt som fjerner flekker ved lav temperatur. Det er bakterier som spiser olje etter et utslipp i havet. Bioteknologi er overalt rundt deg, og den former måten vi dyrker mat, produserer varer og rydder opp etter oss selv.

Men la oss begynne med begynnelsen. Mennesker har drevet med en form for genetisk manipulasjon i tusenvis av år -- vi bare kalte det noe annet. Tradisjonell foredling handler om å velge ut individer med ønskede egenskaper og krysse dem over mange generasjoner. Det var slik vi forvandlet ville gressarter til hvete og mais, og ulver til hunder. Prosessen fungerer, men den tar lang tid og er upresis. Du får med deg mange uønskede egenskaper sammen med de ønskede.

Genmodifisering (GMO) endret alt. I stedet for å vente generasjon etter generasjon, kunne forskere nå sette inn ett bestemt gen direkte -- enten fra samme art eller fra en helt annen. Raskere, mer presist, men også mer kontroversielt. Og nå har vi genredigering med CRISPR, som endrer organismens eget DNA uten å tilføre fremmed materiale. Endringene ligner mer på det som kan skje ved naturlige mutasjoner, noe som har skapt debatt om disse organismene bør reguleres på samme måte som tradisjonelle GMO-er.

Planter som forsvarer seg selv

Tenk deg en maisplante som produserer sitt eget insektmiddel. Ikke et kjemisk sprøytemiddel, men et naturlig protein som er giftig for skadeinsekter, men ufarlig for mennesker, fugler og de fleste andre dyr. Det er akkurat hva Bt-planter gjør.

Bt-mais inneholder et gen fra jordbakterien Bacillus thuringiensis. Denne bakterien produserer et protein kalt Bt-toksin (Cry-protein) som er dødelig for visse insektlarver. Når maisboreren -- et av de verste skadedyrene for maisavlinger -- spiser av planten, aktiveres toksinet i insektets basiske tarm. Det lager hull i tarmveggen, og insektet dør. Hos mennesker og andre pattedyr, som har sur tarm-pH, aktiveres ikke toksinet. Bt-mais reduserer bruken av kjemiske insektmidler med opptil 80 prosent og gir høyere avlinger.

Herbicidtolerante planter, som Roundup Ready-soya, er genmodifisert til å tåle sprøytemidler som dreper ugress. Bonden kan dermed sprøyte mot ugress uten å skade avlingen. Kritikere peker på at dette kan føre til økt sprøytemiddelbruk og utvikling av resistente ugress.

Et av de mest rørende eksemplene er gylden ris -- ris som er genmodifisert til å produsere betakaroten, et forstadie til vitamin A. Hvert år blir om lag 250 000 barn blinde på grunn av vitamin A-mangel, og mellom 1 og 2 millioner dør av komplikasjoner. Gylden ris ble utviklet for å motvirke dette. Risen har en gylden farge fra betakarotenet og kan dyrkes der vanlig ris dyrkes.

I en tid med klimaendringer er tørketolerante planter et annet viktig satsingsområde. Forskere utvikler planter som tåler tørke og andre ugunstige forhold, noe som kan bli avgjørende for matsikkerheten i fremtiden.

Enzymer, biodrivstoff og bionedbrytbar plast

Industriell bioteknologi handler om å bruke enzymer og mikroorganismer til å produsere varer og materialer. Og sjansene er store for at du allerede har hatt nytte av det i dag.

Har du vasket klær i dag? Enzymer i vaskemiddelet ditt gjør jobben enklere. Proteaser bryter ned proteinflekker som blod og gress. Lipaser bryter ned fett. Amylaser bryter ned stivelse. Disse enzymene virker ved lave temperaturer, noe som sparer energi. De fleste produseres i dag med genmodifiserte mikroorganismer.

Men industriell bioteknologi handler om mye mer enn vaskemidler. Biodrivstoff er et viktig satsingsområde. Bioetanol lages fra sukker eller stivelse ved gjæring med gjærceller -- den samme prosessen som brukes for å lage øl og vin. Andre generasjons biodrivstoff bruker enzymer til å bryte ned cellulose fra planterester til sukker som deretter gjæres. Forskere jobber også med å genmodifisere alger til å produsere olje for biodiesel.

Bionedbrytbar plast er kanskje det mest spennende for fremtiden. Vanlig plast lages av olje og brytes ikke ned i naturen -- det blir liggende i hundrevis av år. Men PLA (polymelkesyre) kan lages fra maisstivelse ved hjelp av bakterier, og PHA (polyhydroksyalkanoater) produseres direkte av bakterier. Begge brytes ned i naturen.

Fermentering -- bruk av mikroorganismer til å omdanne råstoffer til nyttige produkter -- er grunnlaget for mye av dette. Det brukes til å produsere antibiotika, vitaminer, aminosyrer og organiske syrer. Selv enzymet chymosin, som brukes i osteproduksjon, lages i dag av genmodifiserte gjærceller i stedet for å utvinnes fra kalvemager.

Bakterier som rydder opp

I april 2010 eksploderte oljeplattformen Deepwater Horizon i Mexicogulfen. I 87 dager strømmet olje ut i havet -- det ble en av de verste miljøkatastrofene i historien. Men i ukene og månedene som fulgte, skjedde noe bemerkelsesverdig: naturlige oljeetende bakterier blomstret opp og begynte å bryte ned oljen. Dette er bioremediering i praksis.

Bioremediering er bruk av levende organismer til å rense opp forurensning i miljøet. Noen bakterier kan bruke hydrokarbonene i olje som energikilde og bryter dem ned til ufarlige stoffer som karbondioksid og vann. For å få bakteriene til å jobbe raskere kan man tilføre næringsstoffer som nitrogen og fosfor, som stimulerer bakterievekst.

Men bioremediering begrenser seg ikke til oljeutslipp. Noen planter og bakterier kan ta opp og konsentrere tungmetaller fra forurenset jord -- en prosess som kalles fytoremediering. Mikroorganismer kan bryte ned pesticider og plantevernmidler. Og i kloakkrenseanlegg er det nettopp bakterier som gjør det tunge arbeidet med å bryte ned organisk materiale i avløpsvannet.

Fordelene med bioremediering er mange: det er et miljøvennlig alternativ til kjemisk opprensing, det kan brukes der andre metoder er for kostbare eller upraktiske, og det bryter ned forurensning til ufarlige stoffer i stedet for bare å flytte den fra ett sted til et annet. I en verden med økende miljøutfordringer er bioremediering et verktøy vi kommer til å trenge mer og mer.

Oppsummering

I dette kapittelet har du sett at bioteknologi er mye mer enn laboratoriearbeid -- det former hverdagen din på måter du kanskje ikke tenker over.

Du har lært om tre ulike tilnærminger til å forbedre organismer: tradisjonell foredling (langsom krysning over generasjoner), genmodifisering (direkte innsetting av gener fra andre arter), og genredigering (endring av organismens eget DNA). Du kjenner eksempler som Bt-mais som produserer sitt eget insektmiddel, herbicidtolerante planter som tåler sprøytemidler, gylden ris som kan motvirke vitamin A-mangel, og tørketolerante planter som er viktige for matsikkerhet i en tid med klimaendringer.

Du har utforsket industriell bioteknologi -- fra enzymer i vaskemidler (proteaser, lipaser, amylaser) til biodrivstoff, bionedbrytbar plast (PLA og PHA) og fermentering. Og du har lært om bioremediering -- bruken av levende organismer til å rense opp forurensning, fra oljeetende bakterier i havet til planter som trekker tungmetaller ut av forurenset jord.