Apulaisprofessori Yagut Allahverdiyeva-Rinteen johtama Turun yliopiston tutkimusryhmä on saanut Euroopan innovaationeuvoston rahoituksen uuden sukupolven fotosynteettisten solutehtaiden kehittämiseen.
Fotosynteettisten mikrobisolujen, kuten mikrolevien ja syanobakteerien, avulla voidaan tuottaa ruokaa, kemiallisia yhdisteitä ja uusiutuvia polttoaineita. Näin kyetään vähentämään maailmanlaajuisesti fossiilisten polttoaineiden tarvetta.
– Fotosynteettisillä mikrobeilla on kyky muuttaa ilmakehän hiilidioksidi aurinkoenergian avulla hyödyllisiksi lopputuotteiksi, kuten proteiineiksi, hiilihydraateiksi, lipideiksi ja lääkinnällisiksi yhdisteiksi, sanoo Fotosynteettiset mikrobit -tutkimusryhmän vastuullinen johtaja Allahverdiyeva-Rinne.
Synteettisen biologian käänteentekevien uusien työkalujen avulla voidaan kehittää fotosynteettisiä eläviä solutehtaita, joilla leviä ja syanobakteereja voidaan saada tuottamaan erilaisia haluttuja yhdisteitä ja biopolttoaineita.
Fotosynteettinen solutehdas on merkittävä edistysaskel, joka vauhdittaa levien ja syanobakteerien käyttöä teollisesti. Perinteisesti bakteereja on kasvatettu vapaana ravinneliuoksessa, mikä on haastavaa suuressa mittakaavassa. Syanobakteerien sitoma aurinkoenergia tuhlaantuu tällöin biomassan kasvatukseen, ja vain murto-osa energiasta päätyy haluttujen yhdisteiden tuottamiseen.
Keinotekoinen biofilmi estää aurinkoenergian haaskuuta
Turun yliopisto on tunnettu kehittämästään menetelmästä, jolla mikrobisolut kiinnitetään ohuelle läpinäkyvälle kalvolle. Menetelmässä syanobakteeri- tai leväsolut sidotaan geelimäisen aineen sisälle tai pintaan.
Kiinnitetyt syanobakteeri- ja leväsolut eivät jakaannu, mutta pysyvät elossa, ja niiden yhteyttämä valoenergia ohjautuu biomassan tuotannon sijaan haluttujen yhdisteiden muodostumiseen. Kiinnitetyt solut erittävät halutut arvokkaat yhdisteet ulos solusta, ja prosessia voi ylläpitää pitkän aikaa. Yhdisteitä voi ikään kuin lypsää soluista.
– Tämä menetelmä eroaa perinteisistä levien biojalostamoista, jotka perustuvat ajatukseen ”mitä enemmän biomassaa, sitä enemmän tuotetta”, sanoo Allahverdiyeva-Rinne.
Viljanviljelyn tapaan toimivassa perinteisessä menetelmässä biomassaa kasvatetaan useita viikkoja, minkä jälkeen kasvatus tuhotaan, jotta haluttu yhdiste saadaan eristettyä. Prosessi on lyhytikäinen ja kallis.
FuturoLEAF tuo yhteen fotosynteesin, synteettisen biologian, materiaalitieteen, bioteknologian ja pk-yritykset
FuturoLEAF-projektin tavoitteena on yhdistää fotosynteettisten solutehtaiden ja mikrobisolujen kiinnittämisen ohuille kalvoille tuomat hyödyt uuteen fotosynteettisen tuotannon menetelmään, jossa mikrolevät ja syanobakteerit kiinnitetään aiemmin käytetyn alginaatin sijaan nanoselluloosakalvoon.
– Toisin kuin alginaatin, nanoselluloosan huokoskokoa, pintarakennetta ja sitoutuneen veden määrää voidaan räätälöidä tarpeen mukaan. Yhteyttävät mikrobisolut pysyvät elossa nanosellusta valmistetulla kalvolla, joka matkii yhteyttävää puun lehteä, sanoo erikoistutkija Sergey Kosourov Turun yliopistosta.
FuturoLEAF-projektin keinotekoinen lehti toimii tehokkaana fotosynteettisenä solutehtaana, sillä nanoselluloosakalvoon kiinnitettyjen solujen valon ja hiilidioksidin sitominen sekä ravinteiden hyödyntämisen on mahdollisimman tehokasta ja haluttujen yhdisteiden eristäminen aiempaa helpompaa.
FuturoLEAF-konsortio kokoaa yhteen fotosynteesin, synteettisen biologian, materiaalitieteen, bioteknologian ja pk-yritysten huippuosaajia. Konsortion toimintaa koordinoi VTT, joka on tunnettu nanoselluloosatekniikan asiantuntija. Konsortion yhteistyökumppanit ovat Aalto-yliopisto, Kansallinen tieteellinen tutkimuskeskus (Ranska), Grazin tekninen yliopisto (Itävalta) ja Cyano Biotech (Saksa).
