Biologisk mångfald i Vietnam leder industrin framåt

Allt började för tio år sedan då Vu Nguyen Thanh, forskare på FIRI (Food Industries Research Institute) i Vietnam, mejlade Lisbeth Ohlsson, professor och chef på avdelningen för industriell bioteknik, för att diskutera ett forskningssamarbete. Den svenska ambassaden i Hanoi utlyste forskningsanslag för att främja samarbeten mellan svenska och vietnamesiska forskare i syfte att lösa lokala miljöproblem.

Nyckeln till storskali​g produktion – effektiva enzymer​

Vid den tidpunkten var Vu Nguyen Thanhs fokus att framställa bioetanol från restprodukter från jordbruksindustrin, i form av lignocellulosa.

− Vi hade kommit till slutsatsen att nyckeln till en mer storskalig produktion var enzymer som effektivt hjälper till att bryta ner lignocellulosa, och vi kände till Lisbeth Olssons arbete inom fältet, säger Vu Nguyen Thanh.

L​isbeth Olsson är professor i industriell bioteknik och hennes forskning syftar till att designa enzymer och mikroorganismer till processer där växtmaterial omvandlas till bränsle, kemikalier och biomaterial. Hon är också viceföreståndare för Wallenberg Wood Science Center (WWSC), ett forskningscenter med fokus på forskning som ska skapa framtidens högteknologiska material av trä.

​Nödvändiga enzymer kostar för mycket

− Först fick jag några mejl från Thanh, men reagerade inte direkt på det. När han sedan ringde mig och förklarade mer såg jag potentialen i projektet. Vi ansökte om – och fick – det aktuella anslaget. Att hitta inhemska lösningar, mikroorganismer och enzymer, är avgörande i länder som Vietnam, säger Lisbeth Olsson och fortsätter:

− Enzymer är dyra och de har inte råd att köpa in det material de behöver för dessa processer. Dessutom kan det finnas många andra fördelar med att framställa enzymerna i Vietnam, då de kan anpassas efter deras lokala behov.

Enzymer kan bidra till att minska miljöpåverkan​

​Det är inte bara inom biobränsleproduktion dessa enzymer kan göra stor nytta, det finns även ett stort behov inom djurfoderindustrin där man letar efter lösningar som kan öka näringsvärdet. Dessutom behöver man komma till rätta med miljöproblem inom till exempel jordbruket.

− Vietnam är till stor del ett jordbruksland och vi är till exempel en av världens största risexportörer. Efter skörden bränns restprodukterna, det vill säga rishalmen, ofta bort för att frigöra ytor och återvinna mineraler. Det orsakar föroreningar och slösar bort de resurser som annars skulle kunna omvandlas till värdefulla produkter, såsom djurfoder − men även bioetanol och kemikalier. För att sådana produkter ska kunna skapas storskaligt och kostnadseffektivt behövs enzymer, förklarar Vu Nguyen Thanh.

Outforskad biologisk mångfald

De vietnamesiska regnskogarna visar upp en stor biologisk mångfald och där återfinns många mikroorganismer som effektivt bryter ner dött växtmaterial. I regnskogens mångfald finns stora möjligheter till enzymupptäckter, men den biodiversiteten är i mångt och mycket outforskad.

​FIRI:s ambition var att samla in och analysera ett antal inhemska mikroorganismer med potential att kunna användas industriellt i framtiden, men större kunskaper inom området krävdes. Därför besökte ett antal vietnamesiska forskarstudenter Chalmers för lära sig mer om molekylärbiologiska metoder, fermentering och analys, men även hur man designar experiment och tolkar resultat.

Båda parter har nytta av samarbete

Johan Larsbrink, docent, och Silvia Hüttner, tidigare postdok, på avdelningen för industriell bioteknik, har deltagit i utbildningen av de vietnamesiska forskarna. De har också ett flertal gånger besökt Vietnam tillsammans med Lisbeth Olsson, för att hålla workshops, nätverka med forskare och besöka lokal industri i liten och stor skala − och naturligtvis delta i insamlandet av mikroorganismerna. Chalmersforskarna menar att projekten som drivits tillsammans med FIRI har gagnat båda parter.

− Jag tror att det var givande för de studenter som kom till Chalmers att få arbeta i en helt ny miljö. Och för oss var det väldigt bra att få komma i kontakt med forskarna i Vietnam för att få tillgång till deras biodiversitet och kunskapen kring den. Båda parter i samarbetet fick nya upplevelser och tillgång till kunskap eller biomaterial. I vårt fall upptäckte vi några intressanta organismer som vi fortfarande analyserar och som kan leda till fler projekt och resultat i framtiden, säger Silvia Hüttner.

"FIRI vill se omedelbart genomslag"​

Johan Larsbrink håller med om att samarbetet har varit en bra erfarenhet, både vid insamlandet av mikroorganismerna, men även laborativt.

− Förutom att det är intressant att se hur de använder de resurser de har, som är begränsade jämfört med våra, är det också intressant att se hur vi prioriterar olika. Även om vi på Chalmers vill se applikationer och resultat av vår forskning ute i samhället håller vi också på med en del ”nyfikenhetsforskning”, medan FIRI har större intresse av att forskningen ska ha omedelbart genomslag och ska kunna användas i samhället direkt, säger han.

