Måske, om nogle årtier, vil mange af den traditionelle industris kemiske processer være erstattet af store rustfri ståltanke med en lunken suppe af levende, specialdesignede gærceller, der producerer avancerede og præcist designede molekyler ud fra biomasse. 

Den form for fremstilling er allerede rutine i medicinalbranchen, hvor mange af de vigtigste medikamenter i dag produceres af gærceller, snarere end gennem kemiske processer – det gælder blandt Novo Nordisks produktion af insulin. 

Også i fødevareindustrien har man længe brugt gærceller til at producere højteknologiske ingredienser, Danisco (nu Dupont) og Chr. Hansen er blandt verdens førende på det felt. 

Jens Nielsen, direktør for Bio Innovation Institute under Novo Nordisk Fonden i København samt professor i systembiologi på Chalmers universitet, taler om, at den fossilt brændsel-baserede industrialisering kan blive afløst af en biologisk baseret industrialisering.

Vi har fået evnen til at indskrive menneskets intentioner i liv

Drew Endy
Professor, institutleder, Stanford University

Jens Nielsens faglige speciale er at forstå og ændre gærcellers metabolisme – stofskiftet. Han har brugt mange år på at udvikle gærceller, der kan producere molekyler, som kan anvendes til at producere olie og mange af de kemikalier og materialer, der i dag fremstilles ud fra råolie. 

”Vi har stadig brug for flydende brændsler, og det vil vi også have i en CO2-neutral fremtid, men vi er nødt til at skaffe dem fra andre kilder end olie,” siger Jens Nielsen. 

De benzin- og dieseldrevne biler, der sælges i dag, vil køre rundt i mange år endnu, og det samme gælder fly, skibe og andre maskiner med forbrændingsmotorer. Derfor er der behov for at udvikle brændstoffer, der ikke frigør yderligere C02 til atmosfæren. 

Olie bruges imidlertid også til meget andet end at brænde af i motorer. Omkring 15 procent af den globale olieproduktion går til den kemiske industri, først og fremmest til fremstilling af plastik. 

Det startede med brygger Jacobsen

Vi ved fra produktionen af vin og øl, at gærceller naturligt omdanner sukker til alkohol – eller som det mere kemisk præcist kaldes, ethanol. 

Ethanol kan blandes i benzin, og fordelen er, at den CO2, der udledes, når man bruger biobrændsler, stort set er den samme som den, der bliver optaget fra luften, når de planter, der bruges til at producere brændslet, vokser. 

Det bliver mere kompliceret, hvis man i stedet vil fremstille olier af den type, som bruges i dieselmotorer og som jetfuel til fly. 

Det kræver, at man gensplejser gærcellerne til at fremstille molekyler, som derefter kan raffineres til olie. 

Det har Jens Nielsen og kollegerne i hans laboratorium på Chalmers universitetet i Gøteborg styr på. Forskerne har gennem årene opbygget en stor erfaring i at omdirigere gærcellers metabolisme i retning af at udskille netop de stoffer, man ønsker. 

I Danmark er det en indsats, der går tilbage til brygger Jacobsens arbejde med at styre gæringsprocessen for at lave Carlsbergs øl. 

Programmerbare cellefabrikker

Jens Nielsen taler om gærceller som ”cellefabrikker”. Noget af det mest forbløffende ved den biologiske form for fremstilling er, at der kan skabes en utrolig variation ud fra ganske simple byggeklodser. 

”Det er vildt fascinerende, når man tænker over, hvad planter gør,” siger Jens Nielsen.

”De tager vand og CO2 fra atmosfæren, og ved hjælp af sollys omdanner de det til en utrolig variation af kemiske stoffer, der giver forskellige farver, smag, giftstoffer, lægemidler og så videre. Det er ganske få grundstoffer, der skal bruges.

Vi kan rekruttere mange af de kemiske processer fra planter og indsætte dem i gær, sådan at vi med bare sukker (C6H12O6) og ammoniak (NH3) kan lave en stor del af al kemi.” 

Biologisk fremstilling giver løfte om en ekstremt præcis kontrol over egenskaberne af de stoffer og materialer, man producerer.

Hvis man kan isolere den gen-sekvens, der koder for et protein med en særlig egenskab, kan man – med lidt fingerfærdighed – indsætte den i en celle, såsom en gærcelle, der derefter producerer stoffet.

Man kan sige, at man dirigerer eller ”programmerer” cellens metabolisme. Det er her, biologien møder digitaliseringen.

Alle gener kan beskrives som en kombination af de fire baser, som sidder sammen parvist igennem hele DNA’ets rebstige. Ligesom man kan ændre et computerprogram ved skrive om på den kode, der fortæller, hvordan computere skal behandle information, så kan man redigere, klippe og klistre i den genetiske kode for at programmere en celle til at producere bestemte proteiner. 

Den bioteknologiske udvikling går i retning af, at man på den måde kan sammensætte helt kunstige genomer med netop de egenskaber, man har behov for i en organisme. Det kaldes ofte ”syntetisk biologi”. 

Idéen er, at forskerne med tiden opbygger et stort bibliotek af gen-sekvenser, som man ved koder for en ganske bestemt egenskab eller et bestemt protein. Ligesom en ingeniør kan konstruere en maskine ved at vælge standardiserede komponenter, skal man kunne konstruere en ny celle ud fra eksisterende sekvenser. 

En af ophavsmændene til begrebet syntetisk biologi, den amerikanske forsker Drew Endy, har sammenlignet det med standardiseringen af bolte og møtrikker, der gjorde det muligt at bruge de samme dele på mange forskellige maskiner, og reparere dem med det samme værktøj. 

Something completely different

Man hører jævnligt, at vi er i ”bioteknologiens århundrede”, hvor forståelsen af generne vil revolutionere sundhed, fødevarer, landbrug, fremstilling – og ikke mindst menneskers egne egenskaber.

En femtedel inde i det 21. århundrede har det dog stadig ikke ført til de helt store omvæltninger. Jens Nielsen mener, at påvirkningen fra bioteknologi har været relativt usynlig, fordi indsatsen de seneste ti-femten år har været rettet mod at producere det samme som hidtil, blot på en anden måde. 

Men man kunne forestille sig, at det vil gå, som det gik med bilerne. I starten var bilen en erstatning for hestevogne, men i takt med at den personlige mobilitet blev tilgængelig for masserne, ændrede det hele samfundet, og vi fik motorveje, forstæder, shoppingcentre, luftforurening og drive-in fastfood. 

Hvis vi fremover kan fremstille nye materialer, medicin og fødevarer ved at programmere gærceller og fodre dem med billig biomasse, der er hurtigt at dyrke eller blot tilovers fra landbruget, vil det formentlig ændre de økonomiske spilleregler i mange brancher. 

Tilsvarende kan man forestille sig, at det vil ændre på de globale forsyningskæder og på tilgængeligheden af højteknologiske produkter, hvis avancerede celler kan programmeres, og deres kode kan overføres digitalt, syntetiseres og dyrkes stort set hvor som helst, uden at man behøver at have et særlig avanceret produktionsanlæg. 

I den forstand minder den biologiske fremstilling om 3D-print, der også gør det muligt at designe komplekse genstande, overføre konstruktionen digitalt og få den fremstillet hvor som helst der er en printer.

Og så kan man, ligesom med alle andre stærke nye teknologier, forestille sig både meget positive og særdeles negative effekter, når vi får det, Drew Endy kalder ”evnen til at indskrive menneskets intentioner i liv”. 

Vi er stadig i de fossile brændsler og fysikken og kemiens æra. Men vi kan skimte noget helt anderledes forude