fødevarer. På den måde kan vi nemlig sikre, at der altid vil være mad nok til alle – også selvom vi bliver flere og flere mennesker
på planeten.
Introduktion
Vi lever i en verden, hvor vi hver dag bliver flere og flere mennesker. FN forudsiger, at der i år 2050 vil være 9.7 milliarder mennesker på planeten, og at det tal vil være steget til 11.2 milliarder i år 2100. Til den tid er det afgørende, at vi kan sikre mad til alle. Desværre er den måde vi producerer mad på i dag langtfra bæredygtig, og vi kan ikke producere mad nok til den voksende befolkning uden at ødelægge planeten. Så hvordan sikrer vi mad til alle på en bæredygtig måde – altså uden at hugge alverdens regnskove ned og omlægge dem til marker, omlægge søer til dambrug og lave kæmpemæssige kødfarme?
Du kan med fordel se denne video, som vil introducere dig til undervisningsmaterialet.
I dette undervisningsmateriale kommer du til at lære om opfindelser, der kan gøre en forskel – og hvordan bioteknologien spiller en stor rolle i at sikre, at der altid vil være mad nok til alle, samtidigt med at vi ikke ødelægger planeten. Vi kigger bl.a. på forbedring af fødevarer vha. genmodificering sammenligner miljømæssige påvirkninger af forskellige mælketyper og undersøger, hvordan man kan lave en miljøvenlig bøf udelukkende af planter.
Vi håber, du får en masse ud af materialet, og bruger det til at hjælpe dig med at træffe bevidste valg i din hverdag.
Teori
Et alternativ til koen
En astronaut prøver mange seje ting. Vidste du for eksempel, at astronauterne på den internationale rumstation kan 3D-printe en bøf, når det er spisetid? En 3D-printet bøf kræver mindre vand, mindre plads, og udleder mindre CO2 end en almindelig bøf fra en ko.
Kød- og mejeriproduktion er desværre en enorm byrde for vores planet – og det er ikke bare på grund af den plads dyrene optager, og den drivhusgas som de udleder. Det er faktisk produktionen af al føden til dyrene, som er den ægte synder. En stor del af regnskovsfældning finder sted, så der er plads til at dyrke majs og soja, som bliver brugt til dyrefoder. Foderstoffet skal forarbejdes og transporteres (begge miljøbelastende processer), og først derefter kan det blive spist af dyrene.
3D-printning af kød er bare en af de muligheder vi har, for bæredygtigt at producere kød og andre produkter som f.eks. mælk og ost. Helt uden at det kræver en ko.
I dette afsnit vil du blive præsenteret for forskellige bæredygtige alternativer til koen. Du vil stifte bekendtskab med bæredygtig produktion af kød og produktionen af plantedrikke (også kendt som plantemælk).
Figur 1: Produktion af kød, især oksekød, kræver mere plads og flere rescourcer end grøntsager.
Dyrekød fra petriskål
Ved at tage en lille kødprøve fra det ønskede kød (f.eks. en oksemørbrad), kan man producere store mængder af det stykke kød. Proceduren er endda meget hurtigere end konventionel kødproduktion, hvor man jo skal vente på, at kalven bliver født og vokser sig stor, før den kan slagtes. Koen, som prøven blev taget fra, kan leve videre efterfølgende.
I korte træk foregår produktionen af dyrekød i en petriskål således:
Step 1: Udtag prøve
Man udtager først en prøve fra koen. Dette kan gøres vha. en biopsi og er relativt smertefrit for koen.
Step 2: Isolér og kultivér celler
Fra klumpen af kød isoleres nu nogle af cellerne. Cellerne lægges i små glasbeholdere, som vi kalder petriskåle. I en kalv ville de her celler dele sig, og på den måde ville kalven vokse. I laboratoriet får man processen til at gå hurtigere. Ved at give cellerne de helt rigtige betingelser – den rette næring og varme – kan man få cellerne til at dele sig hurtigt. Dette kalder vi at ”kultivere cellerne”. Cellerne vokser nu (næsten) som inden i koen, og vi får derfor den rigtige konsistens af kødet.
Step 3: Tilsæt ’krydderi’
Når cellerne har delt sig til en god størrelse, kan man fjerne dem fra petriskålene, og så har du i princippet en bøf. MEN, denne bøf er intet andet end kød – og så smager det faktisk ikke helt som de bøffer vi kender. Nej, de bøffer vi kender indeholder fedt, og fedt betyder meget for smagen. Så fedt skal vi selvfølgelig have tilføjet til vores bæredygtige bøf. Sammen med fedtet kan vi også tilføje andre smagsstoffer, hvis man skulle have lyst til det.
Step 4: Tilbered bøffen
Nu er din bøf klar, og det eneste vi mangler, er at tilberede den. Krydr med salt, peber, og hvad du nu ellers har lyst til og voila – så har du en bundsolid proteinkilde.
Proceduren forklares også i figur 2 til højre:
Figur 2: Kultivering af kødceller i petriskål.
