Sinileviä on mahdollista hyödyntää muutoksessa kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa (Väitös: FM Eerika Vuorio, 26.6.2020, molekulaarinen kasvibiologia)

Tutkimus keskittyi erityisesti sinilevien luontaisiin ”diesel-kokoluokan” hiilivetyihin, muovien lähtöaineena käytetyn etyleenin tuottoon sekä kiertotalouteen lisätyn asetaatin avulla. Väitöskirjan osatutkimuksissa validoitiin geeniteknologian välineitä sinileväkantojen muokkaukseen.

– Yhteyttävien syanobakteerien eli sinilevien kyky tuottaa polttoaineeksi soveltuvia hiilivetyjä on ollut pitkään tiedossa, mutta tuotannon tehostaminen on ollut haastavaa, Turun yliopistossa väittelevä Eerika Vuorio kertoo.

Hiilivetyjen luontainen tehtävä soluissa vaikuttaa mahdollisuuksiin tehostaa niiden tuotantoa

Väitöskirjatyössä pyrittiin selvittämään hiilivetyjen luontaista roolia soluissa, jotta mahdollisuutta tuotannon tehostamiselle pystyttäisiin myöhemmin arvioimaan. Hiilivetyjen ja niiden tuotantoon liittyvän keskeisen entsyymin (ADO; aldehyde deformylating oxygenase) havaittiin olevan vuorovaikutuksessa solukalvojen kanssa. Lisäksi hiilivetyjen saturaatio ja määrä olivat tarkkaan säädeltyjä ja yhteydessä solujen kasvatuslämpötilaan. Väitöstutkimus osoittaa, että hiilivietybiosynteesin estäminen vaikutti negatiivisesti yhteyttämiseen, hiiliaineenvaihduntaan ja sitä kautta kasvuominaisuuksiin ja solujen kellumiseen.

– Saadut tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että hiilivedyillä on tärkeä konservoitunut tehtävä sinilevissä, vaikka monia kysymyksiä jäi vielä avoimeksi, Vuorio selittää.

Lajispesifiset erot sinileväkantojen välillä on tärkeä huomioida tuotantostrategiaa suunnitellessa

Väitöskirjassa tutkittiin myös muokattujen syanobakteerikantojen käyttömahdollisuuksia haihtuvan lyhytketjuisen hiilivedyn, etyleenin, tuotossa. Etyleeniä käytetään muun muassa muoviteollisuuden lähtöaineena, ja näin ollen sen tuotanto fossiilisesta öljystä on yksi kemian teollisuuden suurimmista yksittäisistä hiilidioksidin lähteistä.

Sinilevien käytön tuottostrategia pohjautuu siihen, että genomiin siirretyn efe (ethylene forming enzyme) -geenin avulla solu kykenee valmistamaan luontaisista aineenvaihduntatuotteista etyleeniä, joka haihtuu spontaanisti ulos solusta. Synechococcus-kanta on usein kärsinyt etyleenin tuotosta, kun puolestaan vastaavaa ei ole havaittu Synechocystis-kannalla.

Väitöskirjatyössä selvitettiin syytä kantojen väliseen eroon ja havaittiin eron johtuvan lajispesifisistä geneettisistä ominaisuuksista, jotka pitää ottaa huomioon kantoja muokattaessa.

– Kun tuotantostrategiassa huomioitiin nämä erot, myös Synechococcus-kannan havaittiin soveltuvan etyleenin tuottoon, Vuorio kertoo.

Sinileviä on mahdollista käyttää kiertotalouden jätevirtojen hyödyntämiseen

Lisäksi väitöstutkimuksessa pureuduttiin kiertotalouden periaatteiden soveltamiseen. Väestön kasvaessa ja maapallon kantokyvyn rajallisuuden tullessa vastaan on havaittu ”take, make, dispose” -yhteiskunnan kestämättömyys. Kiertotaloudessa energian ja materiaalin kulkua pyritään hidastamaan ja hyödyntämään yhden prosessin jätevirtoja lähtöaineena toisessa prosessissa.

– Vaikka sinilevien bioteknologian hyödyt perustuvat ennen kaikkea solujen yhteyttämiskykyyn, ne pystyvät hyödyntämään myös muita energian ja hiilen lähteitä, Vuorio kuvaa.

Asetaatti on käymisprosesseissa vapautuva jäte, jonka vaikutuksia sinileväkasvatuksiin selvitettiin sekä villityyppi-soluilla että muokatuilla soluilla, joihin oli lisätty geeni mahdollistamaan asetaatin tehokkaampi siirtyminen solun sisälle. Asetaatin havaittiin tehostavan solujen kasvua erityisesti olosuhteissa, joissa valon määrä oli vähäinen, mutta vaikuttavan myös solun muuhun metaboliaan.

***

FM Eerika Vuorio esittää väitöskirjansa ”Evaluating the possibilities and limitations of cyanobacterial hosts for future biotechnological applications” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 26.6.2020 klo 12.00.

Turun yliopiston väitöstilaisuuksia ei koronavirustilanteen vuoksi järjestetä yleisötilaisuuksina. Väittelijä, vastaväittäjä ja kustos ovat vähintään ääniyhteydessä. Yleisön on mahdollista seurata väitöstä etäyhteyden kautta: https://utu.zoom.us/j/69912281406

Vastaväittäjänä toimii Dr. David Fewer (Helsingin yliopisto) ja kustoksena apulaisprofessori Pauli Kallio (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.

Väitöskirjan lukukappale on yliopiston Natura-rakennuksen infopisteessä (kulku Vesilinnantien puoleisen ulko-oven kautta: Vesilinnantie 3, 20500 Turku), josta sitä voi pyytää puhelimitse (numero ulko-ovessa) arkisin klo 9–15 päivystävältä henkilökunnalta paikan päällä tutustuttavaksi.

Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus

Väittelijän yhteystiedot: eerika.vuorio@icloud.com