Når man kan se cellens processer

Den vigtigste proces på kloden er nu blevet fotograferet i hidtil usete detaljer, mens den foregår. Det øger forståelsen af processen og giver os måske mulighed for at lave helt CO2-neutral energi.

Fotosyntesen bliver ofte kaldt den vigtigste biologiske proces på jorden. Det er den, der omdanner sollyset til biologisk brugbar energi og dermed udgør grundlaget for næsten alt liv på jorden. Alligevel er der mange ting, man ikke ved om fotosyntesen.
Nu er det imidlertid lykkedes for en gruppe forskere fra Arizona State University og National Sandia Laboratories at tage de første billeder af fotosyntesen, mens den foregår i levende cyanobakterier. Ingeniøren har talt med professor i molekylær biologi Wim Vermaas, som ledede gruppen.
– Cyanobakterierne er ansvarlig for omkring en trediedel af CO2-fixeringen på kloden, men vi har indtil for nylig så godt som intet vidst om dem – forklarer Vermaas – De er for små til normal analyse, men det er lykkedes os at gennembryde den grænse.
De cyanobakterier, som Vermaas taler om, kaldes også blågrønalger. De er blevet fundet i op til tre milliarder år gamle aflejringer, og det er deres fotosyntese, der har omdannet kloden til et sted, hvor vi kan leve. Vermaas håber, at hans forskning kan give et gennembrud i forståelsen af blågrønalger og prokaryoter i det hele taget – prokaryoter er hele gruppen af primitive encellede organismer uden cellekerner.

Blågrønalgerne er ekstremt små. De er kun omkring fire gange bølgelængden af synligt lys, så de er umulige at se nærmere på med de fleste mikroskopiteknikker.
Teknologien, som Vermaas bruger, hedder hyperspectral confocal fluorescence imaging, og den giver en langt højere opløsning. Den udnytter, at der i fotosyntesen indgår tre grupper af pigmenter nemlig klorofyler, phycobiliner og carotenoider. Carotenoider kender vi som det orange farvestof i gulerødder. Disse pigmenter har den særlige egenskab, at de bliver fluorescerende på én bestemt bølgelængde, hvis de aktiveres af en kraftig laserstråle.
Derfor kan Vermaas og hans kolleger tage billeder af pigmenterne, det såkaldte fluorescence imaging. Metoden har været kendt i mange år, men det særlige ved deres metode er det hyperspektrale. Det betyder nemlig, at de kan optage det fluoscerende lys fra mange forskellige bølgelængder samtidig – faktisk kan de optage lyset fra alle pigmenterne i fotosyntesen på en gang.
Samtidig kan undersøgelsen udføres på levende bakterier uden at skade dem. På den måde kan de få et dynamisk billede af alle fotosyntesens elementer, mens den foregår.

Vermaas forsøg er i princippet kun det første forsøg, der beviser, at teknologien kan bruges. Men det har allerede givet ét yderst interessant resultat. Man har længe vidst, at der er to forskellige fotosyntetiske processer i cellen.
Billederne fra Vermaas’ forsøg viser, at de to processer findes to forskellige steder i cellen – den ene i kanten af cellen og den anden i centrum. En oplysning, som Vermaas håber kan bidrage til en større forståelse af cellens struktur. Det skulle for eksempel gerne gøre det lettere at lave interessante genetiske ændringer.

Lektor Poul Erik Jensen, der arbejder med lignende problemstillinger på Plantebiokemisk Laboratorium ved Københavns Universitet er imponeret af Vermaas’ forsøg:
– Det er et elegant stykke arbejde på forkanten af, hvad der er teknisk muligt. Det er en del af et utroligt vigtigt arbejde med at forstå cellens funktioner uforstyrret af den teknologi, man undersøger den med – forklarer han.

I første omgang kan man kun bruge det til at forstå fotosyntesen, forklarer Wim Vermaas, men det er ikke så svært at bruge det til at undersøge mange andre processer i cellen. Det er nemlig muligt at lave en smule om på cellens molekyler ved at koble en bid pigment til de proteiner, som deltager i processerne.
Det er en allerede kendt teknik, som man tidligere har brugt til at følge et enkelt protein i en proces. Det spændende er, at med det hyperspektrale billede, som Vermaas bruger, er det muligt at koble forskellige pigmenter til forskellige dele af processen. Dem kan man så iagttage samtidig og på den måde se flere eller alle dele af en dynamisk proces i én celle.

Vermaas håber også, at hans forsøg får betydning for fremtidens energiforskning. Både Wim Vermaas og Poul Erik Jensen arbejder nemlig med, hvordan man kan omkode cyanobakteriernes fotosyntese, så de kan lave biobrændstoffer.

Wim Vermaas har allerede en forsøgsopstilling, der laver diesel af CO2, vand og sollys:
– Diesel er det letteste at lave. Vi har i øjeblikket en forsøgsopstilling sponsoreret af BP – forklarer Vermaas – hvis den fungerer tilfredsstillende, så er næste fase en opgradering til et større anlæg ved et kraftværk, som skal levere CO2 til processen.
En stor del af de biologiske problemer ved den proces er allerede løst. Nu drejer det sig mere om de praktiske problemer med at dyrke bakterierne og høste – ikke diesel, men lipider, der kan crackes til diesel fuldstændig som råolie.
Det spændende ved denne proces er, at bakterierne ser ud til at kunne være op til tredive gange mere effektive end de planter, man normalt bruger til biofuel. Vermaas regner med, at en kvadratmeter algesuppe kan producere omkring fyrre gram lipider om dagen. Det svarer til, at et areal som en dansk parcelhushave ville kunne levere omkring femten tons lipider om året eller – løseligt anslået – nok til at dække fire personers totale energiforbrug.

Det mest spændende er imidlertid at omkode cyanobakterierne til at lave brint i stedet for lipider. Der er mange problemer i det og væsentlige problemer i at håndtere den resulterende brint, men Vermaas tror på det:
– Jeg vil nødig forudsige, hvornår det kan ske, for der er nogle ukendte problemer i processen. Men jeg tror på, at det kan lade sig gøre. Mit gæt er, at der kan være en proces oppe at køre indenfor måske tyve år – siger han.
Hvis det lykkedes, har vi en meget billig energikilde, der både er decentral, ikke forurenende og helt CO2-neutral.

Bragt i Ugebladet Ingeniøren 33/2008

Skriv et svar

Udfyld dine oplysninger nedenfor eller klik på et ikon for at logge ind:

WordPress.com Logo

Du kommenterer med din WordPress.com konto. Log Out / Skift )

Twitter picture

Du kommenterer med din Twitter konto. Log Out / Skift )

Facebook photo

Du kommenterer med din Facebook konto. Log Out / Skift )

Google+ photo

Du kommenterer med din Google+ konto. Log Out / Skift )

Connecting to %s