Hold deg fast! P? samme m?te som datamaskinen har revolusjonert hverdagen for oss mennesker, vil bakterier, alger, gj?rsopp og andre sm? organismer kunne gj?re fremtiden v?r mer spektakul?r enn de fleste kan dr?mme om.
Den nye vitenskapen, som kalles syntetisk biologi – du kan like godt bli fortrolig med begrepet med en gang, handler kort fortalt om ? programmere arvematerialet i sm? organismer til ? gj?re nyttige ting for oss mennesker. Syntetisk biologi er det sterkest voksende fagfeltet innenfor biologien i dag og kan endre fremtiden v?r fundamentalt.
– Syntetisk biologi er der datamaskinene var p? femtitallet, s? det er vanskelig ? forutsi alle mulighetene. Det handler om ? genmodifisere bakteriene slik at de blir programmert til ? gj?re akkurat det vi vil. Vi kan i dag f? enkle organismer til ? gj?re enkle ting, men det er bare fantasien som setter grenser. Dette er fremtidens satsingsomr?de og kan l?se alt fra matvare- til helseproblemer, forteller masterstudent Elina Melteig, som i sin hovedfagsoppgave i bionanoteknologi p? Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo skal fordype seg i hvordan man kan bruke alger fra Nordsj?en til ? fremstille helt nye typer materialer.
Det vanligste er ? lime inn et gen fra helt andre organismer, men det er ogs? mulig ? lage gener som ikke finnes i naturen. En mulighet som allerede er testet ut, er ? lime inn et korallgen som lager selvlysende proteiner.
Internasjonal konkurranse
En av verdens fremste eksperter p? syntetisk biologi er professor Drew Endy fra Stanford-universitetet i USA.
– Syntetisk biologi handler om ? bli flinkere til ? h?ndtere levende materialer og gj?re det mulig for menneskeheten og naturen ? blomstre sammen. Verden vil kunne gj?re det bra innen dette feltet de neste ti?rene. Her har Norge muligheten til ? ta en ledende rolle, sier Drew Endy.
Han har de siste ti ?rene invitert studentlag fra hele verden til ? delta p? en ?rlig sommerkonkurranse i Boston, kalt iGEM (International Genetically Engineered Machine), der lagene har f?tt muligheten til ? teste ut helt nye m?ter ? manipulere bakterier p?. I fjor ble det rekorddeltakelse med 243 studentlag fra hele verden. Lagene med de beste ideene ble kontaktet av store, bioteknologiske selskaper som New England Biolabs.
En av de ansvarlige for iGEM i Oslo, professor Paul Eivind Grini p? Institutt for biovitenskap, sier kurset ogs? gir et godt innblikk i forskerhverdagen.
– iGEM er en utrolig spennende konkurranse, der studentene f?r innblikk i alle fasettene i en
forskerhverdag. De m? ha en god idé, v?re kreative, v?re ingeni?rer og velge noe som er mulig ? gjennomf?re. Studentene m? levere en fysisk DNA-bit som l?ser en spesiell oppgave n?r den settes inn i en bakterie, forteller Paul Eivind Grini.
– iGEM var en inspirasjonsbonanza. Vi har sett fantastisk mange muligheter i faget, forteller Elina Melteig.
Sammen med masterstudent Vilde Olsson p? Institutt for biovitenskap meddeler Elina Melteig
Apollon noen av h?ydepunktene fra konkurransen.
Samleb?nd
Det norske laget fikk bronse for sitt system, som p? sikt kan bli en liten bakteriefabrikk.
De programmerte helt vanlige tarmbakterier til ? binde seg til hverandre i et bestemt system. Tarmbakterier, som er av den snille typen E. colibakterier, formerer seg bra og er lette ? endre. Skeptikerne kan la seg berolige:
– Bakterieveksten skjer i kontrollerte former, slik at ingen av bakteriene skal havne p? avveier og danne egne kolonier.
Ideen til det norske laget var ? plassere bakteriene, med ulike egenskaper, i en bestemt rekkef?lge, slik at bakteriene kan utf?re ulike og helt konkrete oppgaver, som p? et samleb?nd i en bakteriefabrikk.