Denne måde at lave kød på, kan bruges til alle typer kød. Derudover er det faktisk også muligt at bruge teknikken til at lave andre produkter, vi normalt skal bruge dyr til, f.eks. læder! Det betyder altså, at man måske i fremtiden kan købe både lædervarer og kød uden at skulle bekymre sig om, hvordan dyret har levet, og hvordan dyret er blevet dræbt. Dyret har nemlig ikke ladet livet for at du kunne spise din bøf eller gå med dit læderbælte. Det er både godt for klimaet og samvittigheden – en sand ”win-win” situation!
Som verden ser ud i dag, er det ikke økonomisk bæredygtigt at producere hverken kød eller læder vha. cellekultivering i petriskåle. Forhåbentligt bliver teknologien ved med at udvikle sig, så det en dag kan bruges i virksomhederne fremfor klassisk kød- og læderproduktion.
Mælk fra planter
Det er ikke kun kød og læder, vi får fra køerne på marken. Også mælk og mælkeprodukter som f.eks. ost er en kæmpe industri – og en kæmpe belastning af miljøet. Du har sikkert hørt om sojamælk, havremælk og andre typer plantedrik. I dette afsnit kigger vi nærmere på, hvordan man egentligt laver mælk uden at skulle bruge en ko.
Har du nogensinde overvejet, hvad mælk egentligt er? Det er flydende ligesom vand, og en stor del af mælk er da også vand (ca. 90%). Der er dog også andre ting i! Både protein, kulhydrater, fedt, vitaminer og mineraler findes i den komælk, som mange drikker. Det findes også i smøren og osten på din morgenbolle, og andre mælkeprodukter, du indtager. Mælk kommer fra køer, som producerer mælk fordi de har kalve. Hos mennesker producerer mødre også mælk til deres babyer. Mælken er det eneste, det nyfødte væsen har brug for, og derfor giver det rigtig god mening, at den er propfyldt med alt muligt godt. Når du drikker plantedrik får du ikke den samme bombe af næring og vitaminer. Til gengæld er det meste plantedrik mindre belastende for miljøet end komælk. Det er fordi, der både skal opfostres og fodres en ko mens komælken produceres, mens plantedrik på den anden side (stort set) kun kræver vand og en plante.
Du kan sammenligne forskellige mælketyper i forsøget ”Forskelle og ligheder i mælk”.
Produktionen af komælk
Komælken bliver malket fra køernes yvere på bondegården, hvorefter mælken bliver transporteret til mejerierne. Her separeres mælken i skummetmælk og fløde – det vil sige at mælken deles i mælk med lavt fedtindhold og mælk med højt fedtindhold. Mælken pasteuriseres også, så den ikke indeholder skadelige bakterier. Pasteurisering er en form for varmebehandling, der forlænger holdbarheden af f.eks. mejeriprodukter ved at dræbe bakterier, som kan give sygdomme. Pasteurisering påvirker ikke smagen af, eller næringsindholdet i, produktet særligt meget og benyttes derfor ofte i industrien.
Herefter blandes de to mælketyper (fløde og skummetmælk), så den får den ønskede fedtprocent – det er derfor, at der både står skummetmælk, minimælk, letmælk og sødmælk på hylderne i supermarkedet. Processen kan ses på figur 3.
Figur 3: Produktionen af konventionel komælk. Mælk fra koen transporteres til en fabrik, hvor mælken sorteres, pasteuriseres og til sidst blandes i de rette forhold for at få de mange forskellige mælketyper, vi kender.
Produktionen af havredrik (også kendt som havremælk)
Når havredrik skal produceres, foregår det på en lidt anden måde end produktionen af komælk. Havrekernerne fra marken bliver kværnet og behandlet med bittesmå biologiske maskiner, som vi kalder enzymer. Enzymerne nedbryder havrekernerne på en meget finere måde, end vi nogensinde kunne gøre med en maskine. Så fjernes skallerne, og yderligere ingredienser tilsættes, hvis vi ønsker det. Havredrikken pasteuriseres og er herefter klar til tapning. Du kan se, hvordan havredrik bliver lavet i figur 4.
Figur 4: Produktionen af konventionel komælk. Mælk fra koen transporteres til en fabrik, hvor mælken sorteres, pasteuriseres og til sidst blandes i de rette forhold for at få de mange forskellige mælketyper, vi kender.
Du kan faktisk lave din egen havredrik derhjemme – og det er meget nemt! Prøv forsøget ’Lav din egen havredrik’.
Produktionen af mange andre plantedrikke (f.eks. risdrik og havredrik) foregår på nogenlunde samme måde som produktionen af havredrik.
Når komælk skal produceres, kræver det køer, og køer kræver foder. En del af foderstoffet bliver produceret på markerne som f.eks. korn eller soja – og køerne spiser meget. Der skal bruges meget mere korn eller soja til at lave en liter komælk, end der skal bruges til at lave en liter plantedrik! Vi frigør altså en masse plads på markerne, hvis vi drikker plantedrik i stedet for komælk. Denne plads kan bruges til at producere alt muligt, der kan bruges til at brødføde den voksende verdensbefolkning.
Udover den store mængde plads, man kan spare, så er der også andre forhold, man skal være opmærksomme på. For eksempel kræver produktionen af komælk meget store mængder vand (se figur 5), og fordi planter ikke prutter, udleder de heller ikke den methan, som køerne gør. Methan er en drivhusgas, som er endnu værre for miljøet end CO2.
Figur 5: Sammenligning af CO2 udledning, samt land- og vandforbrug for komælk og forskellige plantedrikke.
