Cocktail av enzymer bryter ned bein

Hvorfor er det å legge ut beinbiter på havbunnen så viktig?

Jo, forskernes hypotese har vært at beinbitene tiltrekker seg organismer i havet som har de riktige enzymene til å bryte ned beinmasse.

Det skulle vise seg å være en riktig antakelse.

Nå legger NORCE-forskere og internasjonale kolleger fram spennende resultater av enzymjakten i tidsskriftet Computational and Structural Biotechnology Journal.

I en bærekraftig sirkulær bioøkonomi er nye og bedre produkter med høy verdi - laget av proteinrikt restråstoff fra kjøtt- og fjørfe - noe industrien gjerne ønsker å tilby.

Det finnes allerede en del kommersielt tilgjengelige enzymer for nye prosesser som kan bryte ned beinmasse. Men: industrien jakter stadig på nye naturlige enzymer som kan gjøre jobben med å bryte ned bein enda bedre.

Nå kan denne jakten være i ferd med å gi resultater.

Unikt enzymbrygg, viser forskernes funn

– Etter en rekke undersøkelser har vi lyktes med å sette sammen en unik enzym-cocktail, som bryter ned bein mer effektivt enn enkeltstående enzymer. Vi merker allerede at funnene våre vekker interesse hos industrien, sier NORCE-forsker Antonio Garcia-Moyano, medforfatter på den nye studien.

Studien er ledet av Spanias største offentlige forskningsinstitusjon CSIC Institute of Catalysis, og dessuten medvirker det anerkjente tyske, marine forskningsinstituttet GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel.

Veien frem til et virkningsfullt enzymbrygg har ikke vært snorrett.

Det kreves mye mer enn bare å senke bein ned på 60-100 meters dyp i Byfjorden utenfor Bergen, la beinbitene ligge der i teiner i flere måneder, og tro at verdifulle enzymer plutselig dukker opp.

Hadde det vært så enkelt, kunne hvem som helst «fisket» dette. Tvert imot trengs atskillig kunnskap, kreativitet og tålmodighet for å lykkes med enzymjakten.

Alle disse egenskapene har Garcia-Moyano og kollegene.

Mikrobielle enzymer er nøkkelen

Siden 2017 har forskerne jobbet i det ambisiøse, NORCE-ledede prosjektet ProBone, sammen med internasjonale partnere, for å finne enzymer involvert i nedbrytning av bein.

Da arbeidet startet hadde Garcia-Moyano og prosjektleder Gro Bjerga i NORCE en teori.

Den handlet om at både frittlevende bakterier i havet, og bakterier som bor inni dyr som tiltrekkes av blankt bein på havbunnen, inneholder enzymer som har nedbrytende effekt på beinmasse.

De fant til slutt enzymer som kunne bryte ned bein i de frittlevende bakteriene.

Enzymer med de rette egenskapene

Før vi går videre, la oss veldig kort fortelle hva enzymer er, og hva de gjør.

Enzymer er knøttsmå kjemiske forbindelser som blant annet brukes i foredling av biomasse, slik som restråstoff fra kjøtt og fjørfe, fisk eller trevirke, og bidrar til å skape helt nye produkter.

Enzymer med de rette egenskapene spiller rett og slett en sentral rolle for utvikling innen mange bransjer, og er relevant for grønn omstilling i industri.

I praksis fungerer enzymer som katalysatorer, de deltar i kjemiske prosesser ved å øke hastigheten på dem, uten selv å bli forbrukt.

Dette er en genial evne, som også har noen små haker.

Mange enzymer er for eksempel svært følsomme for temperatur, slik at de ved et gitt nivå risikerer å miste egenskapene sine.

– Det er et veldig stort behov for å oppdage både bedre og nye enzymer for industrien. Og finne de riktige kombinasjonene, som i en cocktail.

– Med den nye studien vår har vi fått et godt utgangspunkt der vi ser at enzymcocktailen har større effekt enn enkeltenzymer når det gjelder å bryte ned bein, sier Garcia-Moyano.

Avansert utnyttelse av beinrester

Men hvorfor er det så viktig å få fastslått at en blanding av enzymer er mer effektivt i å bryte ned bein, undrer du kanskje?

Tidligere har utnyttelsen av bein gjerne foregått uten noen avansert kjemisk prosess. Ofte ved at bein som restråstoff kokes for å ekstrahere gelatin, males til beinmel eller også brukes som ingrediens i gjødsel.

Nå er det flere eksempler på industriell virksomhet basert på enzymatisk prosess med både fisk og kjøtt i Norge.

Norilia, et datterselskap i næringsmiddelkonsernet Nortura, er en av flere aktører som står bak Bioco.

Det er et nytt og moderne bioteknologianlegg på Hærland for enzymatisk hydrolyse av beinråstoff fra kylling og kalkun.

– Vi valgte enzymatisk hydrolyse fordi det er en kontrollert og skånsom prosess som gjør at vi kan produsere ettertraktede ingredienser til høy-verdi markeder. I dag selger vi ingrediensene til kjæledyrfôr i Norge, og eksporterer noe som proteintilskudd i humane marked. Vi jobber også med å utvikle et sportsernæringskonsept, sier leder for forretningsutvikling i Norilia, Heidi Alvestrand.

Når det blir snakk om forbedrede prosesser, med forskernes enzymcocktail, åpnes nye muligheter.

– Vi håper nye enzymer kan bidra til enda bedre utnyttelse av restråstoff fra industrien gjennom utvikling av differensierte ingredienser tilpasset ulike bruksområder, sier Heidi Alvestrand.

Industrien kan få mer verdi ut av råstoffene

Fremover vil Antonio Garcia-Moyano og kollegene i NORCE kartlegge flere enzymer og bedre kombinasjoner av cocktailer som bryter ned bein bedre og raskere.

Han forteller at vanligvis har man lett etter ett enkelt enzym som kan gjøre jobben i en bestemt prosess.

Tilnærmingen med enzym-cocktailer representerer en mer fremtidsrettet og mer innovativ måte å se løsninger på.

– Industrien kan rett og slett få mer verdi ut av restråstoffene, dette er midt i blinken for eksempel for å gjøre kjøttindustrien mer bærekraftig. Man bruker hele dyret, øker verdien på produktene og støtter den sirkulære bioøkonomien, sier Garcia-Moyano.

– Industrien kan rett og slett få mer verdi ut av restråstoffene, dette er midt i blinken for eksempel for å gjøre kjøttindustrien mer bærekraftig. Man bruker hele dyret, øker verdien på produktene og støtter den sirkulære bioøkonomien, sier Garcia-Moyano.

Fjerne flaskehalser i marin bioteknologi

I prosjektet ProBone har målet vært å finne enzymer som faktisk bryter ned bein.

Og: dessuten frembringe ny kunnskap og innovasjon ved å bruke teknologi og utvikle nye metoder som skal løse tidligere flaskehalser i marin bioteknologi.

Nå videreføres arbeidet i nye prosjekter. Blant annet i et eget senter for forskningsdrevet innovasjon (SFI Industriell Bioteknologi) der NORCE er blant forskningspartnerne.

Ett av underprosjektene handler om nettopp enzymer.

- Vi skal blant annet jobbe videre med å optimalisere enzym-cocktailen mot industrielle betingelser. Dette vil blant annet innebære å finne ut hvilke enzymer som sammen er optimale for nedbrytning av bein, og som dessuten tåler høy temperatur best, sier Garcia-Moyano.