Metabolic Engineering

Grøn bioteknologi dækker over en række principper, der tilgodeser miljøet. Inden for bioteknologien forskes der i at anvende mikroorganismer, såsom bakterier og svampe, til fremstilling af produkter, som førhen blev fremstillet ved brug af kemiske reaktioner. Samtidig forbedres disse mikroorganismer ved hjælp af genteknologi, så deres egenskaber tilpasses og effektiviseres. Man prøver at designe sine egne mikroorganismer ved at ændre deres stofskifte og hvilke materialer de kan leve på eller producere, så man får de ønskede egenskaber. Måden hvorpå dette udføres er ved hjælp af genmanipulation, hvor man ændrer i de gener, der koder for de relevante enzymer. Dette kunne enten være at blokere produktionen af et enzym ved at mutere (ødelægge) genet, eller at forhøje koncentrationen af enzymet i cellen ved at indsætte flere kopier af det kodende gen. Hele det område der beskæftiger sig med genmanipulation af organismers stofskifte (metabolisme), kaldes på engelsk Metabolic Engineering. Metabolic engineering er en gentagende proces, hvor man efter et forsøg vurderer sit resultat, og efterfølgende laver et nyt design, som det er illustreret i figuren nedenfor.

Glycerol metabolisme i E. coli. Bakterien kan normalt ikke gro på glycerol, men man har fundet nogle specielle forhold, hvor det kan lade sig gøre på den viste måde.       Tryk her for at se billedet i stor størrelse.	Glycerol metabolisme i E.coli med foreslåede ændringer. For at få de rigtige produkter skal enzym 7, 8 og 9 blokeres. For at forhøje aktiviteten af enzym 1 og 2 indsættes flere kopier af de nødvendige gener i E. coli. Det betyder at koncentrationerne af enzym 1 og 2 forhøjes, og dermed at aktiviteten stiger. Tryk her for at se billedet i stor størrelse.

Et eksempel hvor denne teknik bruges, er inden for biodieselindustrien, hvor der produceres en overflod af biproduktet glycerol. Den enorme mængde glycerol prøver man at omdanne til noget brugbart ved hjælp af designede bakterieceller. På figurerne ses en E. coli bakteriecelle, hvor man ”redigerer” nogle af de relevante stofskifteveje, for at få glycerolen omdannet til ethanol og methansyre (format), som er den mest værdifulde kombination af produkter bakterien, i dette tilfælde, kan producere ud fra glycerol.

Metabolisme i celler er et stort, sammenhængende netværk, hvor ændring i et enzym kan påvirke hele resten af netværket. Det er derfor slet ikke sikkert, at man får den ønskede effekt, når man ændrer på nogle gener i cellen. Det er en lang proces, hvor der nogle gange skal mange forsøg til, men mulighederne inden for feltet er enorme. At kunne designe bakterie- og gærceller til at opfylde et specifikt formål har store anvendelsesmuligheder, f.eks. inden for medicinalindustrien til miljøvenlig og effektiv produktion af medikamenter.