Det ses tydeligt på figur 5, at komælk klart er den største belastning for miljøet på alle de målte parametre. Vi ser dog også, at både ris- og mandeldrik kræver rigtig meget vand. Derfor bør man overveje at skifte til soja- eller havredrik fremfor mandel- eller risdrik, hvis man ønsker at skifte væk fra at drikke komælk.
Kort fortalt er der altså ikke mangel på måder, hvorpå vi kan fjerne os fra afhængigheden af koen. Ved at gå væk fra produkter, der stammer fra køer, kan vi hjælpe miljøet og samtidigt sikre os, at der altid vil være mad nok til alle.
Plantekød (også kendt som plante-baseret kød)
Der er ingen tvivl om, at vores store forbrug af landbrugsdyr er med til at skade klimaet – meget.
Det er ikke bare fordi vi i Danmark og resten af Vesten spiser meget kød, men i høj grad fordi lande i Asien og Afrika får en rigere middelklasse, der ikke længere vil nøjes med at spise planter. De vil spise kød. Hvis vi alle spiser kød på samme måde, som vi gør i Vesten nu, skal vi bruge meget mere plads, end der er på Jorden.
Pladsen, vi taler om, bliver ikke kun optaget af dyr, som senere skal slagtes. Nej, det er faktisk al den foder dyrene skal spise, der er den sande pladssluger. 33% af al landbrugsareal bliver brugt til at producere dyrefoder. I Danmark, som er et af de mest intenst dyrkede lande i verden, er det 81% af landbrugsarealet, der bruges til produktion af foder til husdyr.
I det lange løb er det altså ikke holdbart, at vores kødforbrug er som nu, men mange har svært ved tanken om at sige farvel til kød på tallerkenen. Men hvordan kan det egentligt være?
Som kødspiser er det svært at beskrive helt præcist, hvad det er ved kød, som gør det så pokkers lækkert at spise. Det er netop også et af de helt store spørgsmål i forskningsverdenen for tiden; ’Hvad er det, der gør, at kød er så lækkert?”.
Man kan tjene penge på dyrefrit kød
En af de største børsnoteringssucceser i nyere tid er faktisk et firma, der specialiserer sig i at lave kød, der ikke indeholder dyr. I stedet laver de mad, der på alle måder ligner, føles som og smager af kød, men som altså er lavet udelukkende fra planter – ret sejt, ikke?
Firmaet vi taler om hedder Beyond Meat, og de er bare et af mange firmaer, der kæmper om at lave den version af plantekød, der ligner dyrekød mest. Firmaerne går lidt forskelligt til opgaven, og i dette afsnit skal vi lære, hvordan de hurtigtvoksende firmaer får planter til at smage, ligne og føles som kød.
Det store spørgsmål, ”Hvad er det, der gør at kød er så lækkert?”, er rigtig svært at svare på. En af måderne forskere har undersøgt dette på, er ved at stege en bøf og opsamle al luften lige over bøffen via en udsugning. Der sidder en testperson i den anden ende af udsugningen og snuser i et langt stykke tid, og mens han/hun snuser, fortæller de om alle duftene, de oplever. Det kan f.eks. være røg, kaffe, nyslået græs, osv. Ud fra lugtbeskrivelserne kan man komme lidt tættere på, hvilke kemiske stoffer i kødet, der gør det så lækkert.
Forskere er indtil videre kommet frem til, at ’lækkerhedsfaktoren’ er en kombination af mange forskellige ting, herunder teksturen af kødet når man bider i det, saftigheden og den hinde, der bliver dannet i ens mund når man spiser kød. Derudover er selve smagen af kødet selvfølgelig også vigtig.
Sådan laver man plantekød
Det er altså ikke en helt let opgave, forskerne er sat på. For at lave plantekød, skal man nemlig bruge forskellige dele – en base, en smagsgiver, et farvestof og fedtstof. Alt skal tilføjes i den rette mængde, på det rette tidspunkt. På figur 1 kan du se, hvilke ting, der skal til for at lave plantekød.
I afsnittene herunder kan du lære mere om, hvordan man laver lækkert kød – udelukkende fra planter!
Figur 1. De fire vigtigste elementer i plantekød er basen, farven, fedtet og smagen
Basen
For at nå sit mål må man starte et eller andet sted – og for plantekød betyder det, at vi skal have en base. Basen udgør størstedelen af plantekødet, og bidrager f.eks. til strukturen af plantekødet. Derudover fungerer det som fyld, hvori alle de andre ingredienser kan blande sig. Der er rigtig mange forskellige baser, der kan være gode at bruge. Man kan f.eks. bruge en blanding, der hovedsageligt består af ærteprotein (forarbejdede, moste ærter), eller man kan bruge hvedeprotein. Kun fantasien sætter grænser for, hvad der kan bruges som base!
Smagen
Kødsmag er ret kompleks og svær at beskrive. En gruppe forskere fandt frem til, at det formentligt er jernen, bundet til hæm-grupper i blodet, der giver kødet en stor del af den karakteristiske smag. Du har måske hørt om hæmoglobin, hvis du har lært om, hvordan blodet transporteres rundt i kroppen.
