Bioteknologi

Af tidl. institutleder Anna Haldrup, professor Michael Gjedde Palmgren og kommunikationsmedarbejder Kirstine Therkelsen, Institut for Plantebiologi, KVL

 

Allerede på faraoernes tid anvendte ægypterne bioteknologiske metoder, når de fremstillede vin ved en gæringsproces. De kaukasiske hyrder brugte mælkesyrebakterier til at lave yoghurt. Og franske bjergbønder har skabt et utal af oste ved hjælp af bioteknologiske metoder. Bioteknologi forstået som anvendelsen af levende organismer til at skabe bestemte fødevarer eller produkter, er altså ikke nogen ny opfindelse.

Begrebet er i snævrere forstand i dag kommet til at omfatte det, som produceres med genteknologiske og beslægtede metoder (gensplejsning). Disse metoder er alle molekylærbiologiske, dvs. de omfatter reagensglasarbejde (in vitro-arbejde) med dna det stof, der bærer den arvelige information. Nutidens bioteknologiske metoder er altså langt mere præcise, idet de kan gå helt ned på molekyleniveau, hvor man i fortiden ikke havde samme mulighed for at kontrollere processerne.

 (foto Anna Haldrup): På petriskålen ses en blanding af gule, halvvisne spirer og grønne planter. De grønne er gensplejsede og vokser, selvom der er tilsat giftigt antibiotika, kanamycin, til vækstmediet. Det skyldes, at de  ud over den egentlige gensplejsning  også har fået indsat et gen, der gør dem i stand til at overleve på antibiotikaet. Det har de gule spirer ikke, så de dør. Denne form for udvælgelsesgener (markørgener) er nødvendige for, at man kan se, hvilke planter der er gensplejsede, og hvilke der ikke er.  Bioteknologi er et stort forskningsområde, som rækker ind over mange forskellige domæner medicin, fødevarer og foder, landbrug, miljø, energi og den kemiske industri, for bare at nævne nogle. Den igangværende bioteknologiske forskning på Frederiksberg Campus har tilsvarende mange facetter. Fokus er på at udvikle sunde, velsmagende fødevarer, at kunne forebygge og opdage alvorlige sygdomme så tidligt som muligt, og at udvikle afgrøder, der kan modstå kommende klimaforandringer, anvendes som biobrændsel eller som danner indholdsstoffer af medicinsk interesse.

Bioteknologi og fødevarer

Maden, vi spiser, skal i dag gerne være sund. Det er imidlertid ikke altid tilfældet med de fødevarer, der er på markedet. Hvis man sprøjter afgrøderne, kan man risikere, at de indeholder pesticid-rester, og hvis man lader være med at sprøjte, kan sygdomsangreb efterlade giftstoffer i afgrøderne. Det kan fx være de kræftfremkaldende mykotoksiner, som visse svampe danner. Og nogle afgrøder indeholder giftstoffer helt naturligt, som fx cyanidforbindelserne i rodfrugten kassava. For at forbedre sundheden af afgrøderne, og altså i sidste ende også vores sundhed, kan man sætte ind på forskellige fronter. Planterne skal gøres modstandsdygtige over for sygdomsangreb og svære vækstforhold som fx tørke eller udpinte jorde, så de kan bevare deres sundhed og give et godt afkast uden brug af sprøjtegifte. 

Dernæst kan man arbejde på at skrue op og ned for henholdsvis de sunde og de giftige stoffer i planterne. Der forskes fx i øjeblikket i en kassava-art, der ikke producerer cyanid, men derimod et øget indhold af A-vitamin; kartofler med et sundere stivelsesindhold, der forbrændes over længere tid og er bedre for stofskiftet, især for diabetikere; rucola-salat med et ekstra højt indhold af kræftforebyggende stoffer. Biofortifikation, som det kaldes under ét, er et stort forskningsfelt i fremtidens indsats for sundhed.

