Környezetkímélőbb papírgyártás

Ahhoz, hogy a növényi alapanyagból ki lehessen emelni a papírhoz szükséges cellulóz rostokat, azokat el kell különíteni a faanyag más részeitől, így a lignintől. Ennek a folyamatnak évente 150 millió tonna üvegházgáz kibocsátása és sok millió tonna vegyszermaradvány az ára, amelyet a papírgyárak termelnek.

Egy új, a Science folyóiratban publikált kutatásban az Észak-Karolinai Állami Egyetem szakemberei azt járták körbe, hogy miként lehetne javítani ezen a lignin-cellulóz szétválasztási folyamaton. E folyamatban ledarálják a fát, majd vegyszerekkel és vízzel kezelik, hogy a cellulózt és a lignint elkülönítsék.

Próbálkoztak már korábban olyan fák előállításával, mind nemesítés, mind genetikai módszerek útján, amelynek alacsonyabb volt a lignintartalma, azonban nem sok sikerrel. Ez részint amiatt volt, hogy a lignin és a cellulóz előanyagának előállítását a növényekben egy igen komplex genetikai folyamat irányítja, számos anyagcsere-szabályzó anyag segítségével. A korábbi próbálkozásokban e komplex folyamat egyedi elemeit igyekeztek módosítani, azzal a céllal, hogy a lignint könnyebb legyen lebontani.

Most viszont a teljes lignintermelés-szabályozó folyamatot igyekeztek átalakítani a szakemberek, és olyan nyárfákat előállítani génszerkesztés (CRISPR) segítségével, amelyben a lignin sokkal kisebb mennyiségben van jelen. Ehhez először egy számítógépes modellt készítettek, amellyel előrejelezhető volt, hogy a fa egyes génjeinek változásai hatására miként alakult át a fa lignintermelése, és ez miként hat a fa többi összetevőjének kialakulására.

A modell közel 70 ezer lehetséges génszerkesztési módozatot vizsgált át, a lignintermelésben fontos szerepet játszó 21 génen keresztül. 347 különböző stratégia született, ezek elsöprő többségében legalább 3 gént vont be a modell. Ebből a nagy mennyiségből végül hét stratégiát választottak ki a kutatók, amelyek segítségével a génszerkesztett nyárfák 35 százalékkal kevesebb lignint termelnek.
Ezt követően már valós fákkal folytak a további kísérletek, és üvegházban nevelve őket kipróbálták, ténylegesen mennyivel lehet csökkenteni a lignin mennyiségét. Azok a módszerek, amelyekben 6-7 gént is szerkesztésbe vontak, mintegy felére csökkentette a fa lignintartalmát, a 3 génes változatok esetében 32 százalékos volt a csökkenés. Ha csak egyetlen génbe nyúltak bele, akkor szinte semmi változás nem történt. A fák növekedését (legalábbis a vizsgált időszak során) nem befolyásolta a génszerkesztés.

A kutatók arra is kitértek, hogy a csökkentett lignintartalmú nyárfákból készülő fapép mennyisége nagyobb, és előállítása is kevesebb melléktermék keletkezésével jár, ennek köszönhetően 40 százalékkal nő a papírhoz szükséges rost előállításának fenntarthatósága. A csökkentett lignintartalom miatt 20 százalékkal csökken a fapép készítése során kibocsátott üvegházgáz mennyisége.

A kutatók tovább vizsgálják a génszerkesztett fákat, egyelőre még üvegházakban, de bíznak benne, hogy hamarosan terepi kísérleteket is végezhetnek ezzel, a faültetvények és a papírgyártás szempontjából kulcsfontosságú fafajjal.