Hæmoglobin findes i blodet på alle dyr, nærmere bestemt i de røde blodceller. Hæmoglobin består bl.a. af hæm-grupper, som du kan se i figur X.I midten af hæm-gruppen sidder et jernatom bundet, og dette jernatom er faktisk det, der gør, at vi kan transportere ilt rundt i kroppen. Det er også hæm-gruppernes jernatomer, der farver vores blod rødt.
Figur 2. Hæm-grupper i blodet (uden ilt bundet (venstre), med ilt bundet (højre)) har et jern-atom (Fe) siddende i midten af molekylet. Jernatomet kan binde ilt. Det er på denne måde, at ilt transporteres rundt i kroppen.
Eftersom hæmoglobin findes i blod, så det sort ud for plantekødsindustrien – planter har jo ikke noget blod! Heldigvis fandt man ud af, at sojaplanten (og andre bælgplanter) producerer et molekyle, der ligner hæmoglobin rigtig meget. Dette molekyle hedder soja leghæmoglobin.
Det var et kæmpe gennembrud for industrien. Begejstring blev dog hurtigt til frustration, for det krævede kæmpe mængder sojarødder at producere nok leghæmoglobin til at give smag nok til en enkelt bøf.
Heldigvis kunne man komme uden om problemet ved at bruge en teknik, som vi også bruger til at lave mange andre stoffer, f.eks. masseproduktionen af insulin. Ved hjælp af bioteknologiske værktøjer kan man effektivt producere stoffer, som det ville tage meget lang tid at producere ellers.
Helt kort fortalt bruger man mikroorganismer, f.eks. gær eller bakterier. Fordi man kender mikroorganismerne rigtig godt, og ved, hvordan de opfører sig, kan man ’snyde dem’ til at producere det stof, man ønsker i lange baner. Mikroorganismerne, der bliver brugt på den måde, kaldes for cellefabrikker.
Produktion af leghæmoglobin i cellefabrikker
Arbejdet starter i den organisme (f.eks. sojaplanten), som indeholder den egenskab, man ønsker. I vores tilfælde er det sojaplantens evne til at producere leghæmoglobin, der er den ønskede egenskab. Man finder DNA-sekvensen (koden), der gør, at sojaplanten producerer leghæmoglobin, og så klipper man den ud, så man har den ønskede DNA-sekvens, men ikke resten af sojaplantens DNA. Den ønskede DNA-sekvens (der altså giver en egenskab, f.eks. produktion af leghæmoglobin) bliver så indsat i en gærcelles DNA vha. genmodificering. Disse genmodificerede gærceller producerer nu leghæmoglobin. Gærcellen er altså en leghæmoglobin-producerende cellefabrik. Gærceller er nemme og hurtige at gro, og vi kan faktisk få dem til at udskille de producerede molekyler. Det betyder, at vi ikke skal til at ødelægge cellerne for at få fat i leghæmoglobinen, men faktisk kan tappe molekylerne direkte fra tanken, som gærcellerne vokser i.
I videoen herunder kan du se, hvordan gærcellerne bruges til at producere leghæmoglobin.
Der er selvfølgelig også mulighed for at tilføje alverdens andre smage til kødet i form af f.eks. krydderier.
Fedtet
En anden ting, der gør kød så pokkers lækkert, er de fedtstykker, der naturligt er en del af mange kødudskæringer. Planter har ikke på samme måde som dyr fedtdepoter, og uden fedt smager kødet bare ikke af det samme. Fedtet i kødet er også med til at skabe den karakteristiske fedthinde i munden, som mange holder af. Planter indeholder dog alligevel fedt – det kender vi eksempelvis fra oliven-, og rapsolie. Det store problem ved plantefedtet (der også kaldes vegetabilsk fedt) er, at det oftest er flydende ved lavere temperaturer end fedt fra dyr (som vi også kalder animalsk fedt). Det betyder, at vi ikke bare kan putte olivenolie i vores plantekød og forvente, at det opfører sig på samme måde som det animalske fedt. Olivenolie er flydende ved stuetemperatur, mens animalsk fedt er fast ved stuetemperaturer. Plantekød med olivenolie ville blive helt smattet!
Heldigvis er ikke al vegetabilsk fedt ens, og f.eks. har kokosolie et meget højere smeltepunkt end andre planteolier. Det betyder altså, at kokosolie bliver ved med at være fast ved temperaturer, hvor de fleste andre vegetabilske fedtstoffer er smeltet. Derfor bruger man bl.a. kokosolie i plantekød, til at efterligne animalsk fedt. Kokosolien bliver tilføjet i større klumper for, at det kan efterligne animalsk fedt mest muligt.
Herunder kan du se en oversigt over smeltepunktet for forskellige fedtstoffer.
Tabel 1. Tabel med smeltepunkter for forskellige fedtstoffer.
SPØRGSMÅL
Hvilke fedtstoffer vil være egnet til at erstatte det animalske fedt? Hvorfor valgte du disse fedtstoffer? Hvilke(n) temperatur(er) er vigtige at huske, når man vælger fedtstoffer til plantekød?
