Utveckling av hållbara och biobaserade UV-filterkemikalier

Projektbeskrivning

Den ultravioletta (UV) strålningen från solen orsakar solbränna, åldring av huden och kan även ge upphov till hudcancer. Det bästa skyddet mot solbränna och hudcancer är naturligtvis att undvika för mycket solljus, men även olika solskyddsmedel finns på marknaden. Solskyddsmedel innehåller UV-filter som antingen reflekterar eller absorberar UV-ljus. UV-filter ingår inte bara i solkrämer och olika kosmetika men används även i många plastmaterial och syntetfibrer. Dessa kemikalier tillsätts för att öka hållbarheten hos till exempel presenningar, utemöbler eller plastdukar på jordbruksmark. Produktionen av UV-filter ökar, för närvarande produceras över 10 000 ton per år över hela världen.

Medan solskyddsmedel är effektiva för att skydda människans hud och plast mot UV-strålning, utgör de samtidigt ett hot mot vår hälsa och miljö. Hos människor kan de orsaka hudsensibilisering, östrogena effekter och till och med tumörer. Dessutom har den utbredda användningen av UV-filter lett till en spridning av dessa substanser i vattendrag, sjöar och hav. UV-filter kan nå miljön när man badar men de läcker också från olika utomhusprodukter, mikroplaster och från avloppsvatten. Avloppsreningsverk är inte särskilt effektiva att avlägsna dessa föroreningar och flera UV-filter har därför detekterats i såväl yt- som avloppsvatten. De kan ackumuleras i näringsvävar och inducera effekter hos insekter och fiskar och har visat sig orsaka korallblekning, eftersom de främjar virusinfektioner i korallerna. Dessutom kan nedbrytningsprodukter av UV-filter omvandlas till ännu mer toxiska produkter. Europeiska kemikaliemyndigheten har därför listat hälften av de mest använda solskyddsmedel i Europa som potentiellt skadliga för miljön och människors hälsa.

Naturliga UV-filter är en möjlighet för att finna mer hållbara alternativ där vi föreslår alger och cyanobakterier som en källa till dessa substanser. Dessa organismer använder solljus för att generera energi i fotosyntesen. För mycket solljus är däremot skadlig även för alger och cyanobakterier och de skyddar sig därför genom att producera naturliga solskyddsmedel. Dessa föreningar är antioxidanter och absorberar UV-ljus mycket effektivt. Extrakt med naturliga solskyddsmedel från makroalger används redan idag i kommersiella solskyddsmedel. Men en stor begränsning i denna produktion är brist på tillförlitlig källa av makroalger. Mikroalger och cyanobakterier är en outnyttjad källa för kommersiell produktion då de kan odlas i bioreaktorer som kan placeras på tak eller annan outnyttjad mark. De växer även extremt snabbt och de kan odlas till exempel i havsvatten eller till och med i avloppsvatten.

I detta projekt kommer vi leta mikroalger och cyanobakterier med stor naturlig produktion av UV-filterkemikalier. Cyanobakterier och mikroalger i nordliga områden exponeras ständigt för ett brett spektrum av ogynnsamma förhållanden (till exempel intensivt ljus kombinerat med låga temperaturer) och förväntas därför producera och ackumulera stora mängder UV-filter. Fotosyntesapparaten kräver ett riktigt bra skydd vid de extrema förhållanden som kan vara i de nordiska och arktiska regionerna. Dessa mikroorganismer förväntas därför producera en stor mängd och/eller olika typer av naturliga UV-filter. Dessutom har vi också tillgång till samlingar med mikroalger och cyanobakterier från hela världen.

När vi väl har identifierat de bästa stammarna kommer vi att testa olika metoder för att isolera och rena de nya naturliga UV-filterkemikalierna från cellerna för att identifiera dess molekylära strukturer. Identifierade kandidater ska screenas för deras potentiella påverkan på kritiska miljömässiga och humana effekter med målet att identifiera de mest hållbara substanserna. Denna analys kommer även att innehålla studier om dess emissionspotential och om de utgör en risk för att nå till exempel dricksvattenresurser. Med det föreslagna tvärvetenskapliga tillvägagångssättet hoppas vi öka vår förståelse för mikroalger och cyanobakterier som en källa för en biobaserad hållbar produktion av framtida UV-filterkemikalier.