Teksti Marja Ollakka, kuva Krista Hackzell
”Entsyymit muodostavat merkittävän osan biopolttoaineiden tuotantokustannuksista, ja siksi niiden tuottotasojen parantaminen on tärkeää”, sanoo homesienten sokerinkuljetusproteiineista väitellyt Sami Havukainen.
Sami Havukainen, 33, tutki väitöskirjassaan perusteellisesti Trichoderma reesei -homesienen sokerinkuljetusproteiinien toimintaa. T. reesei on yksi tärkeimmistä sienilajeista bioteknisessä teollisuudessa. Sen avulla tuotetaan esimerkiksi entsyymejä biopolttoaineiden tuotantoprosessiin sekä monen muun teollisuudenalan tarpeisiin.
Mikä on väitöskirjasi merkittävin tulos?
Trichoderma reesei -home hyödyntää ravintonaan lignoselluloosabiomassaa, josta se vapauttaa tuottamiensa entsyymien avulla monia erilaisia sokereita. Vaikka T. reesei -homeen tuottamia entsyymejä on tutkittu paljon, vähemmälle huomiolle on jäänyt, miten biomassasta vapautetut sokerit kuljetetaan solun sisälle.
Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että monet T. reesei -homeen sokerinkuljetusproteiinit vaikuttavat entsyymien tuottotasoihin ja homeen kasvuun eri hiilenlähteillä.
Saamamme tiedot näiden proteiinien toiminnasta pystyvät osaltaan selittämään aiempia tuloksia. Tärkeimmät tulokset koskevat CRT1-nimistä proteiinia, jonka on havaittu olevan tärkeä entsyymien tuotannon kannalta, ja jonka osoitimme toimivan sokerien kuljetuksessa.
Tutkimme sokerinkuljetusproteiinien toimintaa ilmentämällä niitä heterologisesti kahdessa organismissa, leivinhiivana tunnetussa Saccharomyces cerevisiae -hiivassa sekä Xenopus laevis -sammakon oosyyteissä. S. cerevisiae -hiivaa on käytetty paljon homeiden sokerinkuljetusproteiinien ilmentämiseen, mutta X. laevis -sammakon oosyyttejä harvoin.
Mielestäni yksi väitöskirjani merkittävimmistä tuloksista onkin, että osoitimme oosyyttien mahdollistamien elektrofysiologisten kokeiden soveltuvan erinomaisesti homeiden sokerinkuljetusproteiinien tutkimiseen.
Trichoderma reesei on yksi tärkeimmistä sienilajeista bioteknisessä teollisuudessa.
Miten tuloksiasi voi soveltaa?
Tuloksia voitaisiin käyttää parantamaan teollisia T. reesei -tuottokantoja. Yksi T. reesei -sienen luonnollisesti tuottamien entsyymien käyttökohteista on lignoselluloosabiomassan sisältämien hiilihydraattipolymeerien hajottaminen toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotantoprosessissa.
Entsyymit muodostavat merkittävän osan biopolttoaineiden tuotantokustannuksista, ja siksi niiden tuottotasojen parantaminen on tärkeää. Koska sokerien saatavuus vaikuttaa entsyymien tuotantoon, voitaisiin sokerinkuljetusprosesseja manipuloimalla parantaa niiden tuottotasoja.
Toisaalta joitakin sokerinkuljetusproteiineja voitaisiin hyödyntää esimerkiksi hiivan metabolian muokkauksessa. S. cerevisiae -hiivaa käytetään toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotantoprosessissa käyttämään lignoselluloosabiomassasta entsyymien avulla vapautetut sokerit etanoliksi.
Hiiva pystyy kuitenkin hyödyntämään luonnollisesti vain muutamia biomassasta vapautuvia sokereita. Se ei esimerkiksi pysty kuljettamaan kaikkia sokereita tehokkaasti solun sisälle, toisin kuin biomassaa ravintonaan hyödyntävät homeet, kuten T. reesei.
Homeiden sokerinkuljetusproteiinit voisivatkin olla ratkaisu tähän ongelmaan. Tutkimamme XLT1-sokerinkuljetusproteiini pystyy kuljettamaan pentoosisokeri arabinoosia hyvin spesifisesti, ja se voisikin soveltua tähän tarkoitukseen.
Mitä väitöksen tekeminen merkitsi sinulle?
Väitöskirjan tekeminen merkitsi minulle tutkijan taitojen syventämistä ja sinnikkyyden kehittämistä. Oli hienoa päästä perehtymään yhden aiheen pariin moneksi vuodeksi. Opin paljon sokerinkuljetusproteiineista ja niiden tutkimiseen käytettävistä menetelmistä.
Hieno kokemus oli myös päästä käymään tutkimusvierailulla Sveitsissä. Sain sieltä myös paljon hyviä tutkimustuloksia, jotka jouduttivat julkaisujen valmistumista. Toivon, että väitöskirjan tekeminen avaa minulle uusia uramahdollisuuksia.
Mitä teet urallasi seuraavaksi?
Jatkan tutkijan työtäni VTT:llä samassa Protein production -tutkimusryhmässä, jonne tein väitöskirjanikin. Työ on varsin kiireistä, ja siksi kirjakin valmistui vasta muutaman vuoden päästä julkaisujen tekemisen jälkeen.
En ole työskennellyt kuljetusproteiinien kanssa väitöskirjaprojektin jälkeen, mutta toivottavasti pääsisin jatkamaan niiden tutkimista joskus tulevaisuudessa.
Mikä toimii parhaiten työsi vastavoimana – miten tyhjennät pääsi tutkimuksesta?
Perheeseemme kuuluu 2-vuotias tyttö, joten työasiat unohtuvat nopeasti, kun pääsen kotiin touhuamaan hänen kanssaan. Puolisollani on myös kemian alan koulutus, ja on mukava, että pystyn keskustelemaan hänen kanssaan työasioista, vaikka ihan kaikkea emme toistemme töistä ymmärräkään.
Harrastuksiini kuuluu esimerkiksi työmatkapyöräily, joka on pitkän työmatkan suoma etu. Hyvä, että liikunnan voi yhdistää työmatkaan kiireisessä elämäntilanteessa.
Meillä on myös entisten työkavereideni kanssa yhteinen kotiolutharrastus. Olemme kaikki työskennelleet biotekniikan parissa ja voimme oluen tekemisen lomassa keskustella oluen valmistuksen kemiasta ja biologiasta. Pidän myös musiikista ja lukemisesta.
Sami Havukaisen väitöskirja Sugar transport in Trichoderma reesei tarkistettiin 14.6.24 Aalto-yliopistossa. Vastaväittäjänä toimi professori Matthias G. Steiger (TU Wien, Itävalta) ja kustoksena professori Alexander D. Frey Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulusta.
Lue lisää:
Sami Havukainen ORCID-tietokannassa
VTT: Rihmasienet tuottavat lääkkeitä, ruokaa ja biomateriaaleja – melkeinpä mitä tahansa proteiinia
Neste on kemistin mekka – yhteisenä tavoitteena puhtaampi planeetta
Timo Pekkanen: Polttomoottorit eivät ole häviämässä mihinkään
