Diplomiopiskelijat tutkivat syanobakteerien mahdollisuuksia kestävässä kemikaalien tuotannossa

Juuso Triipponen ja Frans Uusipaavalniemi ovat viidennen vuoden bioteknologian opiskelijoita Kestävät biotekniset prosessit -linjalta. Heidän diplomityönsä keskittyvät syanobakteereihin ja samassa laboratoriossa työskennellessä heille on tullut tutuiksi myös toistensa tutkimukset. Opiskelijat käyttivät tutkimuksissaan erilaisia geneettisesti muokattuja syanobakteerikantoja ja solujen kasvatukseen suunniteltuja fotobioreaktorilaitteistoja.

Syanobakteereilla ja fotosynteesillä on paljon potentiaalia teollisuuden kestävän kehityksen kannalta. Fotosynteesiä hyödyntämällä tiettyjä kemikaaleja voitaisiin tulevaisuudessa tuottaa auringon valon ja hiilidioksidin avulla nykyisin käytettyjen fossiilisten raaka-aineiden sijaan. Edessä on vielä monia haasteita, mutta se on osa uusien teknologioiden kehitystä. Päämäärä tuntuu opiskelijoista ja heidän ohjaajastaan apulaisprofessori Pauli Kalliosta kuitenkin tavoittelemisen arvoiselta.

– Näiden bioteknologioiden kehitys ei ole vielä niin pitkällä, että ne voitaisiin suoraan valjastaa teolliseen kaupalliseen käyttöön. Siirtymä laboratoriosta teollisuuteen vaatii vielä tutkimustyötä ja panostusta sekä bioprosessien että laitteistojen kehitykseen, Kallio kertoo.

Triipposen tutkimuksessa käyttämät solut olivat muokattu tuottamaan etyleeniä. Etyleeni on haihtuva hiilivety, jota valmistetaan toistaiseksi fossiilisista raaka-aineista ja käytetään teollisuudessa muovien valmistukseen. Triipponen tutki diplomityössään uutta tuottomenetelmää, jossa syanobakteerit kasvavat korkeaan solutiheyteen bioreaktorissa suuren valointensiteetin ja hiilidioksidipitoisuuden ansiosta. Näin saavutetaan mahdollisimman suuri etyleenin tuotanto kasvatustilavuutta kohden.

Uusipaavalniemi keskittyi muokattujen syanobakteerien tuottamaan orgaaniseen happoon, 3-hydroksibutyraattiin, jota voidaan myös käyttää muovien ja biopolymeerien raaka-aineena. Hän pyrki kehittämään jatkuvatoimisen tuottoprosessin, jossa soluja kasvatetaan yhtäjaksoisesti useita kuukausia. Laitteeseen pumpataan jatkuvasti hiilidioksidia ja ravinteita, ja 3-hydroksibutyraatti kerätään talteen läpi tulevasta kasvatusliuoksesta. Hän tutki, miten valon voimakkuus vaikuttaa solujen kasvuun ja tuottotasoihin.

Triipposen ja Uusipaavalniemen tuottomenetelmät ovat uusia ja niitä on tutkittu vasta vähän, joten heidän tutkimuksillaan on tärkeä rooli todistaa, että menetelmät ovat mahdollisia. Heidän menetelmänsä, laitteistonsa ja tuloksensa ovat olleet onnistuneita. Triipposen mittaama etyleenin tuotanto on kasvatuksen tilavuuteen verrattuna lähes samalla tasolla, kuin aiemmista julkaistuista tuloksista parhaat. Uusipaavalniemi taas saavutti onnistuneesti hapon jatkuvan tuotannon oikeiden laiteratkaisujen ja kasvatusmenetelmänsä avulla, ja ratkaisi tutkimuksen edetessä ilmentyneitä ongelmia.

Laboratoriosta ja bioreaktoreista kirjoituspöydän ääreen

Diplomitöiden kokeelliset osuudet ovat valmiit, mutta kirjoitustyö on molemmilla vielä kesken. Opiskelijat tunnustavat viettävänsä mieluummin aikaa laboratoriossa tutkimuksensa parissa kuin työpöydän ääressä kirjoittamassa siitä. He pitävät kirjoittamista labrassa tehtävää tutkimusta stressaavampana, mutta myöntävät jopa pitävänsä tästä työn vaiheesta, kun kirjoittaminen saadaan etenemään.

– Labratyö on tietyllä tapaa monipuolisempaa ja ehkä kiinnostavampaakin, mutta kirjoittaminen vaatii oman paneutumisensa, joten molemmissa on omat puolensa, Triipponen kertoo.

Opiskelijat ovat pitäneet diplomitöiden tekemisestä. Jokainen päivä on ollut erilainen ja tulosten saaminen on tuonut onnistumisen tunteita. Uuden tutkimustyön ja löydöksien tekeminen on heistä jännittävää ja innostavaa.

– Kun näin ne tuotot, niin tuli sellainen hyvä fiilis, että jotain historiaa on tässä ehkä tehty, Uusipaavalniemi kuvailee tutkimuksensa tulosten laskemista.

Opiskelijat kertovat myös opiskelusta teknillisessä tiedekunnassa. Uusipaavalniemi seurasi arvojaan ensin ympäristöteknologian insinööriopintoihin ja sitten biotekniikkaan Turun yliopistoon, jossa hän on oppinut elämästä ja ympäristöstä paljon. Molemmat opiskelijat ovat saaneet tukea ohjaajiltaan diplomitöitä tehdessään ja tuntevat, että heidän opintonsa ovat valmistaneet heitä alan töihin ja tutkimukseen tulevaisuudessa.

– Maailman näkee eri tavalla, kun opiskelee, miten kaikki toimii, Uusipaavalniemi sanoo.

Vaikka syanobakteerien laajamittainen käyttö kemikaalien kestävässä tuotannossa on vielä kehitysvaiheessa, Triipposen ja Uusipaavalniemen tiedoilla, taidoilla ja tutkimuksilla päästään lähemmäs puhtaampaa ja kestävämpää tulevaisuutta.