Synteettiset supersienet mullistavat biotekniikan mahdollisuudet

Sienet ovat superruokaa, mutta harva tietää että niistä on moneen muuhunkin.

Sienillä on aivan oleellinen merkitys tulevaisuudellemme; ei ainoastaan luonnossa kasviaineksen hajottajina ja täten hiilen kiertokulun avittajina, mutta yhä enemmän myös teollisuudessa polttoaineiden, kemikaalien ja biomuovien tuottajina.

Syötävien sienten lisäksi on olemassa monenlaisia ominaisuuksia omaavia hiiva- ja homesieniä. Näillä mikrobeilla on luontainen kyky käyttää hyväkseen puuta, olkea, erilaista kasvijätettä sekä näistä saatavia sokereita ja muuttaa ne aineenvaihdunnassaan ihmiselle hyödyllisiksi tuotteiksi kuten antibiooteiksi, alkoholiksi, vitamiineiksi tai pesuaine-entsyymeiksi. Sienet ovat – tai olisivat mitä suurimmassa määrin – luonteva ja tärkeä osa biotaloutta.

Miksi sitten Suomessa biotalouden yhteydessä puhutaan vain ”herkkutattien myynnistä italialaisille”? Ja miksi biotalouden suunnitelmissa harvoin puhutaan itse bioteknologiasta ja sen antamista mahdollisuuksista tässä uudessa, fossiilisia raaka-aineita korvaavassa ja biologiseen kasviraaka-aineeseen perustuvassa taloudessa?

Kuluttaja yleensä tietää, että perinteiset biotekniikan tuotteet viini ja olut on valmistettu hiivaa käyttämällä. Harva kuitenkaan tietää, että insuliini on tuotettu geeniteknisesti muokatulla hiivalla ja että farkut ”kivipestään” entsyymeillä, joita homeet tuottavat suurissa suljetuissa astioissa, satojen tuhansien litrojen bioreaktoreissa. Biotaloudesta kiinnostuneilla teknologian soveltajilla ja päättäjillä tulisi kuitenkin olla käsitys modernin bioteknologian luonteesta ja niistä lukuisista mahdollisuuksista mitä se antaa tuotekirjon monipuolistajana.

Teollinen bioteknologia tarkoittaa elävien organismien käyttämistä hyödyksi teollisessa tuotannossa. Ala kehittyy erittäin nopeasti ja pohjautuu tutkimuksen viimeisimpiin saavutuksiin. Hiivat ja homeet eivät todellakaan ole mitään ”perässähiihtäjiä” teknologian maailmassa. Hiivatutkimus sai Nobel-palkinnon vuonna 2001, ja leivinhiivan genomin julkaiseminen vuonna 1996 oli ensimmäinen ihmisenkaltaisen solurakenteen omaavan (eukaryoottisen) organismin koko perintöaineksen selvitystyö. Myös eri homeiden genomeja on nyt määritetty satoja ja näistä tutkijat etsivät parhaita ehdokkaita geeneiksi, jotka esimerkiksi tuottavat entsyymejä biopolttoaineiden valmistamiseksi oljesta tai puujätteestä.

Tutkimuksen uusimpia saavutuksia on leivinhiivalle tehty ensimmäinen kokonainen synteettinen kromosomi vuonna 2014. Tutkimuksen nopeutta kuvaa se, että hiivan koko perimä, kaikki 16 kromosomia, aiotaan korvata ihmisen suunnittelemalla synteettisellä DNA:lla jo vuoteen 2018 mennessä. Tällöin käsissämme on ensimmäinen synteettinen eukaryoottinen eliö: Saccharomyces cerevisiae 2.0.

Synteettinen biologia mullistaa biotekniikan mahdollisuudet jo lähitulevaisuudessa

Synteettisen biologian työkalujen avulla voimme suunnitella ja valmistaa biologisia rakenteita ja eläviä soluja, joita ei ole luonnossa. Tutkija päättää, minkälaisia ominaisuuksia hän haluaa esimerkiksi tuotanto-organismilla olevan, suunnittelee tietokoneella niitä vastaavan uuden geneettisen koodin ja lähettää tämän yritykselle, joka syntetisoi koeputkessa vastaavat geenit, DNA:n. Lukuisia tällaisia synteettisiä DNA-pätkiä voidaan siirtää nopeasti ja tarkasti tuotantomikrobin perintöaineksen osaksi. Synteettiset geenit aktivoituvat ja periytyvät jälkeläisiin.

Tuhansista erilaisista synteettisistä soluista voidaan parissa viikossa seuloa esille parhaimmat haluttuun tarkoitukseen. Solua voidaan tarkastella matemaattisten mallien avulla, digitalisoida, ja synteettisen DNA:n ja organismien teossa käyttää apuna automaatiota ja robotiikkaa. Uusien entistä tehokkaampien ja uusia yhdisteitä tuottavien tuotanto-organismien rakentaminen nopeutuu suunnattomasti. Yritykset ja tutkimusryhmät, joilla on käytössään synteettisen biologian menetelmät, ovat etulyöntiasemassa uusien innovaatioden kehittämisessä ja patentoinnissa.