– De f?rste bakteriene utf?rer en bestemt oppgave. Produktet som disse bakteriene etterlater seg, blir sendt videre til den neste gruppen med bakteriearbeidere.
Samleb?ndet best?r forel?pig bare av to lag bakterier, men de norske studentene forestiller seg at det skal v?re mulig ? lage mange flere lag.
– Hvis vi lykkes med ? organisere bakteriene i en bestemt rekkef?lge med flere stopp p? samleb?ndet, kan bakteriene utf?re langt mer komplekse oppgaver. Hvis bindingene mellom bakteriene blir sterke nok til ? kunne holde dem sammen, kan ideen v?r bli et forstadium til levende materialer eller levende overflater.
Kan bekjempe plastskrot
En aktuell anvendelse, som et studentlag fra Darmstadt i Tyskland har testet ut, er ? bruke denne typen bakteriefabrikker til ? bryte ned plast. Da kreves det mange steg, der hvert enkelt bakterielag kan ta sin del av nedbrytningen.
– Det handler om ? f? bakterier til ? bryte ned de kjemiske bindingene i plast, men samtidig ikke g? l?s p? mer enn selve plasten.
En av dagens mange milj?bomber er plast i verdenshavene. Mikroplasten og nanoplasten fester seg til fiskens gjeller.
– L?sningen er ikke ? helle en l?sning med bakterier ut i havet. Poenget er ? lage s? sterke bindinger mellom bakteriene at de kan sys sammen til et teppe, ordnet i lagvise strukturer.
Melteig og Olsson poengterer at denne m?ten ? tenke p? ogs? kan brukes i andre sammenhenger, slik som ? produsere legemidler.
– Vi m? v?ge ? tenke dette selv om vi enn? ikke har funnet ut hvordan de midterste bakterielagene skal f? nok n?ring.
N?ring er viktig. For en av de mange utfordringene er at bakteriene er levende vesener og derfor trenger n?ring for ? gj?re jobben sin. Plasten er n?ringen til det f?rste bakterielaget. Ideen er at de andre bakterielagene skal leve av de restene som det forrige bakterielaget produserer.
Blodpr?ver
Manipulering av bakterier kan ogs? gj?re det langt enklere ? overf?re blod. Ved blodoverf?ring er det allment kjent at blodtypene til giver og mottaker m? passe sammen. Hvis ikke kan det b?re galt av sted. Unntaket er blodtype 0 rhesus minus. Denne blodtypen kan gis til alle, uansett om de skulle ha blodtype A, B eller AB.
Det tyske studentlaget fra Universitetet i Tübingen har manipulert en bestemt type bakterie til ? klippe av s?kalte utstikkere p? A- og B-blodcellene slik at de oppf?rer seg som blodtype 0 rhesus minus. Bakteriene produserer enzymer som klipper av utstikkerne. Enzymene blandes med blodet. S? m? blodet renses. Det m? ikke v?re ett eneste antistoff igjen. Det er det kritiske steget.
– Et slikt system kan bli utrolig viktig p? steder der man ikke har muligheten til ? oppbevare blod, slik som p? landsbygda i Afrika, forteller Vilde Olsson.
Pean?ttallergi
Et studentlag fra Universitetet i Link?ping i Sverige har brukt syntetisk biologi til ? lage et b?rbart instrument som raskt kan sl? fast om maten inneholder pean?tter.
– Selv sporstoffer av pean?tter kan v?re d?delig for dem som er allergiske. I dag finnes ingen b?rbare pean?ttm?lere.
Ideen er enkel.
– Ta en liten del av maten, bland den med en l?sning som omdanner maten til flytende masse og tilsett de spesielle bakteriene. En lysdetektor kan da sl? fast om maten inneholder pean?tter.
Det mest tidkrevende er degenereringen av maten. Resten er gjort p? sekunder.
Trikset er ? lage bakterier som produserer n?yaktig de samme antistoffene som pean?ttallergikere.