Alle fedtstoffer består af triglycerider. Kort fortalt er et triglycerid et molekyle, der indeholder tre fedtsyrer og et glycerol-molekyle. Fedtsyrerne i et triglycerid kan være forskellige eller ens. Det bestemmes af det, der producerer triglyceridet. Triglycerider fra dyr og planter ser forskellige ud. Hver enkelt plante kan også have specielle fedtsyrer, som bruges i triglyceriderne – det er netop grunden til, at planteolier har så forskellige smeltepunkter. Det er altså fedtsyrerne, der bestemmer smeltepunktet for fedtstoffet.
Tre fedtsyrer og et glycerol-molekyle danner altså et triglycerid. Tri- angiver at der er tre af noget – her fedtsyrer. Strukturen af et triglycerid ses på figur 3.
En fedtsyre er en carbonkæde med en syregruppe i den ene ende. Længden af kæden, og antallet af dobbeltbindinger kan variere – og det er netop det, der bestemmer smeltepunktet for fedtstoffet.
Vi undersøger kort triglyceridet palmeolie.
Figur 4. Strukturen af et triglycerid. Det er syreenden af fedtsyren, der binder med glycerol.
Palmeolie har et smeltepunkt, der er næsten det samme som animalsk fedt. Produktionen af palmeolie er dog skyld i masserydning af regnskov, og derfor anbefaler vi, at man så vidt muligt prøver at undgå produkter, der indeholder palmeolie i sin hverdag.
Palmeolie består primært af de to fedtsyrer palmitinsyre og oliesyre. Strukturerne af disse fedtsyrer ses på figur 4.
Figur 4. Strukturen af palmitinsyre (øverst) og oliesyre (nederst). Hvert knæk i en struktur symboliserer et carbonatom, med mindre der står andet. Enden til højre i begge strukturer kalder vi syreenden.
De to fedtsyrer (palmitinsyre og oliesyre) i palmeolie er ret ens i struktur. De eneste forskelle er den enkelte dobbeltbinding (den del af den lange kæde, hvor der er to streger), der ses i oliesyre samt længden på fedtsyrerne. Oliesyre indeholder 18 carbonatomer, palmitinsyre indeholder 16 carbonatomer. Både længden og antallet af dobbeltbindinger påvirker smeltepunktet for en fedtsyre.
16 og 18 carbonatomer er ret langt for en fedtsyre – og en enkelt dobbeltbinding i de to mest almindelige fedtsyrer er ikke meget. Disse fedtsyrer er med i palmeolie, der har et kogepunkt på 35 ̊C. Vi ser altså, at lange, mættede fedtsyrer (dvs. lange fedtsyrer uden dobbeltbindinger) har et relativt højt smeltepunkt.
Du kan med fordel gennemføre forsøget ’Undersøg fedttyper’, og lære endnu mere om de forskellige fedttyper, og hvilken plante, du vil bruge til at tilføre fedt til dit plantekød.
Farven
Vores øjne spiller en stor rolle i vores bedømmelse af mad, så det er vigtigt, at plantekød har den samme, karakteristiske røde farve som animalsk hakkekød.
Der er mange måder at farve fødevarer på – og den klassiske frugtfarve er kun en af dem. Både rødbeder og radiser kan give en stærk rød farve. Der er dog udfordringer med mange af farvestofferne, f.eks. er de ikke altid stabile ved høje temperaturer eller specielle pH-værdier. Undersøg dem selv i forsøget ’Undersøg følsomheden af farvestoffer’.
Leghæmoglobinen, der også spiller en stor rolle i smagen, bruges også til at farve plantekødet. Leghæmoglobin bliver rødt af samme grund som hæmoglobinen i dit blod – jern-atomerne i molekylet binder ilt, og det får molekylet til at se rødt ud. Det fungerer lidt ligesom når jernkonstruktioner ruster. Leghæmoglobinen giver også den karakteristiske ’blødende’ effekt, som mange efterspørger i en tilberedt hakkebøf.
Og hvad så nu?
Som du kan se, kan man producere plantekød på mange forskellige måder. Der er ikke én måde, der er ’den rigtige’, og kombinationen af visse ingredienser kan føre til helt nye smagsoplevelser. En stor del af arbejdet med at producere plantekød – og mange andre ting inden for bioteknologien – består altså i, at prøve sig frem, lære af sine observationer og prøve at forbedre resultatet med et nyt eksperiment. Vi håber, at I med dette teoriafsnit har fået blod (eller måske bare leghæmoglobin) på tanden til at prøve kræfter med at producere jeres eget plantekød. I så fald kan I gennemføre forsøget ’Lav dit eget plantekød’.
Genetisk modificering af planter
Har du nogensinde glemt din stueplante udenfor og først kommet i tanke om det, efter frosten er kommet? Du henter måske din plante ind, men planten er ikke som før. Planten er helt slap, og den ser ærlig talt ikke for godt ud. Mange planter kan nemlig ikke tåle frost.
I dette afsnit vil du lære, hvordan forskerne tog en fisk og en kartoffel og lavede en kulderesistent kartoffel.
Vi gennemgår skridtene fra almindelig kartoffel til superkartoffel, og gennemgår undervejs nogle af de bioteknologiske metoder, der bruges i stor stil i industrien.
Hvorfor kan planter ikke tåle frost?
