Tre nye studier viser at genteknologi kan ha potensiale for å redusere klimautslipp.

Av Sigrid Bratlie Thoresen

Klimaendringer som følge av CO2-utslipp er en av vår tids største globale utfordringer. Selv om det norske landbruket har redusert utslippene de senere årene, er landbruket på verdensbasis en betydelig kilde til CO2-utslipp. Samtidig må matproduksjonen ifølge FN øke med 70 prosent innen 2050 for å brødfø en stadig økende global befolkning. Utfordringen er å derfor å utvikle et landbruk som kan produsere mest mulig mat med et så lite klimaavtrykk som mulig.

Tre nye studier har brukt genteknologi til å utvikle nye, lovende og klimavennlige metoder for å øke omdanningen av CO2 til biomasse. To av studiene bruker genmodifisering for å effektivisere fotosyntesen, den kjemiske prosessen i planter og enkelte mikroorganismer der energien fra sollys brukes til å omdanne vann og CO2 til sukker og oksygen. Den tredje studien viser en helt ny genteknologisk metode for å «fange» CO2 så den kan omdannes til biomasse eller brukes til å lage dyrefôr. Disse studiene viser også hvor sentral bioteknologi kan bli i å utvikle en bioøkonomi og bidra til et grønt skifte. Her er hovedfunnene i de tre artiklene:

Mer mat i hveteplanter

Hvete er verdens tredje mest produserte kornsort, bak mais og ris, og står for rundt en femtedel av kaloriene som konsumeres globalt. Imidlertid har ikke tradisjonell planteforedling lyktes med å øke produktiviteten i hveteplantene de senere årene. I drivhusene på britiske Rothamsted, verdens eldste institutt for landbruksforskning, vokser imidlertid en helt spesiell hvetesort. Den har blitt genmodifisert for å effektivisere fotosyntesen, og dermed øke produktiviteten.

Fotosyntesen omdanner CO2 i en serie biokjemiske reaksjoner som katalyseres av enzymer (proteiner som forårsaker en kjemisk reaksjon uten selv å bli brutt ned). Ved å tilføre gener som lager mer av ett av disse enzymene, ble hele prosessen mye mer effektiv. Faktisk fungerer systemet bedre jo høyere det atmosfæriske nivået av CO2 er. I testplantene økte produktiviteten med opptil 20 prosent, et oppsiktsvekkende resultat. Nå har forskerne søkt om tillatelse til å starte feltforsøk, med planlagt oppstart til våren. Mens de venter på godkjenning har forskerne en aktiv samfunnsdialog som en del av prosjektet, for å bidra til åpenhet og informasjon rundt bruken av GMO.

Skrur på fotosyntesen raskere

På den andre siden av Atlanteren, nærmere bestemt ved universitetet i Illinois i USA, har en forskningsgruppe nylig funnet en annen måte å bruke genmodifisering til å øke fotosyntesen.

Hvis planter får for mye sollys, skrur de ned fotosyntesen slik at energien slippes ut som varme i stedet for å omdannes til biomasse. Når planten kommer i skyggen, tar det tid før fotosyntesen blir skrudd opp igjen. Ved å sette inn gener fra planten vårskrinneblom, som gjør denne oppreguleringsprosessen raskere, klarte forskerne å få en tobakksplante til å produsere opptil 20 prosent mer biomasse i feltforsøk. Tobakksplanten var kun brukt som en eksperimentell modell, siden den er enkel å genmodifisere. Planen er å overføre konseptet til plantesorter som brukes i matproduksjon, som korn. Det gjenstår å se om dette gir like stor økning i produktiviteten, men siden den biologiske prosessen med å skru opp og ned fotosyntesen er universell i planter, er forskerne optimistiske. Studien ble publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Science i november i år, og er finansiert av Bill and Melinda Gates Foundation, som jobber med globale helse- og utviklingsspørsmål.

Begge de to ovennevnte studiene viser at det potensielt ligger store gevinster i å forbedre fotosyntesen i planter. Effektivisering av produksjonen vil ikke bare hjelpe til med å skaffe mer mat med færre innsatsfaktorer og redusert klimaavtrykk, men kan også frigjøre landarealer som kan brukes til lagring av CO2, for eksempel ved planting av skog. Imidlertid er det usikkert hvor effektive slike lagringsstrategier vil være, og om de vil kunne fjerne tilstrekkelig CO2 fra atmosfæren for å reversere den globale oppvarmingen. Slik fjerning av CO2 fra atmosfæren er temaet for den siste av de tre artiklene.

Kunstig karbonfiksering

Det finnes seks naturlige prosesser som omdanner CO2 til biomasse ved såkalt karbonfiksering. I tillegg til fotosyntese i planter og alger, finnes også andre systemer blant annet i bakterier der det benyttes andre energikilder enn sollys. Likevel har disse naturlige prosessene begrenset effektivitet, og klarer ikke holde tritt med det økende CO2-nivået i atmosfæren.

Nå har forskere ved det tyske Max Planck-instituttet laget en helt ny og kunstig karbonfikseringsprosess som omdanner CO2 til organiske molekyler, mer effektivt enn den naturlige fotosyntesen. Gjennom en trinnvis, logisk tilnærming bygget de prosessen opp fra bunnen ved hjelp av genteknologi. Først lette de seg gjennom databaser over naturlig forekommende enzymer fra en rekke organismer, og valgte ut dem som hadde de riktige egenskapene. Der naturen selv kom til kort, designet de egne, syntetiske enzymer i laboratoriet. Den endelige versjonen av prosessen, som de har kalt CETCH 5.4, er satt sammen av enzymer fra både planter, mennesker og bakterier, i tillegg til syntetiske enzymer. Effektiviteten i omdanningen av CO2 til organiske molekyler var mange ganger høyere enn ved Crebs-syklusen, prosessen som står for 90 prosent av naturlig karbonfiksering. Også denne studien er publisert i Science.

Dette er et eksempel på hvordan kunnskap innhentet gjennom mange års grunnforskning i molekylærbiologi kan brukes til nyttige formål i anvendt bioteknologi. Fortsatt trengs mye forskning og utvikling før dette kan bli et kommersielt levedyktig strategi. Hovedutfordringen er at prosessen krever mye energi, noe som gjør den kostbar. Man må derfor finne rimelige måter å tilføre energi på. Alternativt må man få prosessen til å fungere i planter eller andre organismer som kan absorbere CO2 og nyttiggjøre seg av sollys eller andre naturlige energikilder.

Hva er betydningen?

Det gjenstår mye før vi kan si sikkert om noen av disse tre metodene fungerer i praksis når man prøver å skalere dem opp fra laboratorier og forsøksfelt til storskala landbruk. Og ingen enkelt teknologi eller strategi vil alene kunne løse klimaproblemene. En bred tilnærming der teknologi og helhetlig landbrukspraksis integreres er nødvendig. Men dersom noen av disse metodene viser seg å fungere i stor skala, har de potensiale til å virkelig gjøre en forskjell.