Fotosynteesin suojamekanismeista uusia mahdollisuuksia biopolttoaineisiin (Väitös: MSc Luca Bersanini, 26.2.2016, molekulaarinen kasvibiologia)

​Turun yliopiston tiedote 18.2.2016

Bersanini käsittelee väitöstutkimuksessaan syanobakteerien fotosynteesiä suojaavia molekyylimekanismeja, joiden toiminnan ymmärrys on tärkeää, kun syanobakteereja valjastetaan erilaisiin hyötytarkoituksiin, kuten aurinkopolttoaineiden tai hyödyllisten kemikaalien tuottoon.

– Tulevaisuuden syanobakteerisolutehtaissa voidaan hyödyntää väitöskirjassani saatuja tuloksia. Tehokkaat, mutta säädeltävät fotosynteesin suojamekanismit mahdollistavat auringon energian hyötykäytön solutehtaiden toiminnan ylläpitäjinä ja energian varastoitumisena uusiin, synteettisen biologian avulla tuotettuihin biomolekyyleihin, Bersanini sanoo.

Fotosynteesi on tuottanut planeetallemme kaiken hapen, jota hengitämme, ja myös orgaaniset hiiliyhdisteet, joista ravintomme koostuu. Fotosynteesitutkimuksella on pitkä historia, ja viime vuosina tutkimus on ottanut uutta suuntaa sekä ohjannut monet tutkijat hyödyntämään fotosynteesitutkimuksen tuloksia soveltavan tutkimuksen saralla.

Fotosynteettiset syanobakteerisolutehtaat voisivat esimerkiksi sitoa auringon valoenergiaa suoraan biopolttoaineiksi. Syanobakteerien fotosynteesin suojamekanismit ovat kuitenkin vielä puutteellisesti tunnettuja.

– Kun organismit muuntavat auringon valoenergiaa hyödyllisiksi tuotteiksi, ne altistuvat samanaikaisesti myös valostressille. Perustutkimuksen avulla täytyy ensin ratkaista, miten syanobakteerit suojautuvat valotuholta. Väitöskirjatyössäni olen perehtynyt syanobakteerien spesifisiin valosuojautumismekanismeihin, jotka ovat kehittyneet suojaamaan fotosynteesikoneistoa muuttuvissa ympäristöoloissa, Bersanini toteaa.

Näitä mekanismeja kutsutaan vaihtoehtoisiksi elektroninsiirtoreiteiksi, jotka toimivat tavallaan varaventtiileinä ja tarvittaessa poistavat ylimääräisen energian fotosynteettisestä solusta harmittomasti. Tällöin ei aiheudu potentiaalisia fotosynteesikoneiston vaurioita, jotka ovat aina mahdollisia valon aiheuttamassa ylivirittyneessä tilassa.

Väitöskirjassaan Bersanini karakterisoi etenkin kahta vaihtoehtoista elektroninsiirtoreittiä. Tutkimusryhmä löysi kauan etsityn proteiinin (NdhS), joka on osa NDH-1 kompleksiksi kutsutun plastokinonireduktaasin elektroninluovuttajamoduulia. Löytö muutti ryhmän käsitystä koko membraanikompleksin toiminnasta.

Toinen tutkimuksen kohde oli flv4-2 -operoni ja sen toiminta fotosynteesin valosuojautumisessa. Operoni koodaa kahta flavodiiron proteiinia, Flv2 ja Flv4, sekä pientä Sll0218 proteiinia, joilla kaikilla osoittautui olevan spefifiset tehtävät. Flv2 ja Flv4 toimivat heterodimeerinä valoreaktio II:n vaihtoehtoisena elektronien vastaanottajana. Sll0218 proteiini taas auttaa valoreaktio II:n rakenteen muokkaamista sellaiseksi, että elektronin poisto mahdollistuu fotosynteesikoneistoa vaurioittamatta.

***

MSc Luca Bersanini esittää väitöskirjansa Alternative electron transfer routes involved in photoprotection of cyanobacteria julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 26.2.2016 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc1-luentosali, Arcanuminkuja 4, Turku).

Vastaväittäjänä toimii professori Hans C. P. Matthijs (University of Amsterdam) ja kustoksena professori Eevi Rintamäki. Tilaisuus on englanninkielinen.

MSc Luca Bersanini on syntynyt vuonna 1986 ja suorittanut ylioppilastutkinnon 2005 Bresciassa Italiassa. Korkeakoulututkintonsa (MSc) Bersanini suoritti Pavian yliopistossa Italiassa 2010. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.