Az emberek több tízezer éven át a természetre támaszkodtak, hogy mindent megadjanak nekik, amire szükségük volt ahhoz, hogy kényelmesebbé tegyék magukat. Gyapjúból, pamutból vagy selyemből szőttek ruhákat és szöveteket, és ezeket növényekből és állatokból származó színekkel festették. A fák adták a házak, bútorok és berendezési tárgyak építéséhez szükséges anyagot. Mindez azonban a huszadik század első felében megváltozott, amikor a szerves kémia olyan módszereket fejlesztett ki, amelyekkel ezek közül a termékek közül sokat olajból lehetett előállítani. Az olajból származó szintetikus polimerek, amelyeket mesterséges színezékekkel színeztek, hamarosan felváltották a természetes szálakat a ruhákban és szövetekben. A műanyagok gyorsan felváltották a fát és a fémeket számos fogyasztási cikk, épület és bútor esetében. A biológia azonban talán hamarosan bosszút áll ezeken a szintetikus, kőolajalapú fogyasztási cikkeken. A szigorúbb környezetvédelmi előírások és a nem lebomló szintetikus anyagok növekvő tömege a hulladéklerakókban újra vonzóvá tették a biológiailag lebomló termékeket. A növekvő aggodalom az importált olajtól való függőség miatt, különösen az USA-ban, és annak tudatosítása, hogy a világ olajkészletei nem korlátlanok, további tényezők, amelyek arra késztetik a vegyipari és biotechnológiai iparágakat, hogy a természet gazdagságát kutassák a kőolajalapú szintetikus anyagok helyettesítésére szolgáló módszerek után.

A biotechnológia egy egész ága, az úgynevezett “fehér biotechnológia” foglalkozik ezzel. Élesztőből, penészgombákból, baktériumokból és növényekből származó élő sejteket és enzimeket használ olyan termékek szintetizálására, amelyek könnyen lebomlanak, kevesebb energiát igényelnek és előállításuk során kevesebb hulladék keletkezik. Ez nem új keletű fejlemény: a biotechnológia valójában már jó ideje hozzájárul az ipari folyamatokhoz. A bakteriális enzimeket évtizedek óta széles körben használják az élelmiszeriparban és a mosóporok aktív összetevőjeként, hogy csökkentsék a mesterséges felületaktív anyagok mennyiségét. A transzgenikus Escherichiacoli baktériumokat emberi inzulin előállítására használják nagyméretű fermentációs tartályokban, és az első racionálisan tervezett enzimet, amelyet a mosószerekben a zsírok lebontására használnak, már 1988-ban bevezették. A természetes folyamatok és termékek kiaknázásának előnyei sokrétűek: nem támaszkodnak fosszilis erőforrásokra, energiatakarékosabbak, szubsztrátjaik és hulladékuk biológiailag lebomló, ami mind hozzájárul a környezetre gyakorolt hatásuk csökkentéséhez. Az alternatív szubsztrátokat és energiaforrásokat használó fehér biotechnológia már számos újítást hozott a vegyipar, a textilipar, az élelmiszeripar, a csomagolóipar és az egészségügy területén. Nem meglepő tehát, hogy a tudományos, ipari és politikai döntéshozók egyre nagyobb érdeklődést mutatnak ez iránt az új technológia iránt, annak gazdaságossága és az egészséges környezethez való hozzájárulása iránt, ami a fenntartható fejlődés hiteles módszerévé teheti.

A fehér biotechnológia egyik első célja a biológiailag lebomló műanyagok előállítása volt. Az elmúlt 20 évben ezek az erőfeszítések főként a 3-hidroxisavak (PHA-k) poliésztereire koncentráltak, amelyeket a baktériumok széles köre természetes módon szintetizál, mint energiatartalékot és szénforrást. Ezek a vegyületek a szintetikus hőre lágyuló műanyagokhoz és a propiléntől a gumiig terjedő elasztomerekhez hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, de a talajban vagy a vízben lévő baktériumok teljesen és gyorsan lebontják őket. A legnagyobb mennyiségben előforduló PHA a poli(3-hidroxi-butirát) (PHB), amelyet a baktériumok acetil-CoA-ból szintetizálnak.A Ralstonia eutropha baktérium glükózzal táplálkozva képes száraz tömegének akár 85%-át PHB-ben felhalmozni, ami ezt a mikroorganizmust miniatűr bioműanyag-gyárrá teszi.