Bioenergi

Metoderne til produktion af biobrændsel kan og skal forbedres. Indsatsområdet bliver den såkaldte 2. generations bioenergi, hvor man udnytter restprodukter fra landbruget, fx blade og stængler fra majsplanter. Enten ved at finde en måde at nedbryde dem mere effektivt på (vha. enzymer), eller ved at fremavle planter, der er nemmere at nedbryde (ændring i cellevæggens struktur). Endelig forskes der også i deciderede bioenergi-planter, der kan vokse på steder, der er uegnede for andre afgrøder, så de ikke optager plads for livsnødvendig fødevareproduktion.

Forskere på Frederiksberg Campus forestiller sig, at planter i fremtiden kommer til at spille en meget større rolle end i dag. Dels som fødevare og foder, dels som producent af vigtige stoffer med fx medicinsk virkning, og dels som bioenergi. Planten bliver at sammenligne med en grøn fabrik med meget større bæredygtighed og hensyn til miljøet end nutidens produktionsformer.

Bioteknologi på Frederiksberg Campus

Det hele startede dog meget mere beskedent. I 1974 lykkedes det amerikanske forskere at overføre dna fra en afrikansk oksefrø og få det til at fungere i en bakterie. Inden længe blev gensplejsningsteknikken så udviklet, at man kunne anvende den i industrien. I midten af firserne tog bioteknologien for alvor fart, og på den daværende Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole var der en række fremsynede forskere, som forstod, at her var et område, man skulle satse på i fremtiden.

Den første til at etablere molekylærbiologiske metoder på Frederiksberg Campus var professor Knud W. Henningsen fra Institut for Økologi. Han bestemte dna-sekvensen af et gen fra ærters grønkorn i 1985, og efterfølgende klonede han en lang række andre gener. Henningsen påbegyndte undervisning i genteknologiske metoder i slutningen af 1980erne, hvor udvalgte specialestuderende kunne deltage i et 3 ugers laboratoriekursus.

I 1985 kun tre år efter verdens første reagensglasbefrugtning af kvæg havde forskere fra Frederiksberg Campus udviklet metoder til kloning af husdyr (professor Torben Greve, Poul Maddox-Hyttel og Per Sangild sammen med Henrik Callesen fra Forskningscenter Foulum). Det har haft stor betydning for udviklingen af genetisk modificerede grise til brug som biomedicinske sygdomsmodeller. Seneste resultat kom i august 2007, hvor syv klonede grise udstyret med et gen for Alzheimers syge kom til verden ved kejsersnit, som et resultat af et samarbejdsprojekt mellem Forskningscenter Foulum og forskere fra Frederiksberg Campus.

Også forskningen i plantesygdomme fik et spark med bioteknologiens indførelse. Professor Viggo Smedegård begyndte at bruge molekylærbiologiske metoder til at belyse, hvilke mekanismer der ligger til grund for sygdomme og sygdomsresistens hos planter. Han indrettede i 1986 et genteknologisk laboratorium på Frederiksberg Campus. Her var den eneste form for afskærmning en stribe gul tape på gulvet i den halvdel, hvor dna-arbejdet foregik. Den var ikke gået i dag, hvor genteknologiske laboratorier skal leve op til en række strikse sikkerhedskrav.

David B. Collinge kom til Smedegårds laboratorium fra England og isolerede i 1990 en serie resistensgener i byg mod meldug, som har haft stor betydning for forståelsen af, hvordan planter forsvarer sig mod sygdomsfremkaldende organismer. Smedegård udtalte på det tidspunkt, at der ville stå resistente gensplejsede bygplanter ude på marken 10 år senere. Det har vist sig, at mekanismen er så kompleks, at det endnu ikke er lykkedes, men til gengæld er planter med indbygget insektresistens blevet en kommerciel succes.

