Teksti: Jenni Syvänne, Muovipoli Oy
Tällä kerralla tutustutaan VTT:llä käynnissä olevaan väitöstutkimukseen. Tutkimuksen tavoitteena on muokata hiivoja tuottamaan erilaisia biopolymeerejä. Juttua varten haastateltiin väitöskirjaansa tekevää Anna Ylistä. Ylinen on Aalto yliopiston jatko-opiskelija ja tekee väitöstutkimustaan Centre for Young Synbio Scientist (CYSS) -tutkimusyhteisössä VTT:llä.
Ylisen tutkimuksessa selvitetään, miten leivinhiivasolut saadaan tuottamaan PHA:ta (polyhydroksialkanoaatti). PHA:t ovat biopohjaisia polyestereitä, jotka biohajoavat nopeasti. Niiden etuna on myös se, että mikrobit voivat hyödyntää niitä ravintonaan. Tutkimusten tavoitteena on ollut tuottaa hiivojen avulla erityisesti sellaisia PHA-polymeerejä, joissa on mukana myös maitohappoa. Osa tutkimuksesta on tähdännyt polymeerien ominaisuuksien muokkaamiseen modifioimalla polymeerien kahden eri rakennusosan määrää polymeeriketjussa. Tällä modifioinnilla voitaisiin vaikuttaa tuotettavien biomuovien ominaisuuksiin, kuten venyvyyteen ja läpinäkyvyyteen.
PHA:ta tuotetaan tyypillisesti bakteerien avulla ja niillä saadaan aikaan suhteellisen isoja tuottomääriä, joissa jopa 90 % mikrobien kuivapainosta on tuotettavaa polymeeriä. Hiivoilla tuottomäärät ovat olleet vaatimattomampia ja tämä on todennäköisesti ollut yksi syy miksi hiivoja ei ole kovin paljoa tutkittu PHA:n tuottamisessa. Hiivat kuitenkin kestävät bakteereita paremmin happamia olosuhteita sekä haitallisia yhdisteitä, minkä vuoksi ne voivat sopia paremmin esimerkiksi paperiteollisuuden sivuvirtojen hyödyntämiseen.
PHA:t ovat perinteisesti koostuneet erilaisista 3-hydroksihapoista, esimerkiksi 3-hydroksibutyraatista. Viime vuosien aikana on tullut ensimmäisiä julkaisuja, joissa on saatu hyödynnettyä PHA:n valmistuksessa myös 2-hydroksihappoja, joita löytyy esimerkiksi metsäteollisuuden sivuvirroista. Ylisen tutkimuksessa ajatuksena on ollut tutkia, miten hiivat tuottavat polymeerejä 2-hydroksihapoista, voisivatko solut mahdollisesti hyödyntää tällaista hydroksihappojen seosta ja miten eri happojen määrää voidaan säädellä polymeeriketjussa.
Tähän mennessä Ylinen on osoittanut, että leivinhiivalla (Saccharomyces cerevisiae) voidaan tuottaa PLA:ta (polylaktidia) sekä kopolymeeriä P(LA-3HB), jossa on sekä maitohappoa että 3-hydroksibutyraattia. Hiivoja käytetään perinteisesti maitohapon tuottamiseen ja tuotetusta maitohaposta voidaan myöhemmin valmistaa PLA:ta. Ylisen tutkimuksessa pyrkimyksenä on ollut saada nämä vaiheet yhdistettyä siten, että solut valmistavat maitohapon ja tästä saman tien myös PLA:ta.
Työn aikana on tutkittu myös, miten saataisiin tuotettua isompi osuus solun kuivapainosta PLA:ta, yhdistelmäpolymeeriä ja PHB:ta (polyhydroksibutyraattia, joka on yksi PHA-polymeereistä). Tuloksena on ollut 5-8 kertaisia määriä, kun solun toimintaa on muutettu tietyllä tavalla.
Ylinen on myös tutkinut, miten sellobioosia voitaisiin käyttää hiivasolujen hiilen lähteenä viljeltyjen sokerien, kuten glukoosin, sijaan. Sellobioosi on selluloosan rakenneosa, jota saadaan esimerkiksi hydrolysoimalla entsyymeillä selluloosaa. Viimeinen vaihe hydrolysoinnissa ennen glukoosia on sellobioosi, jonka pilkkomiseksi tarvittavat entsyymit ovat kalliita. Sellobioosin hyödyntäminen sellaisenaan toisi siis mahdollisesti taloudellisia etuja biomuovien valmistukseen.
Ylinen on aloittanut väitöstutkimuksensa vuonna 2017 ja viimeistelee sitä tämän vuoden aikana. Tutkimuksen pohjalta on julkaistu tähän mennessä yksi artikkeli ja työn alla on vielä kaksi muuta artikkelia. Tutkimusta ovat rahoittaneet Maj ja Tor Nesslingin säätiö, Jenny ja Antti Wihurin rahasto (CYSS:n kautta) sekä Kulttuurirahasto.
Lisälukemista: Anna Ylinen, Hannu Maaheimo, Adina Anghelescu-Hakala, Merja Penttilä, Laura Salusjärvi, Mervi Toivari, Production of D-lactic acid containing polyhydroxyalkanoate polymers in yeast Saccharomyces cerevisiae, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 2021; kuab028, https://doi.org/10.1093/jimb/kuab028
Lisätietoja: Anna Ylinen, anna.ylinen@vtt.fi
