Synteettinen kemisti bioteknologian sykkeessä

Miltä tuntuu kasvattaa bakteereja hiilidioksidin johdannaisella ja valjastaa ne tuottamaan kemiallisia työkaluja? Väistyin hetkeksi synteesilaboratoriosta ja sukelsin biotekniikan maailmaan. Löysin sieltä paitsi onnistuneen tutkimusaihion, myös uudenlaisen innon tieteeseen.

Mitä tutkin ja miksi?

Tutkimuksessa kemolitotrofinen Cupriavidus necator -bakteeri valjastettiin kasvamaan formiaatilla ja tuottamaan samalla rekombinantteja Rieske oksigenaasiproteiineja. Tavoitteena oli yhdistää hiilidioksidipohjainen ravintoalusta ja proteiinituotanto tavalla, joka mahdollistaa uudenlaiset bioteknologiset valmistusprosessit.

Taustalla on laajempi yhteiskunnallinen kysymys: miten voimme rakentaa kestävää kemianteollisuutta, joka ei perustu fossiilisiin raaka-aineisiin? Jos bakteereita voidaan ruokkia formiaatilla, joka on suoraan johdettavissa hiilidioksidista, ja muokata ne katalysoimaan orgaanisia reaktioita, voimme tulevaisuudessa vähentää kemikaalituotannon ilmastokuormitusta ja samalla välttää ruuantuotannosta johdettujen sokeripohjaisten raaka-aineiden käyttöä.

Vuosi Alankomaissa. Mitä saatiin aikaan?

Tekniikan edistämissäätiön apuraha mahdollisti tutkijavaihtoni Groningenin yliopistoon Professori Sandy Schmidtin tutkimusryhmään. Ensimmäiseksi kehitimme melko luovan fermentointiprotokolla, jossa C. necator kasvaa formiaatissa ainoana hiilen- ja energianlähteenään. Seuraavaksi kloonasimme kaksi Rieske-entsyymigeeniä bakteeriin sopivaan plasmidiin ja testasimme, onnistuuko rekombinanttisolujen proteiinituotanto myös formiaatilla ruokittuna.

Onneksemme se onnistui hienosti! Lopuksi osoitimme, että formiaattiviljelmät olivat yhtä tehokkaita kokosolukatalyyttejä kuin perinteisessä sokeripohjaisessa liuoksissa kasvatetut solut. Tulos on tärkeä askel kohti hiilineutraalia, mikrobipohjaista kemikaalituotantoa.

Kun kemisti ryhtyy biologiksi

Henkilökohtaisesti suurin edistysaskel oli hypätä oman alani, synteettisen kemian, ulkopuolelle ja opetella biologisia tekniikoita: soluviljelemistä, plasmidikloonausta, proteiinien rekombinanttituotantoa sekä kokosolukatalyysiä. Samalla sain jakaa omaa osaamistani synteettisestä kemiasta isäntäryhmäni käyttöön. Tällainen osaamisen vaihto avaa tutkijalle aivan uudenlaista ajattelua ja antoi uutta virtaa väitöskirjatyön viimeistelyyn.

Mikä tässä työssä koukuttaa?

Nautin eniten hetkistä, jolloin kokeellinen työ, tieteellinen uteliaisuus ja luova ajattelu kohtaavat. Bakteeriviljelmän käyttäytyminen voi joskus yllättää täysin, ja turhauttaa monta viikkoa. Toisaalta, onnistumiset innostavat jatkamaan pahimpien hetkien ylitse. Tekniikan edistämissäätiön tuella toteutettu vuosi Alankomaissa vahvisti käsitystäni siitä, että kestävän tulevaisuuden kemia rakennetaan kansainvälisellä yhteistyöllä sekä laboratorioissa, joissa eri alojen rajapinnat sekoittuvat rohkeasti. Sinne minä haluan suunnata jatkossakin.

Marleen Hallamaa, väitöskirjatutkija Helsingin yliopistosta, toteutti Alankomaiden-vierailunsa 24500 euron Tekniikan edistämissäätiön 2024 vuosiapuralla.