Fra biodiversitet til bæredygtige biologiske løsninger.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder
(læs originalartiklen her)
Af Søren Dalsgård Petersen, postdoc, og Jakob Blæsbjerg Hoof, lektor og leder af IBT Culture Collection, Institut for Bioteknologi og Biomedicin, DTU Bioengineering
Svampene står i første række, når det kommer til at finde biologiske løsninger på de udfordringer, vi mennesker står overfor, men i særdeleshed også i processer der kan skabe værdi for vores samfund. Den videnskabelige litteratur er spækket med eksempler på svampenes store potentiale og essentielle rolle i samspillet med hovedparten af træer og planter. Desværre er der heller ikke i svampenes verden langt fra samarbejde og symbiose til disharmoni og kamp på livet, da nogle svampearter har specialiseret sig i kolonisering af levende systemer med store ulemper eller den ultimative pris som resultatet deraf. Det er præcis forståelsen af denne dobbeltsidighed og hvordan vi skal navigere rundt imellem bioløsninger og sygdomsmekanismer, der gør IBT Culture Collection (IBTCC, IBT-samlingen) mere relevant end nogensinde.
IBT Culture Collections svampestammer
IBT-samlingen hører i dag til gruppen af verdens større samlinger af filamentøse svampe og gær. Siden 1988, hvor IBT-samlingen blev skabt af ansatte på det daværende Institut for Bioteknologi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) har mykologer, forskere, ansatte og studerende modtaget og indsamlet prøver, samt isoleret svampestammer, fra en bred vifte af habitater verden over (figur 1). IBT-samlingen nærmer i skrivende stund sig de 40.000 isolater fordelt på godt 1.700 svampearter, hvoraf der er flest fra rækken Sæksvampe (Ascomycota). I modsætning til en del andre svampesamlinger, der ofte fokuserer på størst mulig taksonomisk bredde, så prioriterer IBT-samlingen også dybden inden for arten, hvor det er muligt.
Det betyder, at vi ikke blot dokumenterer forskelle mellem arter, men også variationer inden for samme art. Individer inden for samme art har netop vist sig at variere meget i produktion af forskellige naturstoffer og enzymer, variere i deres evne til at kolonisere planter, eller undertrykke patogener. I hele svamperiget er indtil nu accepteret omkring 160.000 artsnavne, og det anslås, at der muligvis er op til 5 millioner svampearter på Jorden [1], alt efter hvilke kilder der bruges. Langt fra alle er det dog lykkedes at tæmme og dyrke til det fulde potentiale i laboratorierammer.
Forskningen og dataarven
IBT-samlingen er ikke blot et kælderarkiv over svampeisolater, men en aktiv ressource for forskning og innovation. Målet er, at hvert isolat skal være ledsaget af detaljerede data om oprindelse, morfologi, fysiologi og metaboliske egenskaber (figur 2), hvilket muliggør målrettet søgning efter svampe med specifikke funktioner – eksempelvis til biologisk bekæmpelse af plantesygdomme eller til valg af stammer til fremtidens fødevarer. Vi er i færd med en systematisk digitalisering, hvilket vil give forskere og virksomheder adgang og overblik over de omfattende data. Digitaliseringen omfatter blandt andet information om kemisk produktion samt årtiers systematisk dokumentation af blandt andet sporulation og svampevækst i håndskrevne noter (figur 3). Samlingen fik i 2023 sin egen hjemmeside, hvorfra det er muligt at lave søgninger og bestilling af kulturer og services i databasen [2].
Aftrykket på IBT-samlingen har over de snart fire årtier også vist sig at være påvirket af de forskningsaktiviteter, der har fundet sted på DTU-instituttet, som huser samlingen; det nuværende DTU Bioengineering. Samlingen blev etableret for at indsamle, opbevare og analysere svampekulturer inden for primært fødevarer og fødevaresikkerhed i forbindelse med mykotoksiner, samt produktion af biologisk aktive stoffer, for eksempel antibiotika. Siden da er den blevet udvidet til også at omfatte svampe inden for emner såsom indeklima, pigmenter, plantevævsnedbrydende enzymer, biologisk-kontrol organismer og fremtidens fermenterede fødevarer. IBT-samlingen havde desuden en hovedrolle i slægtssekventeringsprojektet for Aspergillus [3].
Derudover er IBT-samlingen i færd med at opbygge spændende tematiske delsamlinger, der, udover konkrete forskningsprojekter på instituttet, eksempelvis omfatter mikrosvampe fra jord i danske skove indsamlet i forbindelse med Silva Nova-projektet på Københavns Universitet [4], samt en omfattende DTU Campus Lyngby undersamling bestående af prøver fra 30 hold af ansatte, der deltog i et forhindringsløb.
Fremtidens samling bliver mere automatiseret
I de seneste fire år har det ambitiøse forskningsprojekt “Smarter AgroBiological Screening” (SABS) arbejdet for at gøre IBT-samlingen til en avanceret “high-throughput” screeningsplatform. Med en bevilling på 26 millioner kroner fra Innovationsfonden har DTU Bioengineering og agrovirksomheden FMC været forenet i jagten på biologiske løsninger til bekæmpelse af svampesygdomme på hvedeplantekulturer. I projektet har DTU’s ekspertise inden for mikrobiologi, genetik, metabolomics, automation og kunstig intelligens interageret med FMC’s dybe indsigt i plantebeskyttelse for at bane vejen for nye biologiske bekæmpelsesmidler. Dette har resulteret i, at en substantiel del af IBT-samlingen, både i artsdiversitet og isolatvariation inden for arter, er kultiverbare i 96-brønds mikrotiterbakker, hvilket muliggør et automatiseret robot-workflow.
Den kunstige intelligens udnyttes for eksempel også i udviklingen af billedbaseret genkendelse af skimmelsvampe til en mere pålidelig visuel identifikation på artsniveau (figur 4) [5]. Dette vil kunne medføre betydelige besparelser for kultursamlinger eller andre institutioner, der håndterer et stort antal svampe.
Afsluttende bemærkninger
IBTCC’s database er fuldt funktionel, men fortsat under udvikling, og vi arbejder kontinuert på at tilføje mere metadata, overblik over projekter og brugen af stammer i forskning, relevante protokoller, vores aktiviteter, samt styrke synligheden af IBT-samlingens arv med tydelig anerkendelse til de ansatte, der gennem årene har spillet en vigtig rolle i at løfte IBT-samlingen til det niveau, den er på i dag. Og rejsen er kun lige begyndt.
E-mail:
Jakob Blæsbjerg Hoof: jblni@dtu.dk
Referencer
1. Li, Y, Steenwyk, JL, Chang, Y, Wang, Y, James, TY, Stajich, JE, Spatafora, JW, Groenewald, M, Dunn, CW, Hittinger, CT, Shen, XX, Rokas, A. 2021. A genome-scale phylogeny of the kingdom Fungi. Curr Biol 31: 1653-1665.
2. https://dtu.bio-aware.com/.
3. https://genome.jgi.doe.gov/portal/Aspwhosequencing/Aspwhosequencing.info.html.
4. https://ign.ku.dk/english/silvanova/.
5. Mansourvar, M, Charylo, KR, Frandsen, RJN, Brewer, SS, Hoof, JB. 2025. Automated Fungal Identification with Deep Learning on Time-Lapse Images. Information 16 (2): 109.
6. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:02023R0915-20250101.
BOKS:
Naturstoffer
Naturstoffer går også under sekundære metabolitter, specialiserede metabolitter. Nogle af de sekundære metabolitter, der produceres af skimmelsvampe, kaldes for mykotoksiner; en kollektiv betegnelse af stoffer, der er giftige for mennesker og andre hvirveldyr. I skrivende stund består listen for overvågede og regulerede mykotoksiner fra European Food Safety Authority (EFSA) af i alt ni toksiner/toksinfamilier: aflatoksiner, ochratoksin A, patulin, deoxynivalenol (DON), fumonisiner, zearalenone, citrinin, ergot alkaloider, T-2/HT-2 toksiner [6]. Denne liste udvides sandsynligvis med tiden, i takt med at data og tests foretages på flere mykotoksiner.
