Fotosynteesin valoreaktioiden toiminnan ymmärtäminen avain syanobakteerien hyödyntämiseen bioenergiatuotannossa (Väitös: FM Henna Mustila, 8.9.2017, molekulaarinen kasvibiologia)
Henna Mustilan väitöstutkimuksen tulokset fotosynteesin vaihtoehtoisista elektroninsiirtoreiteistä auttavat hyödyntämään syanobakteereja esimerkiksi aurinkopolttoaineiden tai hyödyllisten kemikaalien tuotannossa.
Turun yliopiston tiedote 31.8.2017
Syanobakteerit tarvitsevat fotosynteesin avulla tapahtuvaan kasvuunsa vain auringonvaloa, hiilidioksidia ja vettä sekä pieniä määriä kivennäisravinteita. Eri syanobakteerilajit ovat sopeutuneet erilaisiin ympäristöolosuhteisiin, ja osa niistä pärjää erittäin hyvin myös Suomen olosuhteissa.
‒ Nopeakasvuiset syanobakteerit ovatkin tämän vuoksi houkuttelevia isäntäorganismeja synteettisen biologian avulla muokattuina solutehtaina, jotka hyödyntävät aurinkoenergiaa korvaamaan fossiilisia energianlähteitä, sanoo syanobakteereja ja niiden hyödyntämistä tutkinut FM Henna Mustila.
Syanobakteerien kasvatus ei vie peltopinta-alaa kuten energiakasvien viljely, vaan niitä voidaan kasvattaa bioreaktorissa tai altaissa, ja ne elävät jopa jätevedellä.
‒ Syanobakteerien fotosynteesin elektroninsiirtoreitin valjastamista biopolttoaineiden tai muiden arvokkaiden yhdisteiden tuotantoon tutkitaan Turun yliopistossa aktiivisesti. Perusymmärrys fotosynteesin elektroninsiirtoreiteistä ja niiden toiminnan säätelystä auttaa selvittämään syanobakteerien menestyksen taustaa ja luo uusia mahdollisuuksia niiden hyötykäyttöön, Mustila sanoo.
Syanobakteerien flavoproteiinit pelkistävät happea vedeksi
Maapallolla elää lähes 3 000 tieteellisesti todennettua syanobakteerilajia, ja arviolta yhtä monta lajia on vielä löytämättä. Hyvin pieni osa näistä lajeista elää Itämeressä ja aiheuttaa jokakesäiset sinileväkukinnot.
‒ Syanobakteerit ovat kuitenkin tärkeitä varsinkin vesiekosysteemeille, ja ne tuottavat fotosynteesin avulla jopa 30 prosenttia maapallon hapesta, jota hengitämme. Syanobakteerin varhainen esi-isä muodosti noin 1,5 miljardia vuota sitten kasvien viherhiukkasen, Mustila taustoittaa.
Kasveilla ja syanobakteereilla onkin hyvin samanlainen perusrakenne tylakoidikalvojensa fotosynteesin elektroninsiirtoreitissä, sillä kumpikin hyödyntää samoja fotosynteesin valoreaktio-entsyymeitä: valoreaktio I ja valoreaktio II. Näiden reaktioiden valonkeruu- ja säätelymekanismit kuitenkin eroavat huomattavasti syanobakteereilla ja kasveilla.
Aaltojen vaikutuksesta auringonvalo saattaa vedessä vaihtua nopeasti himmeästä erittäin kirkkaaseen. Nopeat valon intensiteetin vaihtelut saattavat vahingoittaa syanobakteerisoluja.
‒ Väitöstyössäni tutkin molekyylimekanismeja, jotka auttavat syanobakteereja sopeutumaan luonnon vaihteleviin valo-olosuhteisiin ja muihin ympäristötekijöihin. Näistä mekanismeista syanobakteereiden spesifiset, rautaa sisältävät flavoproteiinit, pystyvät fotosynteettisten valoreaktioiden välityksellä pelkistämään happea vedeksi.
Mustila käytti väitöstutkimuksessaan fotosynteesin mallina laboratoriossa helposti kasvatettavia yksisoluista Synechocystis sp. PCC 6803 -syanobakteerilajia ja rihmamaista Anabaena sp. PCC 7120 -syanobakteerilajia.
Mustila osoitti työssään, että flavoproteiinit Flv1 ja Flv3 ehkäisevät solua vahingoittavien reaktiivisten happiyhdisteiden syntymistä, mikä suojaa valoreaktio I:ta vaurioitumiselta valointensiteetin vaihdellessa. Osalla syanobakteereista on lisäksi toinenkin flavoproteiinipari, Flv2 ja Flv4, joka taas suojaa valoreaktio II:ta. Mustila tutki, miten näiden Flv2 ja Flv4 -proteiinien tuottumista soluun säädellään. Kolmas Mustilan tutkima säätelymekanismi hyödyntää uudenlaista ferredoksiinia, Fed7, joka tutkimustulosten perusteella välittää fotosynteesin elektronisiirtoketjun hapetus-pelkistys-tilasta tietoa muulle solulle, ja näin auttaa solun aineenvaihduntaa sopeutumaan kirkkaaseen valoon.
‒ Nämä löydöt tuovat lisätietoa fotosyteesikoneistoa ohjaavasta säätelyverkostosta, joka on paljon luultua monimutkaisempi, Mustila sanoo.
***
FM Henna Mustila esittää väitöskirjansa Photoprotective auxiliary electron transport pathways in cyanobacteria julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 8.9.2017 kello 12 (Turun yliopisto, Educarium, Edu 1 -luentosali, Assistentinkatu 5, Turku).
Vastaväittäjänä toimii tohtori Guy Hanke (Queen Mary University of London, Iso-Britannia) ja kustoksena professori Eva-Mari Aro (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Henna Mustila on syntynyt vuonna 1983 Turussa ja kirjoittanut ylioppilaaksi Turun lyseon lukiossa vuonna 2002. Mustila suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2011. Mustila työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.
Väittelijän yhteystiedot: p. 050 593 6135, hmsile@utu.fi
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/mustila_henna.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6916-6