Antistoffet tilsettes et fluorescerende protein. Dette er et protein som sender ut lys med en bestemt b?lgelengde n?r antistoffene reagerer med antigenene i pean?ttene.
Selv om oppfinnerne kan p?vise n?r maten inneholder pean?tter, har de enn? ikke klart ? si hvor lave niv?er oppfinnelsen deres reagerer p?.
– Det unike med denne metoden er at den kan brukes p? alle mulige stoffer vi er allergiske imot. Det eneste vi trenger, er den genetiske koden for antistoffene som allergikere produserer.
Solcellepanel
Bakterier kan ogs? brukes til solenergi.
– N?r oljen tar slutt, trenger vi flere varianter av solcellepanel. En del av dagens metalliske solcellepanel bruker dyre og sjeldne stoffer, som er vanskelige ? utvinne.
Studenter fra det tekniske universitetet i Darmstadt har snekret sammen bakterier som produserer fargestoffer i planter. Fargestoffene fanger opp lys i ulike spektre. Fargestoffene kan brukes som lysfangere i solcellepanel.
– Dette er en helt ny m?te ? produsere solcellepanel p?. N?r vi kan f? bakterier til ? produsere ulike fargepigmenter, kan vi fange opp et langt bredere spekter av lys.
R?sterke materialer
Melteig h?per ogs? p? bakterieskapte biopolymerer, som er lange, biologiske molekyler.
– I forhold til vekten er spindelvev et av de sterkeste materialer i naturen. Med bakterier har irske studenter pr?vd ? lage biopolymerer som er s? sterke at de kan brukes som skuddsikker vest.
Fremtidsscenarier
De to masterstudentene h?per at syntetisk biologi i fremtiden ogs? kan brukes i matindustrien.
– Vi ser for oss at bakterier kan bryte ned og omdanne gress, bark, tr?r og cellulose til mat.
Visse bakterier kan gi maten den smaken vi ?nsker oss. Kanskje cellulosen skal f? jordb?rsmak? Vi ser ogs? for oss at en slik organisering av bakterier kan bli nyttig i fremtidens biodatamaskiner, h?per Melteig og Olsson.
Syntetisk biologi er ikke bare science fiction. Selv om den nye vitenskapen er i sin tidlige barndom, har vitenskapen allerede kommet til nytte.
I 2014 d?de tusenvis av mennesker av Ebola. Frykten var stor for at epidemien skulle spre seg til hele verden. Det ble sv?rt viktig ? lage en vaksine. Forskere brukte syntetisk biologi til ? lage vaksinen. Trikset deres var ? sette modifiserte DNAsekvenser, som inneholdt koder for antistoffer mot Ebola, inn i tobakksplanter.
En av de aller f?rste eksemplene p? en praktisk anvendelse av syntetisk biologi er fra 1982, da man, ved hjelp av genteknologi, satte insulingenet fra mennesker inn i bakterier og gj?r, slik at bakteriene kunne produsere insulin.
Standardiserte biobrikker
Professor Paul Eivind Grini p?peker ogs? at syntetisk biologi helt klart er en teknologi for fremtiden.
– Syntetisk biologi bygger p? molekyl?rbiologi og genetikk og er en slags ekstrem h?sting av den biologiske revolusjonen, der vi har f?tt tilgang til genomer fra mange organismer. N?r man lager biobrikker som f?lger en viss mal, kan man kombinere dem, akkurat som legoklosser og dra nytte av hva andre har gjort. Dette blir som en open source, der ingen trenger ? finne opp kruttet p? ny.
Han ser ogs? for seg at man kan bruke matematiske og bioinformatiske beregninger p? superraske datamaskiner for ? kunne designe fremtidens biobrikker, s? som ? kunne designe hvordan et protein skal oppf?re seg.
– Potensialet er stort. Syntetisk biologi gj?r det mulig ? l?se oppgaver innen alt fra energi og rensing av luft og vann og fjerning av gift, til ny medisin og nye materialer, forteller Grini, og legger til at en viktig del av iGEM-kurset er ? l?re studentene ? v?re bevisste p? etikk og risiko.