Az ilyen bakteriális műanyagok kereskedelmi forgalomba hozatalának fő korlátja mindig is a költségük volt, mivel előállításuk 5-10-szer drágább, mint a kőolajalapú polimereké. Ezért sok erőfeszítést tettek az előállítási költségek csökkentésére jobb baktériumtörzsek kifejlesztése révén, de nemrégiben egy potenciálisan gazdaságosabb és környezetbarátabb alternatíva jelent meg, nevezetesen a növények módosítása a PHA-k szintézisére. Kis mennyiségű PHB-t

először Arabidopsisthaliana-ban állítottak elő, miután az R. eutropha génjeit, amelyek két, az acetil-CoA PHB-vé történő átalakításához szükséges enzimet kódolnak, bevitték (Poirier et al., 1992). A Monsanto (St Louis, MO, USA)1999-ben továbbfejlesztette ezt az eljárást. Bár a polimereknek ez az új hulláma hatalmas potenciállal rendelkezik, fejlődésének időzítése bizonytalan. A kezdeti lelkesedés után a Monsanto és az AstraZeneca (London, Egyesült Királyság) a költségekkel kapcsolatos aggályok miatt felhagyott ezekkel a projektekkel. “A biopolimerek növényekből történő előállítása ígéretes és izgalmas tudományos kihívás” – mondta Yves Poirier a svájci Lausanne-i Egyetem Ökológiai Intézetének Növényi Biotechnológiai Laboratóriumából. Úgy véli, hogy a vállalatok vonakodnak ezeket a projekteket folytatni, mert hosszú távú beruházásokat igényelnek, amelyek nem felelnek meg a vállalatok pénzügyi és időbeli ütemtervének. “További genetikai módosításokat kell még bevezetni a növényekbe a javításukhoz”, mondta, “és ha egyszer ezeket a növényeket létrehozták, különleges betakarítási és kezelési protokollokat igényelnek, a hagyományos növényekhez képest”. Mindez komoly beruházásokat jelent az új infrastruktúrákba és feldolgozórendszerekbe, valamint jelentős időt vesz igénybe”. Nagyjából nyolc-tíz évre becsüli, hogy mennyi időbe telik, amíg a növényi eredetű PHA-k gazdaságilag életképessé válhatnak.

A kukoricacukorból történő pólógyártás tervei ugyanilyen zsákutcába jutottak. A Dupont (Wilmington, DE, USA), a nejlont feltaláló vállalat évek óta fejleszti az 1,3-propándiol (PDO) alapú polimert, amely új szintű teljesítményt, rugalmasságot és puhaságot biztosít. A Dupont Illinois állambeli (USA) Decaturban található polimerizációs üzemében a gyártás egy környezetbarát dimenzióval bővült, és a PDO-t már sikeresen állították elő kukoricacukorból, egy megújuló erőforrásból. De bár a kukorica alapú polimerjük, a Sorona® környezetbarátabb és jobb tulajdonságokkal rendelkezik, ismét a piacokon múlik, hogy sikeres legyen. “A vállalat tervezi a kőolajalapú gyártásról a bioalapúra való hatékony áttérést” – mondta Ian Hudson, a Dupont Sorona® üzleti igazgatója – “de ez akkor fog megtörténni, ha a gazdasági folyamat és a piaci igények indokolják az átállást.”

A Cargill Dow (Minnetonka, MN, USA) egy lépéssel tovább ment. A vállalat kifejlesztett egy innovatív biopolimert, a NatureWorks™-t, amely felhasználhatóa ruházati cikkek, csomagolások és irodai bútorok gyártásához. A polimer tejsavból származik, amelyet a kukoricacukor erjesztéséből nyernek. Már eredményesen piacra került, és nemrég jelent meg az amerikai élelmiszerboltokban bioélelmiszerek csomagolásaként.

A másik termék, amely nagy hasznát veheti az innovatív biotechnológiának, a papír. A papírgyártás során felmerülő költségek és jelentős környezetszennyezés nagy részét a “kraftolás”, a faanyagból a lignin eltávolításának módszere okozza. A lignin a cellulóz után a második legnagyobb mennyiségben előforduló polimer a természetben, és a növények szerkezeti stabilitását biztosítja. Tekintettel az elérhető jelentős gazdasági előnyökre, számos kutatási erőfeszítés irányult a lignin mennyiségének csökkentésére vagy a lignin szerkezetének módosítására a fákban, a fák növekedésének és szerkezeti integritásának megőrzése mellett. Ilyen tulajdonságokkal rendelkező, géntechnológiával módosított fák már léteznek (Hu et al., 1999; Chabannes et al., 2001; Li et al., 2003), de pénz valószínűleg nem lesz belőlük egyhamar. Bár a papíripar jelentős nyereségre tehetne szert a termelési költségek csökkentésével, ilyen irányú nagy projektekre még nem került sor. Alain Boudet, a Paul Sabatier Egyetem (Castanet-Tolosan, Franciaország) Növényi Biotechnológiai Központjának professzora a transzgenikus fa kereskedelmi forgalomba hozatalának két fő akadályát azonosította. “Először is, a módosított ligninnel rendelkező fáknak több vizsgálatra van szükségük a laboratóriumon kívüli, tényleges szabadföldi teljesítményüket illetően, mielőtt széles körben felhasználnák őket” – magyarázta. “Másodszor, és ez sokkal nehezebb, meg kell hódítani a közvélemény elfogadottságát a még új transzgenikus szervezetekkel és a belőlük származó termékek forgalmazásával szemben.”