Industri och forskning ser resultat av samarbetet

Vu Nguyen Thanh säger att han personligen också har fått en bättre bild av vad man kan göra för att utnyttja de mikrobiella resurser som finns i landet. Fokus har hela tiden varit att lokala industrier och lokala företag ska kunna dra nytta av upptäckter och innovationer som har sprungit ur samarbetet. Och det har de också kunnat göra. Under de tio år som gått har den gemensamma forskningen tilldelats fler anslag och gett resultat. 

Ett exempel är enzymet xylanas som används i djurfoder. Det tillsätts foderpellets till kycklingar och aktiveras när det når djurens matsmältningskanal. Enzymet hjälper till att smälta kostfiberna i fodret för kycklingarna och därmed ger samma mängd foder ett högre näringsvärde för djuret, jämfört med foder som inte har enzymet tillsatt.

Många goda exempel

Trichoderma harzarium är ett annat exempel. Det är en svamp som kan användas vid så kallad vermikompostering, kompostering med hjälp av maskar för effektivare nedbrytning av rishalm. När komposten används som gödsel skyddar svampen dessutom växtrötter från olika sjukdomar.

− Vi håller just nu också på att undersöka möjligheten att använda svampar för att omvandla organiska restprodukter från avloppsvatten efter etanoldestillering till svampbiomassa som kan användas till djurfoder, säger Vu Nguyen Thanh.

"Imponerad av snabb väg från innovation till produktion"​

Lisbeth Olsson känner sig glad och stolt över att Chalmersforskarna också har deltagit i att skapa forum för lokala företag och forskare, genom till exempel workshops, där nya, lokala nätverk har skapats.

− Jag är imponerad av den snabba vägen från innovation till produktion som vi har bevittnat. Jag tycker också att det har varit väldigt intressant att se hur Vietnam har utvecklats under de åren som vi har haft kontakt med FIRI och hur snabbt utvecklingen har gått för landet i stort. Personligen tycker jag också att det har varit väldigt tillfredställande att se att det vi har utfört tillsammans har bidragit tydligt till deras utveckling, säger hon.

Nya anslag − samarbetet fortsätter

Och nu står det också klart att det lyckade samarbetet med FIRI kommer att kunna fortsätta. I december 2020 tilldelades Lisbeth Olsson och Johan Larsbrink ett forskningsanslag från Vetenskapsrådet för det tre år långa projektet ”Extremofila svampar från sydostasiens biodiversitet har en nyckelroll i hållbart jordbruk och industri”.

− Vi kommer tillsammans med våra vietnamesiska kolleger att hitta spännade enzymer med utgångspunkt i den biodiveristet som sydostasien erbjuder, säger Johan Larsbrink.

Lisbeth Olsson förklarar att de i detta projekt kommer att använda både akaciabark och industriella kassavarester från bioetanolindustrin och enzymatisk omvandla dem till värdefulla produkter.

Målet är att på sikt kunna skapa värdefulla produkter från dessa material som idag kasseras i enorma mängder och som en konsekvens ger föroreningsproblem. Nya omvandlingsmetoder kunna skapa stora värden och gynna lokala industrier i regionen som på sikt kan lyfta ännu fler människor ur fattigdom.

Nya eller förbättrade produkter, tjänster och processer som Chalmers/FIRI-samarbetet lett till

• Utveckling av en rekombinant stam av jästen Pichia pastoris som producerar en termostabil variant av enzymet xylanas, som också är tolerant mot syra och pepsin. Tack vare sin höga termostabilitet kan enzymet bevaras genom spraytorkning istället för frystorkning. Denna förbättring gör enzymproduktionen mer kostnadseffektiv.
• FIRI levererar startkulturer av svamparna Aspergillus och Rhizopus till lokala företag för alkoholfermentering, och lignocellulolytiska stammar till universitet (Hanoi University of Technology, Vietnam National University of Agriculture och Hanoi National University of Science) för forsknings- och utbildningsändamål.
• FIRI hjälper bioetanolproducenter i Vietnam att använda lignocellulolytiska enzymer för att minska viskositeten vid jäsning av kassava. Att få mer lättflytande processer gör det lättare att hantera de stora volymerna som hanteras och kan även öka jäsningshastigheten.
• FIRI har blivit en av de ledande institutionerna i Vietnam inom enzymteknik och har producerat flera enzymer av industriellt intresse (till exempel fytas och sackarosisomeras). FIRI arbetar med sockerproducenten LASUCO i demonstrationsfas för isomaltulosaproduktion där ett rekombinant sackarosisomeras används. FIRI erbjuder också analytiska tjänster för analys av enzymaktiviteter och identifiering av mikroorganismer med DNA-sekvensering för lokal industri.

Läs de publikationer som samarbetet mellan FIRI och Chalmers har resulterat i

• Specific xylan activity revealed for AA9 lytic polysaccharide monooxygenases of the thermophilic fungus Malbranchea cinnamomea by functional characterization
• Surveying of acid-tolerant thermophilic lignocellulolytic fungi in Vietnam reveals surprisingly high genetic diversity​​
• Genome sequence of Rhizomucor pusillus FCH 5.7, a thermophilic zygomycete involved in plant biomass degradation harbouring putative GH9 endoglucanases
• Combined genome and transcriptome sequencing to investigate the plant cell wall degrading enzyme system in the thermophilic fungus Malbranchea cinnamomea​
  ​