Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 01.10.1972, Page 17

TIMARIT VFI 1972
79
Lífefnaverkfrceði
Eftir Sigmund Guðbjarnason
v Spurningarnar sem ég mun fjalla
um eru þessar:
1. Hvað er lífefnaverkfræði , (bio-
chemical engineering) ?
2. Að hvaða leyti er nám stúdenta
1 lifefnaverkfræði frábrugðið
venjulegu efnaverkfræðinámi ?
3. Hvaöa erindi á slík verkfræði til
íslands ?
Mun ég reyna að svara þessum
sputningum i stuttu máli.
1. Hvað er lífefnavcrkfræði ?
Lífefnaverkfræði er sú grein efna-
verkfræðinnar, sem notar lífverur,
t.d. gerla, eða lífræna hvata, þ.e.
enzym, sem framleiðslutæki.
Framleiðsla verðmætra efna úr
jurta- og dýraríkinu hefur farið fram
frá því er sögur hófust. Notkun
gerla til framleiðslu víns ög alls kyns
veiga eru elztu dæmi lífefnaverk-
fræðinnar. Veruleg framför í þessari
grein efnaverkfræðinnar verður þó
ekki fyrr en unr 1940, þegar Florey
og Chain hófu rannsóknir á fram-
leiðslu penicillins með gerlagróðri, 11
árum eftir uppgötvun Alexanders
Flemings. Á næstu árum vex þessi
framleiðslumáti og verða gerlar að
afkastamiklu framleiðslutæki til
framleiðslu margskonar fúkalyfja
(antibiotika). Fleiri dæmi um stór-
fellda notkun gerla til efnafram-
leiðslu má nefna t.d. framleiðsla
steroid-hormóna úr einfaldari stero-
idum unnum úr jurtum eða dýralíf-
færum, framleiðsla á efnakljúfum, þ.
e. proteolytiskum og lipolytiskum
hvötum, sem notaðir eru í þvotta-
efni og önnur hreinsiefni.
Lífefnaverkfræðin er nú að byrja
annað vaxtarskeið, sem byggist á
notkun lífhvata (enzyma) til efna-
framleiðslu. Lífhvatar eru eggja-
hvítuefni og er verkun þeirra mjög
sérhæfð, og geta þeir framleitt
stereospecific efni með allt að 10'5
meiri hraða en unnt er að fá með
ólífrænum hvötum.
Lífhvatar eru unnir úr jurta- eða
dýralíffærum og siðan skildir frá
öðrum efnum. Þeir eru síðan bundnir
á yfirborð fastra efna, t.d. við plast
eða gler og þannig er þeim haldið
föstum í þeim ílátum (reaktorum),
þar sem efnabreytingarnar eru látn-
ar fara fram.
2. Að hvaða leyti er nám stúdenta i
lífefnaverkfræði frábrugðið venju-
legu efnaverkfræðinámi ?
Á síðari árum hafa verið stofnaðar
deildir í efnaverkfræði þar sem meiri
áherzla er lögð á lifefnafræði en
tíðkast við venjulegar efnaverkfræði-
deildir. Læra stúdentar, auk hefð-
bundinna námsgreina efnaverkfræð-
innar, mikið um hraða efnabreyt-
inga með lífhvötum. Framhaldsnám
innifelur meðal annars greiningu
flókinna lífefna, hvataverkun og hag-
nýtingu lífhvata til framleiðslu lif-
efna.
Rannsóknarverkefni hafa verið
margþætt en mikið hefur verið unn-
ið að því að finna leiðir til að binda
lífhvata við föst yfirborð, þ.e. að
gera þá óleysanlega án þess að
skerða virkni þeirra eða breyta eig-
inleikum.
Lífhvatar þeir sem mest hafa verið
rannsakaðir eru lysozyme, invertase,
urease, cellulase, glucose, isomerase,
amylase, pepsin og trypsin.
Lifhvatamir eru bundnir óleysan-
legu efni, t.d. cellolose, polystyrene
plasti, glerfrauði o.fl. Er þannig hægt
að halda hvatanum staðbundnum.
Trypsin hefur verið bundið við gler-
frauð með því að nota silanesam-
bönd sem tengiefni.
Y-aminopropyltriethoxysilane er
tengt gleryfii'borði og eftir ummynd-
un amino-hópsins í isothiocyanate
er hægt að binda protein-sameindina
við gleryfirborðið með því að nota
þetta silanesamband sem tengilið.
3. Hvaða erindi á lifefnaverkfræði
til Islands?
Lífefnaverkfræði getur er fram
liða stundir stuðlað að aukinni nýt-
ingu íslenzkra hráefna og skapað áð-
ur óþekktar útflutningsvörur.
Mikið magn af fiskúrgangi, eink-
um innyflum fiska, fellur til á landi
hér og gæti þetta hráefni verið hent-
ugt til framleiðslu margskonar líf-
rænna efna, sem væru lyfjaiðnaðin-
um aðgengileg og heppileg hráefni.
Dr. Þórður Þorbjarnarson hefur nú
um 20 ára tímabil fylgzt með þróun
þessara mála og mögulegri nýtingu
fiskslógs til efnavinnslu. Fram til
þessa hefur efnavinnsla úr fiskslógi
ekki talizt arðvænleg, en með til-
komu enzymverkfræði og þeirra
möguleika, sem þessi framleiðslu-
tækni virðist opna, þá aukast lík-
urnar fyrir betri nýtingu þessa hrá-
efnis.
Lyfjaframleiðendur hafa á síðustu
árum beint athygli sinni í vaxandi
mæli að hafinu í von um nýja lind
hráefna eða ný og frábrugoin efni.
Sem dæmi má nefna framleiðslu
prostaglandinefna úr óvirkum
prostaglandinefnum, sem unnin eru
úr vissum kóraltegundum.
Þessi prostaglandinefni hafa vak-
ið mikla athygli á síðustu árum því
þau virðast líklegust til að verða
áhrifaríkust við takmörkun barn-
eigna. Efni þessi, gefin einu sinni í
mánuði, framkalla fóstureyðingu eða
koma í veg fyrir þungun. Efni þessi
lofa einnig góðum árangri við með-
höndlun hjarta- og nýrnasjúkdóma,
astma o.fl. Fram til skamms tíma
voru efni þessi framleidd að mestu
úr sæðiskirtlum Islenzkra hrúta, en
nú hafa aðrar hagkvæmari leiðir
fundizt.
Athugun hefur verið gerð á þvi
hvort lyfjaframleiðendur hefðu áhuga
á slíku hráefni og hafa viðræður átt
sér stað við aðila frá bandarískum
og þýzkum fyrirtækjum. Virðist
markaður fyrir hendi ef framleiðsla
er möguleg. Næsti áfangi er þvi ít-
arleg rannsókn á þeim hráefnum,
sem aðgengileg eru. Þurfum við að
vita hvaða efni eru fyrir hendi og
hvaða hvatar eru virkastir í hinum
ýmsu líffærum. Þar eð aðrar þjóðir
hafa ekki notað fiskinnyfli I þess-
um tilgangi verða rannsóknirnar að
fara fram hér, en þær krefjast tima,
fjár og rannsóknarmanna með sér-
hæfða þjálfun.