Grunden til, at mange planter ikke kan tåle frost er, at iskrystallerne inden i plantens celler er skarpe, og faktisk kan springe eller ”punktere” plantecellerne, så planten dør. Planter, der kommer fra steder, hvor det er varmere end i Danmark, er ikke vant til frost. Derfor har de ikke noget forsvar mod kulden – de er simpelthen ikke bygget til frost. Disse planter har ikke haft tid til at tilpasse sig frostgraderne gennem evolution – de har altså ikke det DNA, der skal til, for at de kan tåle frost.Hvordan kan nogle planter overleve i minusgrader?
Nogle planter har faktisk evnen til at overleve i minusgrader. Det gælder f.eks. træer, der gror steder, hvor det er meget koldt. Der er flere måder at sikre sig mod kulden, når man er en plante. En af dem er at sænke frysetemperaturen inde i planten. Planter kan gøre dette ved at danne en sukkerholdig masse, som beskytter mod frosten. Vi kender bl.a. denne masse som sirup fra ahorntræet! Se figur 1.I Danmark er vintrene ofte så kolde, at temperaturerne kommer under vands frysepunkt, altså nul grader celsius. Det betyder, at de fleste afgrøder ikke kan overleve – og dør. Det giver ikke mening at gro planter, der ikke kan tåle frost på markerne – i hvert fald ikke i måneder, hvor der er risiko for frost. Det betyder, at markerne nogle gange står tomme – og så producerer vi ikke mad.
En måde at bekæmpe dette problem på er at kigge på organismer, der overlever i ekstrem kulde. Vinterflynderen svømmer glad rundt i havvand, der er under 0 grader celsius. Det gør den, fordi den kan lave et protein, som sænker fiskens frysepunkt. Ret sejt!
Et hold af forskere så dette og tænkte: ”Wow, det er godt nok smart! Gad vide, om vi også kan få en plante til at overleve ved lave temperaturer?”.
Det lykkedes dem faktisk at lave en kartoffel, som var i stand til at overleve ved meget lave temperaturer, og derfor kan plantes og gro hele året rundt, se figur 2.
Figur 1. Saften i ahorntræet hjælper træet med at overleve frost.
Figur 2. Ved at isolere et antifrys-gen fra vinterflynderen og indsætte dette gen i en kartoffel, lykkedes det forskere at lave en kulderesistent kartoffel.
Sådan overlever vinterflynderen i koldt vand
Vinterflynderen kan overleve i vand, der er koldere end 0 grader celsius! ”Hvordan kan det lade sig gøre”, tænker du måske? Jo, det fungerer faktisk på samme måde, som når vi salter vejene for, at de ikke skal blive glatte af is. Saltet (og andre molekyler) i havvandet gør, at vandet faktisk ikke fryser til is ved 0 grader celsius, men nærmere omkring -1.9 grader celsius. Skulle vandet alligevel være fyldt med is, har vinterflynderen et smart værktøj; vinterflynderen kan producere et protein, som sætter sig hele vejen rundt om de iskrystaller, som fisken sluger. På den måde kan isen ikke sprede sig inde i fiskekroppen, og fisken kan svømme videre.
Vigtige begreber
For at vi kan komme rigtigt i gang, er der lige nogle koncepter, vi skal have styr på:
- Nukleotider: Byggesten i DNA. Der findes 4 forskellige nukleotider i DNA; (A) adenin, (C) cytosin, (G) guanin og (T) thymin. Nukleotider kaldes også baser.
- DNA: Et molekyle, der findes i alt levende. DNA bærer på informationen, der gør dig til dig. I cellerne findes DNA ofte bundet op i kromosomer. DNA består af de fire nukleotider. DNA er desuden dobbeltstrenget. Det betyder, at der faktisk er to strenge af nukleotider, der løber ved siden af hinanden. A og T vil altid være overfor hinanden, og G og C vil altid være overfor hinanden.
- Gen: Et stykke DNA. Et gen koder for et protein, som giver en ny egenskab/funktion f.eks. øjenfarve, kulderesistens, etc.
- (DNA) sekvens: Et stykke af DNA. Det kan både være et gen, en del af et gen (kortere sekvens end genet) eller mere end et gen (længere sekvens end genet).
- Enzymer: Små biologiske maskiner, der hjælper med at få kemiske reaktioner til at ske i vores krop, bakterier, planter osv. Enzymer bliver dannet ud fra DNA. Enzymer er proteiner.
- Plasmider: Et stykke cirkulært DNA, der bruges til at transportere DNA’et (og altså informationen DNA’et gemmer på) imellem forskellige organismer.
På figur 3 til højre kan du se, hvordan nogle af begreberne passer sammen.
Figur 3. Oversigt over begreber. DNA består af nukleotider og er bundet op i kromosomer. Cirkulære stykker af DNA kaldes plasmider. Gener findes som sekvenser af nukleotider i DNA’et.
Step 1: Isolér genet fra DNA
Det allerførste skridt på vejen mod kulderesistente kartofler er at finde genet, der gør, at fisken kan overleve i det kolde vand. Det er der heldigvis rigtig mange, der er interesserede i, så det behøver vi ikke gøre denne gang. Når vi kender genet, skal vi sørge for, at der er en masse kopier af genet, så vi kan arbejde med det. Flere kopier af genet betyder nemlig flere forsøg.