Bioteknologicentre

Forskningsstyrelsen igangsatte i 1987 et omfattende Bioteknologisk Forskningsprogram, hvorigennem Frederiksberg Campus fik bevilget midler til tre store centre: Bioteknologicentret for Embryoteknologi og Molekylærbiologi med professor Torben Greve fra Klinisk Institut i spidsen, Bioteknologicentret for Plantebioteknologi, ledet af professor Birger Lindberg Møller, og Bioteknologicentret: Sygdomsbehandling, ledet af Arne Holm fra Kemisk Institut (nu Institut for Grundvidenskab). Pga. centrenes gode resultater blev BIOTEK-midler på 7 millioner kr. indlejret som en del af fakultetets ordinære finanslovsmidler fra og med år 2000.

Professor Birger Lindberg Møllers gruppe skabte stor ny viden om fotosyntesen og planters produktion af naturstoffer, som snart viste sig at være praktisk anvendelig, bl.a. i medicinproduktion. Arbejdet i gruppen resulterede i etableringen af den første private biotekvirksomhed på Frederiksberg Campus. Professor Birger Lindberg Møller og professor Henrik Vibe Scheller fra Institut for Plantebiologi samt seniorforsker Peter Ulvskov fra Bioteknologigruppen, Danmarks Jordbrugs Forskning, tog initiativ til dannelsen af dette firma, Poalis, i efteråret 2001. I 2005 blev nogle af aktiviteterne flyttet over i firmaet Evolva, som også er placeret på Frederiksberg Campus.

 (foto Henrik Vering): Gensplejsede Arabidopsis-planter. Den blå plante til højre har tillige fået indsat et gen for et bestemt enzym. Når man så tilsætter stoffet 5-brom-4-klor-3-hydroxy-indol, dannes et blåt farvestof, og derved kan man se, om planten er gensplejset.

Den første gensplejsede plante (tobak) i verden blev produceret i 1984, og metoder til gensplejsning af planten gåsemad, Arabidopsis thaliana, blev publiceret af franske Nicole Bechtold i 1993. Professor Henrik Vibe Schellers

gruppe ved Institut for Plantebiologi producerede de første Arabidopsis-mutanter i 1995. Schellers opdagelser af planters produktion af cellevægge skulle vise sig at være en væsentlig del af grundlaget for den fremtidige brug af planter som biobrændsel. Scheller blev i 2007 headhuntet til at lede en forskningsgruppe i Californien, der indgår i det nye store amerikanske biobrændselsinitiativ.

Uddannelse i bioteknologi

I år 2000 tog professor Michael Gjedde Palmgren fra Institut for Plantebiologi initiativ til, at der skulle oprettes en bioteknologisk kandidatuddannelse på Frederiksberg Campus. Og i 2002 kom så den nye uddannelse i Biologi-Bioteknologi. Der optages nu efter adgangsbegrænsning 50 studerende årligt, og de første kandidater har haft særdeles let ved at få arbejde i den bioteknologiske industri og inden for offentlig bioteknologisk forskning. I 2002 startede også Forskerskolen for Bioteknologi (FOBI), som er et forskeruddannelsesprogram-samarbejde mellem to universiteter og en række af Danmarks førende bioteknologiske virksomheder. Forskerskolen udviklede sig hurtigt til et af landets mest succesrige ph.d.-programmer med over 100 bioteknologiske ph.d.-studerende.

Forskningsformidling

Forskningen skulle jo imidlertid også gerne komme uden for murene, og i 2004 fik man på Frederiksberg campus tilladelse af myndighederne til at sende gensplejsningskittet Tjek på Biotek ud til gymnasier. Så kunne gymnasieelever sammen med deres lærere gensplejse og arbejde med gensplejsede planter ude på deres egne gymnasier. Initiativtagerne var lektor Anna Haldrup og Professor Birger Lindberg Møller fra Institut for Plantebiologi. Frederiksberg Campus har de senere år også gjort rigtig meget ud af Kulturnatten. Blandt de mange aktiviteter kan besøgende i alle aldre trække i den hvide kittel og gensplejse en plante. Når selv en syvårig oplever bioteknologi som noget, man kan røre ved og se effekten af ja, så er de bioteknologiske metoder virkelig gået fra at være for de få, til at berøre os alle.