Väittelijä tutki mahdollisuutta hyödyntää fotosynteettistä syanobakteerisolua teollisena tuotanto-organismina (Väitös: FM Jari Kämäräinen, 2.11.2018, molekulaarinen kasvibiologia)
Ihmiskunnan siirtyminen fossiilisten raaka-aineiden aikakaudesta kestävän kehityksen talouteen vaatii systeemisen tason muutoksia nykyisiin tuotantostrategioihin. Ratkaisuna voisi toimia yhteyttävä syanobakteerisolu, jonka tuotantotehokkuus perustuu organismin yksinkertaiseen rakenteeseen ja solunsisäiseen optimoituun tuotantoketjuun, jota on mahdollista muokata erilaisten kemikaalien valmistamiseen. Turun yliopistossa väittelevä Jari Kämäräinen selvitti väitöskirjassaan mahdollisuutta hyödyntää syanobakteerisolua teollisena tuotanto-organismina.
Turun yliopiston tiedote 19.9.2018
Tällä hetkellä käytössä olevat kestävän kehityksen mukaiset bioteknologiset tuotantomenetelmät eivät riitä korvaamaan öljyä energian lähteenä tai kemikaalien ja polymeerien raaka-aineena. Perinteisiin systeemeihin verrattuna uutena ajatuksena on käyttää fotosynteettistä syanobakteerisolua teollisena tuotanto-organismina niin, että biomassan kerääminen, kuljetus ja käsittely voidaan minimoida, koska fotosynteettinen solu toimii ainoastaan biologisena katalyyttinä, joka muuntaa yksinkertaiset lähtöaineet, hiilidioksidin ja veden, valoenergian avulla suoraan lopputuotteeksi. Tavoitteena on rakentaa organismi, solutehdas, joka voi tuotantomenetelmänä korvata fossiilisia raaka-aineita ja biomassasta valmistettuja tuotteita.
– Fotosynteettisen syanobakteerisolun muuntamiseen laboratorioympäristöstä teollisessa tuotannossa hyödynnettäväksi solutehtaaksi tarvitaan sekä vahvaa perustutkimusosaamista että visionäärisyyttä. Solutehtaan käyttöönottoa on rajoittanut muokattujen syanobakteerikantojen alhainen tuotantotehokkuus, mutta alkuvuosien haasteiden jälkeen tutkimustyö on alkanut tuottaa tulosta. Tiedon karttumisen lisäksi edistyneet biokemialliset tutkimusmenetelmät ja myös uudet laboratoriotekniikat ovat johtaneet siihen, että syanobakteerisolujen aurinkoenergiaan perustuvaa tuotantotehokkuutta on onnistuttu parantamaan jatkuvasti muun muassa geneettisen muuntelun avulla, Kämäräinen sanoo.
Väitöskirjassaan Kämäräinen tutki erilaisten mahdollisten lopputuotteiden haittavaikutuksia syanobakteerisoluille, sekä vaihtoehtoisten syanobakteerien eroja eri kasvatusolosuhteissa. Tulokset osoittivat, että yhdisteiden vaikutus solujen kasvuun väheni siirryttäessä aldehydeistä alkoholeihin ja siitä edelleen hiilivetyihin, ja että pitempiketjuinen yhdiste on yleensä lyhytketjuista toksisempi; kvantitatiivinen vertailu kantojen välillä oli kuitenkin ajoittain ongelmallista solujen morfologisten erojen takia. Lisäksi hän osoitti, että transhydrogenaasi PntAB -entsyymillä on keskeinen merkitys riittävän NADPH -tason ylläpitämisessä silloin, kun valoa ei ole tarpeeksi optimaaliseen autotrofiseen kasvuun ja kun solu käyttää pääasiallisena energialähteenään glukoosia.
– Syanobakteeri sitoo ilman hiilidioksidia suoraan lopputuotteeseen. Ilmastonmuutoksen kannalta fotosynteettisen solutehtaan hyöty on parhaimmillaan suuren mittakaavan tuotteilla, jotka ovat suoraan käytettävissä moottoripolttoaineina, kuten propaani ja etanoli. On mahdollista, että fotosynteettinen solutehdas on valmis tuotannolliseen käyttöön tulevien vuosien aikana, mutta ilmastonmuutoksen lievittämiseksi helpommat ja nopeammat ratkaisut, kuten materiaalien kierrätys ja hiilidioksidin sitominen eloperäiseen ainekseen pitää toteuttaa heti, Kämäräinen painottaa.
Tehokkaampien syanobakteerikantojen lisäksi tarvitaan panostusta myös tuotantotekniikkaan ja fotobioreaktoreihin. Menetelmien edelleen kehittyessä on ilmeistä, että myös automaatio avaa yhä enemmän uudenlaisia mahdollisuuksia niin tutkimuksessa, kuin myös liiketoiminnassa. Kämäräinen on tutkinut syanobakteerisolun tasapainotiloja ja eri syanobakteerikantojen soveltuvuutta teolliseksi tuotanto-organismiksi Turun yliopistossa vuodesta 2011 lähtien ja hänellä on myös yrittäjäkokemusta muun muassa laitekehityksessä vuosien ajalta. Fotosynteettisen solutehtaan hyödyntäminen teollisessa tuotannossa on useiden kansainvälisten tutkimusryhmien mielenkiinnon kohteena ja uudet tuotantomenetelmät sekä ilmastonmuutoksen hillitseminen ovat myös Euroopan unionin tavoitteita.
***
FM Jari Kämäräinen esittää väitöskirjansa Photosynthetic cyanobacteria as future biotechnological hosts; considerations in regards to metabolite toxicity and cofactor redox balance julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 2.11.2018 klo 12.00 (Turun yliopisto, PharmaCity, Pha1-auditorio, Itäinen Pitkäkatu 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Alexei Solovchenko (M.V. Lomonosov Moscow State University, Venäjä) ja kustoksena professori Eevi Rintamäki (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Jari Kämäräinen on syntynyt vuonna 1970 ja suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Kuopion yliopistossa vuonna 2001. Väitöksen alana on molekulaarinen kasvibiologia.
Väittelijän yhteystiedot: p 050-3592785, jarkam(a)utu.fi
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7376-7
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/kamarainen_jari.jpg
