Udvikling af fedtnedbrydende vaskeenzym

Denne section handler om hvordan Novozymes udviklede et effektivt lipase-enzym til vaskemidler, der kan fjerne fedtpletter fra fx smør, olie og kosmetik. Selvom lipaser havde været kendt siden 1970’erne, var de tidlige varianter nemlig ikke særligt effektive.

En gren af bioteknologi udvikler enzymer, der kan forbedre fx bagning, biobrændstofproduktion, tekstilbehandling og vaskemidler. Enzymer kan erstatte mere miljøbelastende kemikalier, da de er aminosyrebaserede og let nedbrydes i naturen. I vaskemidler gør de det muligt at vaske rent ved ca. 20 °C, fordi de effektivt nedbryder snavs. Enzymerne findes typisk i mikroorganismer fra ekstreme miljøer og skal efterfølgende produceres og optimeres ved hjælp af genteknologi. De fungerer ved at sænke reaktioners aktiveringsenergi gennem samspil mellem deres struktur og reaktanterne, hvilket øger reaktionshastigheden uden at forbruge enzymet selv. Det er vigtigt at huske, at enzymer er katalysatorer og derfor kun påvirker hastigheden, ikke placeringen af reaktionens ligevægt.

Steen Riisgaard oprettede i 1982 et mindre forskningslaboratorium i Tokyo for at finde bedre enzymer ved at undersøge mikroorganismer. I samarbejde med den japanske producent Lion fandt man i 1987 en lovende lipase fra den varmetolerante svamp Humicola lanuginosa. Da svampen kun producerede enzymet i små mængder, forsøgte forskerne både klassisk mutationsarbejde og, som noget nyt,  genteknologisk produktion. I slutningen af 1987 lykkedes det at indsætte lipase-genet i produktionssvampen Aspergillus oryzae, som gav høje udbytter. På grund af nye GMO-regler i Danmark foregik fermenteringen i Japan, mens granuleringsprocessen blev udført i Danmark. I 1988 lancerede Lion vaskemidlet Hi-Top, verdens første vaskemiddel med det rekombinant producerede enzym Lipolase.

Figur 8. Reaktionsligningen for enzymet lipolases spaltning af triglycerider (fedt) i mindre molekyler, som lettere kan skylles væk.

Optimering af enzymet

I starten af 1990’erne ønskede Novo Nordisk at forbedre Lipolase, da fedtpletter ofte først forsvandt efter anden vask. Gær (Saccharomyces cerevisiae) blev brugt til at fremstille mange lipase-varianter med ændrede aminosyrer. Overraskende viste lipase produceret i gær sig mere aktiv i vaskepulver end den samme lipase produceret i A. oryzae, fordi gæren tilføjede ekstra positivt ladede aminosyrer i N-enden af enzymet.

Da gær dog ikke kunne producere enzymet i kommercielt relevante mængder, brugte forskerne 3D-strukturen af lipasen til målrettet at indføre tilsvarende positive ladninger direkte i varianten produceret af A. oryzae. En af disse protein-engineerede varianter viste sig særligt effektiv og kunne fremstilles i stor skala. Denne variant blev senere kommercialiseret som Novozymes’ moderne vaskeenzym Lipex.

 

Arbejdsspørgsmål

Benyt evt. undersiden 5: Genteknologiske metoder til besvarelse af spørgsmål.

  1. Hvilke funktioner er de industrielle enzymer i stand til at hjælpe med? Og hvordan bliver de typisk fundet?
  2. I denne case hører vi hvordan forskerne fik hjælp fra tre forskellige organismer til at udvikle de fedtnedbrydende enzymer. Forklar hvilke og hvad hver organisme i korte træk blev brugt til.
  3. Foreslå en genteknologisk metode, forskerne kunne bruge til at sammensætte det DNA, de skulle gensplejse svampene med?
  4. Når forskellige DNA-stykker sættes sammen, kan der dannes stykker af forkert længde. Foreslå, hvordan forskerne kunne oprense det rigtige.
  5. Giv et forslag til, hvordan forskerne kunne se, om den gensplejsede svamp overhovedet havde optaget og indeholdt den nye indsatte DNA. Forklar kort hvordan.