Wallenberg Scholars

Livets egen ingenjör gör bränsle av jäst

De senaste åren har forskare kartlagt livet ner till molekylnivå. Nu kommer nästa revolutionerande steg. I avancerade datorprogram skapar systembiologer en ny helhetsbild av allt levande. Något som ligger till grund för små, gröna kemifabriker som kan ge oss framtidens biobränslen, mediciner och livsmedel.

Kvinna som pipetterar i dragskåp

Idag finns väldiga databaser med långa listor över människans 20 000 gener, alla tre miljarder enheter i vårt dna och många av kroppens minsta byggstenar, proteinerna. Motsvarande uppgifter finns även om ett stort antal djur, växter och mikroorganismer. En kartläggning av detaljer, som först nu kan omsättas till meningsfull kunskap om livets grundläggande mysterier.

Jens Nielsen är professor i mikrobiell bioteknik och systembiologi vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg. Hans forskargrupp använder jäst som modellsystem. Modellen över jästcellens liv är enormt komplex, och man kan använda den för att designa cellfabriker som kan tillverka bland annat biobränslen, parfymer och livsmedel. Modellen är också användbar i medicinskt syfte för att förstå de stora folksjukdomarna.

– Datorprogrammen är helt centrala. Där kan vi testa grundläggande frågeställningar och få fram resultat, som i nästa skede testas i verkliga experiment på laboratoriet, säger Jens Nielsen.

Jäst ersätter olja

Hetast just nu är tillverkningen av biodiesel. Det är nästa generations biobränsle, och redan inom tio år tror Jens Nielsen att han själv kommer att åka i en bil tankad med detta drivmedel.

– Vi lär oss om bränsleegenskaper som redan finns i olja och använder detta till att designa nya jästceller med hjälp av jästmodellerna. Nu har vi tagit gener från bakterier som för miljoner år sedan kunde skapa olja i underjorden. Denna skräddarsydda gensekvens sätter vi in i jästen och använder den för att tillverka biodiesel.

Än så länge är allt i liten skala, men tanken är att effektivisera tekniken för att nå storskalig produktion. Det blir den tredje generationens biobränsle efter etanol baserat på socker, vete eller majs och träprodukter.

– Vi hoppas att vårt koncept ska bli användbart även för flyg och lastbilar, som dagens etanolbaserade bränslen inte klarar av. Det här är högintressant forskning för världens stora energibolag och vi är glada att kunna bidra till ett mer hållbart samhälle, säger Jens Nielsen.

Förstå de stora folksjukdomarna

Jästcellerna bidrar också till att förstå komplexa folksjukdomar som cancer, diabetes och hjärt- och kärlbesvär. Det är sjukdomar som inte orsakas av enstaka ”felande” gener, utan snarare beror på en obalans mellan ett stort antal gener och olika miljöfaktorer. Med jästen som modellsystem kan man börja kartlägga sjukdomsmekanismer som idag är fördolda.

– Visionen är att finna effektivare medicinska behandlingar, men också att nå fram till alltmer förebyggande hälsovård. Det finns även en viktig ekonomisk aspekt, eftersom samhällskostnaderna för vård och hälsa redan idag är enorma och väntas öka, säger Jens Nielsen.

Kartlägger fetma

Bland annat pågår ett samarbete med fetmaforskaren Lena Carlsson på Sahlgrenska universitetssjukhuset. I projektet analyseras hur fettvävnad ser ut hos överviktiga jämfört med normalviktiga personer. Precis som i fallet med biodiesel går det även här att använda jästen som modell för att studera lipidmetabolismen, fettcellernas ämnesomsättning.

Det handlar om att förstå hur förändringar i metabolismen påverkar vävnaderna, hur sjukdomar utvecklas i vävnaderna och hur olika livsmedel påverkar människans metabolism. I förlängningen blir det kanske möjligt att förutsäga vilka människor som riskerar att bli allvarligt sjuka av sin fetma.

Men fettceller är bara början. Jens Nielsen vill systematiskt gå igenom människokroppens viktigaste vävnader, och utarbeta modeller för till exempel lever, muskler, hjärnceller och vår tarmflora. Det är något som ger hopp om skräddarsydda behandlingar och möjligheten att kunna förutsäga sjukdomar i framtiden.

"Det är ett helt fantastiskt anslag med en katalytisk effekt. Pengarna är särskilt värdefulla eftersom de är fria och därmed möjliggör och sätter igång nya initiativ som skulle vara svåra att få medel till på andra sätt. Den status som Wallenberg Scholar har får också betydelse i andra sammanhang, när man söker medel från forskningsråd och internationellt inom EU."

Det bästa av två världar

Jens Nielsen började sin karriär som ingenjör och forskare på Danmarks Tekniske Universitet, men hade egentligen inte tänkt bli akademisk forskare. För några år sedan värvades han som professor till Chalmers och nu anser han sig ha det bästa av två världar.

– Det är fantastiskt att kunna bidra med ingenjörsmässiga infallsvinklar på till exempel medicinska problem. Dessutom befinner vi oss i en spännande skärningspunkt mellan grundforskning och kommersiella möjligheter. Men jag brukar säga till mina doktorander att nya patent är en biprodukt. Vi ska vara öppna för att låta laboratorieresultaten bli användbara i verkligheten, men det måste vara vetenskap och samhällsutveckling som driver forskningen.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström