Forsker på smart tobakk

ef-20130701-153812.jpg

Jihong Liu Clarke. Foto: Erling Fløistad.

Planteforskere ønsker å benytte tobakksplanter til produksjon av vaksiner til mennesker og dyr, og spesialenzymer til treforedlingsindustrien. «Grønne fabrikker», i form av spesialbygde, smarte tobakksplanter dyrket i veksthus, kan bli en ny vekstnæring.

Mulighetene som ligger i genmanipulerte tobakksplanter kan sammenlignes med utviklingen av mobiltelefonen. Dagens smarttelefoner er jo så mye, mye mer enn bare en vanlig telefon. På samme måte kan dagens tobakksplanter bli fremtidens smarttobakk.

- Fremdeles er en telefon kjernen i en smarttelefon. På samme måte er det med tobakksplanter. Kjernen er den samme. En tobakksplante er fremdeles en tobakksplante, og vi kan legge inn ulike snutter av DNA, som kan styre produksjonen av de stoffene vi er ute etter, forteller Liu Clarke, seniorforsker og forskningsteamleder ved Norsk institutt for bioøkonomi (NIBIO) på Ås.

Tobakksplanter kan dermed fungere som «grønne fabrikker» som produserer billige vaksiner til mennesker og dyr, miljøvennlig drivstoff og spesialprodukter til industrien, forklarer Jihong Liu Clarke.

smartphone illustrasjon.jpg

Tobakksplanter kan være bra for helse og miljø

Liu Clarke har i flere år benyttet tobakksplanten i sin forskning, og ser store muligheter for at tobakksplanten, på en positiv måte, kan bidra til verdiskaping i årene fremover.

Planteforskerne setter inn rekombinant DNA (arvestoff) i plantene. DNA-molekyler, for eksempel fra bakerier eller sopp, «programmerer» tobakksplanten til å produsere de stoffene forskerne ønsker. Når tobakksplantene har vokst seg store høstes bladene og de aktuelle stoffene renses ut.

- I prinsippet kan denne metoden benyttes til å lage vaksiner, for eksempel mot denguefeber og hepatitt B og C virus. Både oppdrettsnæringen og skognæringen har behov for spesialprodukter som kan produseres i tobakk på en rimelig billig måte. Det kan for eksempel være egne fiskevaksiner eller enzymer som kan bryte ned tømmer til produksjon av bioetanol, forteller Liu Clarke.

- Teknologien er den samme, og kan benyttes til å produsere mange ulike produkter. Det er det som er så smart og bærekraftig.

Charles Arntzen and Jihong Liu Clarke.jpg
Seniorforsker Jihong Liu Clarke (t.h.) sammen med professor Charles Arntzen, da han besøkte Ås høsten 2014. Liu Clarke jobber blant annet med å utvikle en vaksine mot denguefeber. Hun ble inspirert av Charles Arntzen, mannen bak Ebolamedisinen ZMapp. Vaksinen vil være basert på den same teknologien som brukes i ZMapp. Foto: Morten Günther.
 

Enzymer til produksjon av biodrivstoff

Å begrense klimaendringene, og redusere utslippene av klimagasser fra fossilt brennstoff, er en av vår tids største utfordringer. Overgangen fra oljeøkonomi til bioøkonomi krever at energi fra fornybare kilder, slik som skog, vil kunne erstatte oljebaserte produkter. Utfordringen er å omdanne trærnes harde og motstandsdyktige ved til flytende brensel. Til denne jobben trengs det spesialarbeider med spesialredskaper. En mulig kandidat er råtesopp, som til daglig forårsaker store skader og verditap på skog i hele Europa. Råtesoppen inneholder nemlig spesielle enzymer som kan bryte ned cellulosen og ligninet i veden. Disse enzymene er nå svært aktuelle i forskningen til Liu Clarke og hennes kollegaer på NIBIO og Campus Ås.