Cellen kopierer et gen vha. DNA-polymeraser. DNA-polymeraser er enzymer (altså bittesmå, biologiske maskiner), der tager DNA og kopierer det, så du får dobbelt så meget DNA efter én reaktion. Vi kan få DNA-polymerasen til at hjælpe os. Ved hjælp af en maskine, kan vi i løbet af meget kort tid få en masse kopier af vores gen. Denne smarte metode hedder PCR. Hvis du er interesseret, kan du lære mere om PCR i videoen i dette link.
Når vi har mange kopier af vores gen, er vi klar til at arbejde videre – vi er nemlig klar til at sætte genet ind i kartoflen. Der er rigtig mange måder at sætte genet ind i kartoflen på. Her vil du blive præsenteret for en metode, man ofte bruger, når man arbejder med planter.
Step 2: Indsæt gen i Ti-plasmid fra T. agrobacterium
Før vi kan komme videre, skal vi kende en bakterie, der hedder Agrobacterium tumefaciens. Den er nemlig virkelig smart:
Bakterien Agrobacterium tumefaciens lever i jorden, nær plantens rødder. Hvis planten bliver såret, kan bakterien ’sanse’ det, og skynder sig hen til rødderne, hvorfra den kan komme ind i planten. Her gør bakterien noget virkelig smart; den snyder sig til noget af plantens energi. Bakterien kan nemlig indsætte et lille stykke DNA i et af plantens kromosomer. Dette lille stykke DNA gør, at planten ikke kun producerer de sukre, den selv skal bruge for at gro, men også nogle sukre, som planten slet ikke kan bruge til noget. Det kan bakterien til gengæld. På den måde kan man sige, at bakterien snylter på planten. Planten kan stadig leve, men den vokser langsommere end før.
DNA-stykket fra bakterien, der indsættes i plantens DNA, er en del af bakteriens Ti-plasmid, som du kan se på figur 4. Ti-plasmidet er et stykke cirkulært DNA. En organisme bruger et plasmid til at overføre gener fra et sted til et andet. En lille del af TI-plasmidet indeholder det gen, der indsættes i planten. En anden del af plasmidet sørger for, at vi kan overføre genet. Alle delene i det cirkulære plasmid har en speciel funktion, men vi går ikke i dybden med dem her.
Forskere har arbejdet med TI-plasmider i lang tid, og derfor kender man dem rigtig godt.
Forskerne har fjernet de gener, som normalt bliver overført med Ti-plasmidet, altså dem, der får planter til at producere nye sukre. Tilbage er et Ti-plasmid, der kan overføre et gen til en plante – der mangler bare et gen at overføre! Det kunne f.eks. være vores antifrys-gen.
Man har også fundet steder rundt om det DNA, der indsættes, hvor det er let at klippe DNA’et op. Vi udnytter at DNA er dobbeltstrenget – hvis vi ’lyner DNA’et op’, vil det finde sammen igen.
Først klippes DNA’et i TI-plasmidet op vha. enzymer, der klipper helt præcist. Enzymerne genkender en speciel DNA-sekvens og laver det samme klip hver gang. Klippet er dog lidt skævt; der er nogle nukleotider, der hænger frit og leder efter nogle matchende nukleotider. Det interessante gen (antifrys-genet), bliver klippet med det samme klippe-enzym – 2 stedet. På den måde har det interessante gen ender, der matcher perfekt med enderne i Ti-plasmidet.Hvis Ti-plasmidet finder sammen med det nye gen, vil plasmidet lukke sig, og vi vil have et nyt plasmid – et med genet indsat, ligesom på figur 5 herunder. Når det nye gen er indsat i Ti-plasmidet, kalder vi Ti-plasmidet for et rekombinant Ti-plasmid.
Figur 5. Når et Ti-plasmid bliver klippet med det samme klippeenzym som det gen, vi er interesserede i, er der en mulighed for, at genet og Ti-plasmidet kan sætte sig sammen. Hvis det sker, får vi dannet et rekombinant Ti-plasmid.
Så: Hvis vi klipper vores antifrys-gen og Ti-plasmidet med det samme enzym, vil vi få de præcis samme klip i TI-plasmidet og genet. Det betyder, at de frithængende baser i det opklippede TI-plasmid kan vælge enten at finde sammen med sig selv igen, ELLER at finde sammen med det nye gen.
Klippe-enzymet genkender sekvensen GAATTC, og når enzymet finder sekvensen, klipper den det dobbeltstrengede DNA op, så vi får to ender, som det ses i figur 5.
Spørgsmål: Kan du se noget specielt ved sekvensen, som klippe-enzymet genkender?
Svar: Sekvensen er palindrom! Det vil sige, at sekvensen er den samme forfra og bagfra, når vi kigger på det dobbeltstrengede DNA. Faktisk er alle klippe-enzymer indrettet sådan, at de genkender palindrome DNA-sekvenser. Andre palindromer (der dog ikke har noget med DNA at gøre) er f.eks. kajak, Otto og sætningen ’tal ud nu undulat’)
Nu kan du selv prøve at se, om du kan få indsat et gen i TI-plasmidet. Prøv øvelsen ”TI-plasmid”, som har to sværhedsgrader.
