Bark är ett av granens främsta skydd mot yttre påverkan. Varje år produceras bark i miljontals ton som en restprodukt i skogsindustrin. Det mesta av barken eldas upp, vilket dock är en relativt ineffektiv process. För att bättre nyttja barken industriellt behövs grundläggande kunskap om hur den bryts ner biologiskt. Nu har forskare vid Chalmers visat att det första steget är nedbrytning av de toxiska molekyler som finns i höga nivåer i granbarken.
Bark skyddar träd från insekter, mikroorganismer, UV-strålning, brand och annan yttre påverkan. Barriären som barken utgör består till stor del av så kallade extraktivämnen som är toxiska för de flesta mikroorganismer − antingen direkt celldödande eller genom att inaktivera livsnödvändiga proteiner. Men träd, och därmed också barken bryts till slut ändå ned. Hur det här förloppet ser ut i detalj är däremot okänt.
Nedbrytning av granbark
I en nyligen publicerad studie från bland annat forskare på avdelningarna för industriell bioteknik, systembiologi och skogsindustriell kemiteknik har man undersökt nedbrytning av granbark − både vad som händer med materialet och vilka mikroorganismer som förekommer under processen.
− Vi startade den här studien då det inte finns så mycket kunskap om hur barknedbrytning sker i naturen, speciellt över tid. Grundläggande forskning och förståelse är nödvändigt för att man i senare skeden bättre ska kunna ta till vara barken i stället för att elda upp den, säger Amanda Sörensen Ristinmaa, studiens förstaförfattare som nyligen disputerade med sin avhandling om mikrobiella strategier för nedbrytning av bark.
Kartläggning av molekyler och mikroorganismer
Forskarna torkade och malde granbark som man fått från skogsbolaget Holmen AB, som därefter steriliserades med gammastrålning för att garantera att inga levande mikroorganismer fanns kvar. En kultur från det ursprungliga barkmaterialet tillsattes till den steriliserade granbarken. Under sex månaders tid tog sedan forskarna prover för att kartlägga förändringar av kemiskt och biologiskt innehåll, det vill säga vilka kemiska molekyler och mikroorganismer som fanns i barkodlingen och hur innehållet förändrades över tid.
− Väldigt tidigt i nedbrytningsprocessen såg vi att hartssyror, som är en väldigt stor del av de extraktivämnen som finns i bark och som är kända för att vara väldigt toxiska, gick ner i koncentration. Samtidigt kunde vi se att en viss sorts bakterier började dominera och ta över odlingen helt och hållet. Först när hartssyrorna minskat ökade antalet bakteriearter, säger Johan Larsbrink docent på avdelningen för industriell bioteknik.
Isolerade en ny bakterieart
Från odlingen med de hartsnedbrytande bakterierna isolerade forskarna en helt ny bakterieart, som de namngav Pseudomonas abieticivorans.
− Den isolerade bakterien har väldigt få typer av kolhydratnedbrytande enzymer som vanligtvis finns i stora mängder hos mikroorganismer som bryter ner trä och annat växtmaterial. I stället identifierade vi alla kända enzym som behövs för att bryta ner just hartssyremolekyler. Det stärkte våra misstankar om att den kan växa på hartssyra som enda kolkälla, vilket den också gjorde, och den verkar spela en stor roll vid barknedbrytning, säger Amanda Sörensen Ristinmaa.
Namnet abieticivorans betyder just ”ätare av abietinsyra” – en av de vanligaste hartssyrorna i gran.
Extraktivämnen − nyckel till nedbrytning
Även om forskningen kring barknedbrytningen är i sin linda, menar forskarna att studien visar att nedbrytningen av extraktivämnena är nyckeln. Framöver skulle de gärna upprepa studier av granbarksnedbrytning, men även undersöka andra sorters bark för att se om nedbrytningsförloppet är detsamma eller skiljer sig starkt åt mellan olika barksorter.
Att elda upp stora mängder bark, vilket sker i industrin idag, är ineffektivt då barken har ett högt innehåll av både fukt och mineraler som skapar aska.
− Extraktivämnena är väldigt intressanta molekyler, som skulle kunna tas till vara och potentiellt användas till olika antibakteriella material − vilket redan är deras primära funktion. Ur ett hållbarhetsperspektiv vore det bättre att extrahera dem ut restmaterialet och elda upp resten, men det ligger ännu en bit in i framtiden, säger Johan Larsbrink.
Mer om studien
- Läs hela den vetenskapliga studien i Nature Communications: Resin acids play key roles in shaping microbial communities during degradation of spruce bark
- Studiens författare: Amanda Sörensen Ristinmaa, Albert Tafur Range, Eduard J. Kerkhoven och Johan Larsbrink. Institutionen för life sciences vid Chalmers, Alexander Idström och Merima Hasani, institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers, Sebastian Valenzuela Avdelningen för medicinsk kemi och cellbiologi vid Göteborgs universitet, samt Philip B. Pope, Biosciencefakulteten, Norwegian University of Life Sciences.
- Studien är finansierad av Energimyndigheten tillsammans med Vetenskapsrådet (projekt inom Energiriktad Grundforskning), samt Adlerbertska forskningsstiftelsen.
Kontakt
- Docent, Industriell bioteknik, Life Sciences