A fehér biotechnológia is a megújuló erőforrásokból és biomasszákból történő energiatermelésre összpontosít. A kukoricából, burgonyából, cukornádból és búzából származó keményítőt már használják a benzin helyettesítésére szolgáló etanol előállítására – Henry Ford első autója etanollal működött. Ma a Brazíliában értékesített motorüzemanyagok egy része tiszta, cukornádból nyert etanol, a többi pedig 20%-ban tartalmaz etanolt. Az USA-ban az összes eladott üzemanyag 10%-a 90%-ban benzin és 10%-ban etanol keveréke. A Gazdasági Együttműködési és Fejlesztési Szervezet 2001-es, a biotechnológiáról és az ipari fenntarthatóságról szóló jelentése szerint az USA-ban jelenleg 58 üzemanyaggyár működik, amelyek évente közel 6 milliárd liter etanolt állítanak elő.

A keményítő etanollá alakítása azonban sem környezetvédelmi, sem gazdasági szempontból nem a leghatékonyabb módszer, mivel az etanol előállítására szánt növények termesztése gyomirtó szerek, növényvédő szerek, műtrágyák, öntözés és gépek használatával jár. Az olyan vállalatok, mint a Novozymes (Bagsvaerd, Dánia), a Genencor (PaloAlto, CA, USA) és a Maxygen (Redwood City, CA, USA) ezért olyan módszereket kutatnak, amelyek kifejezetten a fában, fűfélékben és – ami még vonzóbb – mezőgazdasági hulladékokban található celluloidanyagból állítanak elő etanolt. Erőfeszítéseik nagy része olyan hatékonyabb baktériumcellulázok kifejlesztésére összpontosul, amelyek képesek a mezőgazdasági hulladékot egyszerű cukrokká bontani, hogy bőségesebb és olcsóbb nyers szubsztrátot hozzanak létre az etanol előállításához.

A reményteljes látnokok máris a régi “szénhidrogén-gazdaság” helyébe lépő “szénhidrát-gazdaságról” beszélnek. Azonban “a biomassza hatékony alapanyaggá tétele nem olcsó folyamat” – emlékeztetett KirstenStær, a Novozymes érdekképviseleti kommunikációs igazgatója. A bioüzemanyag-termelés kereskedelmi alapon történő beindításához az új alapanyaggyűjtő rendszerek fejlesztése és a speciális termelőüzemek létrehozása mellett a bioüzemanyag másfajta árazására is szükség lesz – jegyezte meg. “A fosszilis tüzelőanyagok árszerkezetét a piacon szabályozási keretek határozzák meg. Ha a bioüzemanyag-gyártás sikeres akar lenni, akkor olyan politikákat kell érvényesíteni, amelyek például a bioetanolgyártás támogatását vezetik be, vagy megadóztatják a fosszilis üzemanyag-előállítást” – mondta Stær.

Ez nem akadályozta meg J. Craig Ventert abban, hogy tavaly megalapítsa az Institute forBiological Energy Alternatives (IBEA) szervezetet Rockville-ben, Marylandben (USA), hogy a tisztább energiaforrások előállítását szorgalmazza. Az IBEA nemrégiben 3 millió dolláros támogatást kapott az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumától, elsősorban a hidrogén előállítására alkalmas mesterséges mikroorganizmusok kifejlesztésére. Ez az organizmus a cukorképzéshez szükséges génektől megfosztva, amelyek általában hidrogénionokat használnak, minden energiáját a felesleges hidrogén előállítására fordíthatná, és ideális esetben szintetikus energiatermelővé válhatna.

A fehér biotechnológia az orvostudomány és a mezőgazdaság számára is előnyös lehet. A B2-vitamint (riboflavin) például széles körben használják az állati takarmányokban, az emberi táplálkozásban és a kozmetikumokban