Mos gemmer på en verden af muligheder. Det ved Henrik Toft Simonsen, der har udviklet en metode til at optimere mosset Physcomitrella patens’ produktion af duftende sesquiterpenoider. Og forrige år startede han virksomheden Mosspiration Biotech IVS, der bl.a. producerer mos-terrarier til det amerikanske marked.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 11, 2017 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Af Katrine Meyn
Henrik Toft Simonsen fik øjnene op for mos, da han i 2008 delte kontor med Christina Lunde. Det var nemlig hende, der foreslog ham at arbejde med mos, og ideen tiltalte ham.
– Jeg så med det samme en masse muligheder. Mosser er strukturelt simple planter, men samtidigt er de kemisk komplekse, hvorfor de er velegnede at genmodificere, fortæller lektor på DTU Henrik Toft Simonsen og fortsætter:
– Ét gen, et enzym og en simpel transformationsteknologi, og man kan indsætte genet helt specifikt, hvor i genomet man ønsker.
Firmenich kommer på banen
Henrik Toft Simonsens indledende arbejde med mos gik ikke upåagtet hen, og i 2010 blev der skabt kontakt til det schweiziske firma Firmenich. Firmenich er med en årsomsætning på 10 mia. kr. en af verdens største parfumeproducenter. De ønskede at satse på bioteknologisk udvikling af en række af de duftstoffer, de bruger i deres produkter. Duftstoffer er dyre, og en række af de nødvendige planter til duftproduktionen er ved at forsvinde fra naturen. Det gælder eksempelvis de essentielle olier af patchouli og sandeltræ.
Netop det faktum, at mos producerer en række duftstoffer, en produktion som kan optimeres vha. gensplejsning, gjorde det til et spændende forskningsområde for virksomheden. Derfor valgte Firmenich at finansiere to ph.d.-studerende, der skulle arbejde med duften patchoulol og derefter sandeltræsolie.
-Vi fokuserede i første omgang på patchoulol, da biosyntesen for sandeltræsolie ikke var klarlagt på dette tidspunkt, forklarer Henrik Toft Simonsen.
Indsættelse af gen – transformationsteknologi
– Vi valgte at arbejde med mossen Physcomitrella patens, der kan dyrkes i sterile væskekulturer. Den gror let uden behov for phytohormoner, vitaminer eller en kulstofkilde. Den producerer naturligt terpenoider, og så er genomet fuldstændig sekvenseret.
Efter lidt tid lykkedes det os med hjælp af homolog recombination at indsætte en række DNA-fragmenter i P. patens. Det indledende arbejde førte også til, at vi udviklede en teknologi, så vi kunne sætte mange gener ind på én gang.
Det resulterede bl.a. i, at vi havde en patchoulol-linje, der duftede dejligt. Vi havde også en linje, der kunne producere β-santalen, så dermed havde vi det første trin i vores sandeltræsolie-linje.
2. og 3. trin har vi endnu ikke sat ind pga. udfordringer med patenter, sekvenser og hvem der ejer hvad. Men vi kan hurtigt gøre det, hvis det bliver aktuelt. Vi er sikre på, at vi kan lave disse olier i relativt store mængder.
Øget væksthastighed er essentiel
– I 2013-14 begyndte vi at arbejde med at øge celleudbyttet og cellernes væksthastighed. Mosser har en fordoblingshastighed på omkring 40 timer. Til sammenligning har gær en fordoblingshastighed på ca. to timer. Så langt kommer man aldrig ned med planteceller, der først skal have kopieret hele genomet, som er væsentligt større end i en gærcelle, men det er alligevel lykkedes os at komme ned på omkring 30 timer – uden at skære i genomet, siger han. Det næste bliver så at fjerne store dele af genomet, så cellen bliver mere strømlinet og tilpasset til vores brug.
At have duftstofferne det rette sted
Grønkorn i planteceller er gode biosyntetiske platforme til kemisk produktion. Men flere aspekter skal optimeres, før man kan udvikle en konkurrencedygtig produktion. Duftstofferne er fedtopløselige og vil gerne ud af cellen eller sætte sig i membranen. Det er nu lykkedes at holde duftstofferne inde i cellerne ved at sætte PTS (patchoulol syntasen) fast på en ny og ekstra kopi af oleosin (protein i cellemembranen). Dette betyder, at vi opnår flere lipidkugler (kugler) i cellen, da en øget mængde oleosin medfører dette og dernæst en produktion patchoulol. Grundet stoffets fedtopløselighed smutter det så ind i lipidkuglerne.
Det har betydet, at udbyttet af patchoulol efterfølgende er forøget 5-10 gange. Sideløbende er det lykkedes at opformere antallet af lipidkugler i cellen fra ca. 10 til hundredevis.
– Det er vores teori, at hvis vi kan få endnu flere enzymer til at binde til andre af cellens lipidkugleproteiner, så kan vi fange endnu mere duftstof inde i lipidkuglerne, siger Henrik Toft Simonsen.
Efterfølgende kan man industrielt slå cellerne i stykker, hvorved der opstår to faser, hvorfra fedtfasen med duftstoffer let kan ekstraheres (den øverste).
Teknologien er patenteret. Det vil ændre måden, man kan udnytte denne type planteceller på. Ikke kun for mosser, men også for andre planter. Lige nu arbejdes der i størrelsesordenen 2-10 ml. Næste trin er at opskalere processen til omkring 10 liter.
Mos-terrarier til det amerikanske marked
Et tilfældigt møde med Antony Evans, direktør for den amerikanske biotekvirksomhed TAXA Biotechnologies, blev startskuddet til iværksættervirksomheden Mosspiration Biotech. Her produceres der duftlinjer til mos-terrarier, der efterfølgende sælges i USA.
– Mos-terrarier sælger godt i USA, hvor de også har en stor tradition med at bruge duftrensere. Vi har kaldt produktet Orbella, og det er udviklet til det amerikanske marked. Indtil nu har vi udviklet tre forskellige dufte: patchoulol, linalol – en blomsteragtig duft og geraniol – der er en citrusagtig duft.
Ideen med mos-terrarier er, at de pynter, samtidig med at man undgår brug af bærestoffer og releasestoffer, som der er mange af i almindelige duftfriskere, fortæller Henrik Toft Simonsen.
– Vores primære fokus lige nu er at skaffe midler og at opskalere fra små mængder til store mængder op til 50-100 liter. Samtidigt arbejder vi med at få cellerne til at producere mere intense citrusagtige dufte, som alle forbinder med renhed.
Målet er at kunne sende 1-2 nye mos-linjer afsted til USA om måneden.
Physcomitrella patens
Physcomitrella patens er blevet brugt som mål for studier i planteevolution, udvikling og fysiologi i mere end 40 år, inklusive en hel genom-sekvens. P. patens bruges allerede i bioteknologi til sikker produktion af komplekse biofarmaceutika og duftproduktion. Et eksempel er produktionen af humant faktor H.