Grunden til at vi skulle bruge alle de kopier af genet er, at vi får mange forsøg. DNA’et kan ikke tænke, og kan derfor ikke vide, hvordan vi ønsker os, at det rekombinante Ti-plasmid skal se ud. Nogle gange lukker TI-plasmidet sig om sig selv, nogle gange bliver genet indsat omvendt. Der er mange ting, der kan gå galt, og det er altså rent held, hvis TI-plasmidet sætter sig rigtigt sammen med anti-frys genet. Men når man har mange forsøg, så er man heldig en gang imellem! PCR er her en kæmpestor hjælp for os.
Alle de rekombinante Ti-plasmider bliver nu sat ind i en gruppe A. tumefaciens bakterier.
Step 3: Vælg bakterie med genet indsat korrekt
Vi lader nu bakterierne, vi har forsøgt at genmodificere, gro. Nogle få af dem vil have genet indsat rigtigt, men mange af dem vil ikke være det, vi leder efter. Forskerne har mange smarte måder at udvælge de bakterier, de leder efter. Man kan f.eks. bruge antibiotika til at slå de bakterier man ikke skal bruge ihjel.
Nu er vi klar til rent faktisk at få anti-frys genet overført til kartoflen.
Step 4: Overfør gen fra TI-plasmid til plante.
Bakterier med det rekombinante Ti-plasmid – altså med antifrys-genet indsat – overføres nu til en kartoffelplante. Dette kan f.eks. gøres vha. en meget speciel mini-pistol, som kan skyde plasmidet ind i planteceller.
Step 5: Gro en ny, kulderesistent plante
Den nye plante kan nu gro sig stor og med tiden lave nye kartofler, som også vil have udtrykke det nye gen. Kartofler formerer sig nemlig ved at lave kloner!
Vi kan undersøge, om kartoflen rent faktisk har optaget genet ved at sekventere plantens genom. Det betyder, at vi undersøger hele plantens DNA-sekvens. Vi kender DNA-sekvensen for antifrys-genet, og hvis sekvensen kan findes i plantens DNA-sekvens, har vi altså indsat genet.
En anden måde at undersøge, om planten har modtaget antifrys-genet er at vente og teste. Hvis vi venter til kartoffelplanten har vokset sig stor, kan vi udsætte den for kulde, som normale kartoffelplanter ville dø under. Hvis kartoffelplanten overlever, har vi klaret det!
Vi har nu lavet en kulderesistent kartoffelplante, og denne kartoffelplante er en GMO; en genmodificeret organisme.
På figur 6 kan du se et overblik over de skridt man skal tage, for at genmodificere en plante vha. Ti-plasmider.
Figur 6. Brugen af Ti-plasmider til at genmodificere planter.
Øvelser i klassen:
Der er mange forskellige holdninger til GMO – og det er vigtigt, at vi bliver ved med at debattere, hvad der er OK, og hvad, der ikke er OK. Her kan du se nogle øvelser, som I kan lave i klassen.
- Prøv Kahoot-quizzen, der hører til dette emne.
Tankeeksperiment:
Tal sammen om, hvilke begrænsninger de planter vi bruger til fødevareproduktion har. Kan I forestille jer en anden plante eller et dyr, der kan overkomme de(n) begrænsning? Tror I man kan bruge genetiske metoder til at overføre evnen fra den ene organisme til den anden?
Tegn, hvordan I forestiller jer planten nu ser ud/opfører sig!
Idéer til problemer:
- Hvis sommeren er meget tør, har mange planter svært ved at klare sig (løsning: planter, der lever meget tørre steder (kaktus med speciel fotosyntese) eller måske dromedaren)
- Afgrøder, der vokser langsomt (løsning: kig på planter, der vokser hurtigt, f.eks. ukrudt)
I kan også google ”Golden-Rice” og ”Flavr Savr tomato”, som begge er eksempler på GMO’er.
Prøv nu at lave det samme eksperiment med dyr i stedet for planter.
Idéer til problemer: Koen, der ikke producerer nok mælk, fåret med for lidt uld, fisken, der plages af mikroorganismer i vandet
Kan vi løse de her problemer uden GMO?
Ja, vi vælger de bedste kandidater og avler på dem – det tager bare lang tid. For eksempel vokser landbrugsdyr i dag langt hurtigere end de gjorde for bare 100 år siden. Det gør de, fordi landmænd avlede videre på de hurtigst voksende kandidater og undlod at avle på de langsomt voksende.
En samtale om etik og GMOs grænser:
Hvordan kan vi bruge genteknologiske metoder til at forbedre de fødevarer, vi har i dag?
Hvilke problemstillinger bør man tænke på, når man overvejer at genmodificere en fødevare?
Tal sammen om, hvad I synes om genetisk modificerede organismer. Hvornår er det okay, og hvornår er det ikke okay?
Opgaver
Det anbefales, at klassen sammen gennemfører følgende de Kahoots, der hører til introduktionen og hvert teoriafsnit.
Links til de forskellige Kahoots samt svar inkl. forklaringer kan findes under under ‘lærervejledninger’.
Til alle teoriafsnit hører desuden nogle forsøg. Dem kan du finde her;
Et alternativ til koen;
Plantekød;
GMO;
- Klip Ti-plasmid
- Se jordbærs DNA
- Etiske dilemmaer og tankeeksperimenter, der kan gennemføres i klassen findes i bunden af teoriafsnittet om genetisk modificering af planter.