 - Vi kjenner til hvilke genetiske koder som produserer disse enzymene i råtesopp, og vi kan sette de inn i tobakksplanter. Et av hovedmålene er å få tobakksplanten til å produsere disse enzymene, i store mengder, og at enzymene igjen kan benyttes i industriell produksjon av drivstoff fra trær.

Industrien betaler svært godt for slike spesialenzymer. Et norsk selskap som har forsket på, og utviklet dette, i mange år er Borregaard i Sarpsborg. Borregaard utvinner biokjemikaler, biomaterialer og bioetanol. De kaller seg verdens mest avanserte bioraffeneri og har som mål å produsere miljøvennlig og økonomisk bærekraftig biodrivstoff og biobaserte kjemikalier basert på naturlige, bærekraftige råvarer.

Liu Clarke samarbeider med Borregaard, som er en viktig industriell partner i ett av forskningsprosjektene. Planen er å utvikle enzymer i tobakksplanter og teste disse i Norge. Deretter vil det gjennomføres et pilotprosjekt med storskala-produksjon i Kina hos det Kinesiske landbruksakademiet (CAAS). Borregaard vil teste enzymene fra produksjonen i Kina når de er klare.

- Enzymer er den mest kostbare delen av produksjonen, bortsett fra selve råvarene. Hvis forskerteamet lykkes så kan dette være starten på en billigere måte å produsere enzymer på. Det kan gjøre oss mer konkurransedyktige i forhold til olje-baserte produkter, forklarer teknologidirektør i Borregaard, Gudbrand Rødsrud.

For Liu Clarke er det viktig å få frem hva denne forskningen kan bety for industrien, samfunnet og ikke minst for en bærekraftig bio-basert fremtid.

- At vi driver med forskning som industrien etterspør og trenger, for meg er det veldig gøy og motiverende å tenke på, forteller Liu Clarke.

gudbrand rødsrud borregaard_3 - foto lars sandved dalen - nibio.jpg
Teknologidirektør Gudbrand Rødsrud i Borregaard AS. Foto: Lars Sandved Dalen.

Fra julestjerner til tobakksplanter

For seniorforsker Jihong Liu Clarke har veien til tobakksplanten gått via forskning på julestjerner. I over ti år forsket hun på transgene, det vil si genmodifiserte, julestjerneplanter. Et av målene med julestjerneforskningen var å få julestjerneplanten, som i naturlig tilstand er et tre eller en stor busk, til å bli kortvokst.

De fleste forbrukere ønsker både kortvokste julestjerner og andre prydplanter som er fine og tåler transport bedre, og det å få kontroll på strekningsveksten er derfor svært viktig. I dag er sprøyting med kjemiske veksthemmere den vanligste måten å redusere strekningen på, både i Norge og i andre land. De kjemiske veksthemmerne er imidlertid både giftige, kreftfremkallende, og skadelige for miljø og helse. Det ville derfor være en stor fordel å ikke benytte sprøytemidler for å redusere strekningsveksten i julestjerna.

Ved hjelp av bioteknologiske tilnærminger klarte Liu Clarkes forskerteam å utvikle små julestjerner som ikke trenger sprøyting for å bli kortvokste. For Liu Clarke var dette inspirerende og grunnleggende for det videre arbeidet med tobakk.

- Vi så at teknologien kunne benyttes til så mye mer enn bare å regulere høyden på julestjerner. Så vi tenkte: Hva med å bruke denne kunnskapen til å utvikle andre produkter, slik som vaksiner og antistoffer, spesialenzymer, eller kanskje til og med helsekostprodukter, forteller Liu Clarke.

For å kunne utvikle teknologien videre trengte hun en plante som produserer mye biomasse, det vil si mange, store grønne blader. Og da pekte tobakksplanten seg raskt ut som en av de beste kandidatene.  

- Ja, tobakksplanten er for det første lett å arbeide med og forske på. Den var tidligere planteforskernes prøvekanin, og det er mye tilgjengelig informasjon om tobakksplanten fra flere tiår med internasjonal forskning. En annen fordel med tobakksplanten er at vi kan høste fra den 3-4 ganger i året, istedenfor bare en gang. Hvis du tenker på at det skal være billig og lønnsomt så bidrar det selvsagt til å senke kostnadene, forklarer Liu Clarke. 

ef-20050411-0001.jpg
Små genmodifiserte tobakksplanter. Foto: Erling Fløistad.

Tobakk – ny næring for norske bønder?

Det er i dag mulig å dyrke genmodifiserte planter i Norge, men det er nødvendig å søke Helsedirektoratet om tillatelse, og det skal foregå i lukkede anlegg. Genmodifiserte julestjerner har for eksempel vært dyrket ved Senter for klimaregulert planteforskning, ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet på Ås.

Liu Clarke er opptatt av å tenke utenfor boksen. Hun ser store muligheter for norske bønder når det gjelder kommersiell dyrking av tobakksplanter i Norge.

- Dersom man kan bygge enkle veksthus til dyrking av tobakksplanter til produksjon av enzymer, og senere kanskje til fiskevaksine, så er det kjempemuligheter for bønder som vil bo i regionale strøk i Norge, forklarer hun.

Hva så med risikoen for spredning av genmodifiserte planter i norsk natur?

- Det er nesten ingen risiko for pollenspredning, for vi høster alle bladene før tobakksplantene setter frø. I tillegg er tobakksplanten selvpollinerende, og den kan ikke overvintre i Norge.

Selv om det i prinsippet er mulig, er ikke tiden moden for tobakksdyrking i Norge helt ennå. Liu Clarke understreker at det fortsatt er mange ubesvarte spørsmål.

- Det er mye forskning som står foran oss. Jo bedre vi blir kjent med plantene og rekombinant protein teknologi, desto bedre kan vi utnytte plantene til å produsere de ønskede stoffene.

KONTAKTPERSON
Oversikt over tobakksprosjekter

2015-2019 

NFR ENERGIX program: Bioboost: Development of a plant biotechnology platform for low cost production of industrial enzymes to boost biorefinery of lignocellulose biomass. Project leader: Jihong Liu Clarke.

 
2015-2018

ERA-NET: PlantVac Sustainable management of aquaculture fish health through the development of low cost plant-derived vaccines, using vaccines against salmon pancreas disease and viral haemorrhagic septicaemia as case studies. Project leader: Jihong Liu Clarke.

 
2014-2017

EEA Norway-Romania research project: DEVELOPMENT OF A COST EFFECTIVE ROMANIA-NORWAY JOINT PLANT-BASED TECHNOLOGY PLATFORM FOR PRODUCTION OF VACCINES AGAINST HUMAN HEPATITIS VIRUSES B (HBV) AND C (HCV). Project leader: Jihong Liu Clarke.

 
2014-2017

NFR Nano 2021 program: SaNoVac: Nanoparticle encapsulation of a plant-produced vaccine against piscine reovirus infection in salmon. Project leader: Prof. Øystein Evensen, NMBU. Jihong Liu Clarke is workpackage 2 (WP2) leader.

 
2009-2014

Project leader for “Expression and evaluation of envelope domain III-based experimental tetravalent dengue vaccine using a tobacco chloroplast expression system” a Research Council of Norway: Global Health and Vaccine Research (GLOBVAC) program funded project. Project leader: Jihong Liu Clarke.

 
2010-2014

Project leader for “Cost effective, environmentally- and health-friendly production of poinsettia” a Research Council of Norway, BIONÆR program financed project. Project leader: Jihong Liu Clarke.

 
2009-2011

Project leader for “Production of environmentally friendly transgenic poinsettia using SHI technology”, a project funded by University of Copenhagen, Denmark. Project leader: Jihong Liu Clarke. 

Tekst frå www.nibio.no kan brukast med tilvising til opphavskjelda. Bilete på www.nibio.no kan ikkje brukast utan samtykke frå kommunikasjonseininga. NIBIO har ikkje ansvar for innhald på eksterne nettstader som det er lenka til.