Monet maat, mukaan lukien EU, katsovat teollisen biotekniikan olevan erityisesti synteettisen biologian vauhdittamana yksi tärkeimmistä tulevaisuuden tekniikoista. Se mahdollistaa kestävän kehityksen mukaisien ratkaisujen kehittämisen laajasti useille eri teollisuuden aloille kuten energia-, kemian-, lääke- ja metsäteollisuudelle.

Mikrobit voidaan saada tuottamaan samoja tuotteita kasvijätteestä kuin nykyisin valmistetaan öljystä ja monia petrokemian tuotteita voidaan korvata mikrobien luonnostaan tuottamilla. Synteettinen biologia mahdollistaa mikrobien kehittämisen nopeasti supertehokkaiksi ja teolliseen tuotantoon sopiviksi. Biologisia ominaisuuksia voidaan siirtää hallitusti lajista toiseen ja suunnitella jopa aivan uudenlaisia toiminallisuuksia, joita elävät solut voidaan ohjelmoida ilmentämään.

Täysin uudenlaiset bisnesideat tulossa

Synteettinen biologia kiinnostaa matemaatikoita, kemisteja ja fyysikoita ja innostaa opiskelijoita ja nuoria yrittäjiä. Biologian toiminnallisuutta ja spesifisyyttä on käytetty vielä hämmästyttävän vähän hyväksi teollisessa tuotannossa.

Nyt bioteknologia mullistuu, ja jo muutamien vuosien kuluessa tullaan näkemään aivan uusia mielikuvituksellisiakin bisnesideoita.  Tärkein ja ensimmäinen sovelluskohde on kuitenkin bioekonomian ratkaisuissa: kemikaalien, polttoaineiden ja materiaalien valmistuksessa uusiutuvista raaka-aineista.

Sienet laajentamaan suomalaista teollisuuspohjaa!

Suomi on ollut edelläkävijä biotekniikan ja sen tärkeimpien tuotanto-organismien – hiivojen ja homeiden – teollisessa hyödyntämisessä ja modernien bioteknologisten menetelmien kehityksessä. Suomalaiset tutkijat voivat saada hiivan tuottamaan tehokkaasti polttoaineeksi soveltuvaa butanolia, homeen erittämään ihmisen vasta-aineita sekä hiivan valmistamaan maitohappoa, joka polymerisoidaan biomuoviksi. Monipuolinen tutkimus- ja kehitystyö on mahdollistunut pitkälti ulkomaisten yritysten kiinnostuksen vuoksi.

Bioteknologia ja synteettisen biologian menetelmin kehitetyt sienet voisivat luoda uusia mahdollisuuksia myös Suomessa korkea-arvoisten tuotteiden teolliseen tuotantoon ja laajentaa suomalaista teollisuuspohjaa.

Tekesin rahoittama ja VTT:n koordinoima synteettisen biologian projekti Living Factories pyrkii madaltamaan suomalaisen teollisuuden kynnystä ottaa käyttöön bioteknologisia tuotantoprosesseja.  Projekti on jo osoittanut, että synteettisen biologian menetelmillä (mm. genomin editointimenetelmä CRISPR) voidaan nopeuttaa tuotantokantojen rakentamista merkittävästi ja alentaa kustannuksia.

Bioteknologia on tällä hetkellä yksi nopeiten kehittyvistä teknologioista, ja on useimpien maiden teknologiastrategioiden kärjessä. Modernissa bioteknologiassa yhdistyvät myös Suomelle tärkeät menestystekijät: huippuosaaminen ja uusiutuvien biopohjaisten raaka-aineiden käyttö.

Merja Penttilä

Tutkimusprofessori

One thought on “Synteettiset supersienet mullistavat biotekniikan mahdollisuudet

  1. Joskus kymmenen vuotta sitten keskustelimme ystäväni kanssa kierrätyksestä ja keskustelun jossain vaiheessa totesin, että “mitä jos tulevaisuuden pullot tehtäisiinkin sokerista ?”. Tuolloin lähes kaikki alkoholipullot olivat lasista, alumiinitölkit vasta tuloillaan ja muoviset pullot loistivat poissaolollaan. Nyt on toisin ja alumiini pakkausmateriaalina jatkaa voittokulkuaan varsinkin oluen -ja muiden mietojen alkoholijuomien päällysteenä. Voisiko tällainen orgaaninen aine olla tulevaisuuden pakkausmateriaali siten, että sen voisi helposti palauttaa luonnon kiertokulkuun kompostoimalla tai kierrättämällä biojätteen seassa ? Visioni tuosta pullosta/pakkauksesta oli kolmekerroksinen. Itse pullo, pullon sisällä oleva nesteenpitävä kalvo (nanoteknologiaa hyödyntäen) ja ohut paperivuoraus päällä, johon olisi sitten painettu kaikki tuotetiedot ja tarvittavat koodit. Tulen jatkossa seuraamaan artikkelin aihealuetta mitä suurimmalla mielenkiinnolla.

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s