• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi07. 06. 2022 | Heidi Thode

Nu skal der brygges insektferomoner til bæredygtig afgrødebeskyttelse

Artikler fra Dansk KemiBioteknologi07. 06. 2022 By Heidi Thode

Kærlighed mellem insekter kan bruges til at bekæmpe dem.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Karolis Petkevicius, industriel ph.d.-studerende, the Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU, BioPhero ApS

Skader på afgrøder forårsaget af skadedyr er et stort problem i landbruget. I øjeblikket er de mest populære løsninger baseret på brugen af kemiske insekticider eller genetisk modificerede planter, som er modstandsdygtige over for skadedyr. I de senere år er opmærksomheden dog øget omkring disse strategiers ulemper. Skadedyr udvikler resistens over for insekticider og genetisk modificerede afgrøder, hvilket gør metoderne mindre effektive over tid. Derudover mangler insekticider specificitet, hvilket betyder, at de kan have toksiske virkninger på mennesker og gavnlige insekter såsom bier.
Da konventionelle strategier forårsager en række problemer, er der brug for alternativer. Feromoner, som naturligt produceres af forskellige insektarter, repræsenterer et sundheds- og miljøvenligt alternativ. Feromoner er attraktive, fordi de er biologisk nedbrydelige, artsspecifikke forbindelser, som hverken skader gavnlige arter eller mennesker. Feromoner gør det muligt at dyrke afgrøder på en mere uskadelig og bæredygtig måde.

Mere end 60 års kemisk detektivarbejde ligger bag feromoner
Feromoner spiller en fundamental rolle i insektkommunikation. Disse metabolitter frigives af hunner for at tiltrække beslægtede hanner til reproduktion. Hannerne kan fornemme signalet og finde frem til hunnen for at parre sig. Det smukke ved dette kommunikationssystem ligger i dets specificitet. Evolutionen har gjort insekter i stand til at udsende og skelne artsspecifikke signaler. Denne “præcisionskemi” muliggør kommunikation mellem modsatte køn af samme insektart og sikrer selektivitet [1].
Reproduktionssystemer baseret på feromonsignaler har fungeret som inspiration for avancerede skadedyrsbekæmpelsesstrategier. En af de mest effektive løsninger kaldes parringsforstyrrelse – en proces, hvor insekternes sexferomoner frigives i marken for at forvirre hannerne og forhindre dem i at finde hunner. Som følge heraf lægges der ingen æg, der udvikler sig til larver, som er hovedbidragsydere til afgrødeskader.
Det første kemisk karakteriserede insekt-sexferomon kommer fra silkeorm Bombyx mori og kaldes bombykol ((10E,12Z)-Hexadeca-10,12-dien-1-ol). Siden opdagelsen af bombykol i 1959 er der blevet udført feromonkirtelanalyse af mange møl af økonomisk betydning i landbruget. Eksempler omfatter hærlarve (Spodoptera frugiperda), bomuldsorm (Helicoverpa armigera) og kålmøl (Plutella xylostella). Udredningen involverer udskæring af feromonkirtlen fra spidsen af bagkroppen efterfulgt af ekstraktion af metabolitter med organiske opløsningsmidler. Ekstrakterne analyseres ved gaskromatografi-massespektrometri for at bestemme strukturen af feromonerne.
Analyse af feromonkirtler fra forskellige insekter har identificeret visse fælles strukturelle træk ved disse metabolitter. De fleste møl-sexferomoner er alifatiske alkoholer, aldehyder eller acetater med kæder på 10-18 kulstofatomer og en til tre dobbeltbindinger [1]. Ved at kombinere forskellige kædelængder, funktionelle grupper samt antal og position af dobbeltbindinger skabes der mulighed for en bred vifte af feromonstrukturer.

Bioteknologi revolutionerer produktionen af feromoner
Kortlægningen af feromonstrukturer har givet indsigt i, hvordan disse forbindelser biosyntetiseres i insekter, og kontinuerlige fremskridt inden for DNA-sekventeringsteknologi har gjort det muligt at identificere gen-kandidater og enzymer, som er ansvarlige for feromonproduktion.
Indtil videre er der størst viden om fedt-acyl-CoA-desaturaser (FAD’er) og fedt-acyl-CoA-reduktaser (FAR’er). Begge typer enzymer virker på fedtsyrer esterificeret med coenzym A (substrater). FAD’er introducerer en dobbeltbinding i kulbrintekæden, mens FAR’er omdanner fedt-acyl-CoA’ere til tilsvarende alkoholer [2]. Bortset fra desaturation og reduktion foreslås andre reaktioner såsom fedtsyrekædeforkortning, alkoholoxidering og acetylering at være involveret i feromonbiosyntese, men enzymerne, der udfører disse opgaver, kræver stadig mere udforskning.
Afhængigt af kildeorganismen er FAD’er og FAR’er kendt for at have forskellige substratspecificiteter. For eksempel virker en FAD kaldet Atrd11 fra navleappelsinorm (Amyelois transitella) udelukkende på palmitoyl-CoA (C16 fedtsyre) og introducerer en dobbeltbinding i position 11, mens en anden FAD fra æblevikler (Cydia pomonella) virker på lauroyl-CoA (C12 fedtsyre) og introducerer to dobbeltbindinger ved position 8 og 10 [3,4] (figur 1). På samme måde kan FAR’er have forskellige præferencer over for fedtsyrer af forskellig længde. Denne selektivitet gør det muligt for insekter at biosyntetisere deres feromoner med et meget højt niveau af præcision.

Gær kan bruges til at brygge feromoner
Den hurtige udvikling inden for syntetisk biologi har gjort det muligt at udnytte mikroorganismer til biobaseret produktion af relevante produkter. For eksempel kan genetiske elementer fra insekter indsættes i gær for derved at kunne producere insektferomoner (figur 2). Denne bioteknologiske tilgang benyttes af den danske virksomhed BioPhero, som har til formål at levere miljøvenlige løsninger til skadedyrsbekæmpelse. Virksomheden kan nærmest siges at brygge feromoner i stedet for øl, på samme måde som Novo Nordisk producerer insulin. 
Sammenlignet med traditionel kemisk syntese har bioteknologisk gærbaseret produktion flere vigtige fordele. For det første bruges billige, genanvendte råvarer såsom sukkerarter eller glycerol i stedet for dyre, fossil-afledte kemikalier. For det andet involverer den bioteknologiske produktion typisk en enkelttrins biokonvertering med levende celler som eneste katalysator. I nogle tilfælde viderebehandles fermenteringsprodukterne yderligere via et eller to kemiske trin. I modsætning hertil involverer kemisk syntese af insektferomoner typisk flere trin, som er afhængige af kemiske katalysatorer. Da bioteknologisk produktion desuden anvender biosyntetiske insektenzymer, er det muligt at opnå en produktprofil, der svarer til den, der naturligt produceres i feromonkirtler fra specifikke insekter.
For at opnå et højt udbytte ved bioproduktion af insektferomoner skal ikke kun korrekte genetiske elementer fra insekter benyttes. Den naturlige gærmetabolisme skal også justeres. Et højt udbytte kan opnås ved at eliminere metaboliske processer, som nedbryder målprodukter, eller ved at øge metabolitstrømmen mod forbindelser, der tjener som substrater for feromonproducerende enzymer. Kombination af aktive og meget selektive insektenzymer sammen med korrekt afstemt gærmetabolisme kan give en effektiv, bæredygtig og omkostningseffektiv biofremstillingsproces [3].

Perspektiver for gærfermentering i fremtiden
Øget resistens over for genetisk modificerede afgrøder og insekticider med yderligere negativ indvirkning på miljøet er stærkt motiverende for at udvikle alternative tilgange til skadedyrsbekæmpelse. Gær kan som beskrevet udgøre platformen for bæredygtig og kommercielt anvendelig produktion af insektferomoner. En sådan platform er i princippet uendelig skalerbar i forhold til produktion af nye typer af feromoner.
Indtil videre er gærfermentering blevet brugt til at fremstille feromoner til skadedyrsbekæmpelse i markafgrøder såsom ris, bomuld og majs [3,5] (figur 3). Det er en stor bedrift, idet insektferomoner fremstillet ved kemisk syntese er for bekostelige at bruge i stordriftsafhængige markafgrøder. Men der er også behov for at etablere bioteknologisk produktion af feromoner til beskyttelse af højværdi-afgrøder såsom vin og forskellige frugter for at efterkomme forbrugernes ønske om en reduktion af pesticidrester i frugt og grønt.
I fremtiden vil den beskrevne biobaserede teknologi drage stor fordel af grundforskning, der sigter mod at afsløre andre egnede gen-kandidater fra insekter, og forsøg på at strømline den naturlige gærmetabolisme.
Dette arbejde har modtaget støtte fra Innovationsfonden [8053-00179B] samt fra EU’s støtteprogram for forskning og innovation – Horizon 2020 [760798, 886662].

E-mail:
Karolis Petkevicius: karolis@biophero.com

Referencer
1. Ando T., Inomata S., Yamamoto M.: Lepidopteran sex pheromones. In The Chemistry of Pheromones and Other Semiochemicals I. Edited by Schulz S. Berlin, Heidelberg: Springer; 2004: 51-96.
2. Tupec M., Buček A., Valterová I., Pichová I.: Biotechnological potential of insect fatty acid-modifying enzymes. Zeitschrift für Naturforschung – Sect C J Biosci 2017, 72:387-403.
3. Holkenbrink C., Ding B.J., Wang H.L., Borodina I., et al.: Production of moth sex pheromones for pest control by yeast fermentation. Metabolic Engineering 2020 Nov;62:312-321.
4. Lassance J.M., Ding B.J., Löfstedt C. Evolution of the codling moth pheromone via an ancient gene duplication. BMC Biology 2021, 19, 83
5. Petkevicius K., Koutsoumpeli E., Betsi P.C., Borodina I., et al.: Biotechnological production of the European corn borer sex pheromone in the yeast Yarrowia lipolytica. Biotechnology Journal. 2021 Jun;16(6):e2100004

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Bioteknologi

Seneste nyt fra redaktionen

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemiTop23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø26. 05. 2025

Kontinuerlige, kvalitetssikrede målinger af kemiske, fysiske og biologiske miljøparametre giver uundværlig information. Det gælder også for Grønland. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

AktueltAnalytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Dette er, hvad der sker, når batterier bryder i brand

  • MD Scientific

    Ny generation af LENS MALS-detektorer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions præsenterer den intelligente TYR PLUS kapselblæser

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    Laboranter er nysgerrige på ny teknik

  • DENIOS ApS

    Sådan udnytter du den stille periode i sommerferien

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Sommer vedligeholdelsestips til din vakuumpumpe: 6 gode anbefalinger

  • DENIOS ApS

    Så er det sidste chance

  • DENIOS ApS

    Sikker tøndehåndtering starter her

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays Aarhus 2025 – SOLD OUT

  • Holm & Halby

    VidensDage’25 hos Holm og Halby: Faglig fordybelse og teknologisk indsigt i højsædet

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik