Teknologian tutkimuskeskus VTT on kehittänyt tehokkaan kokoelman synteettisen biologian työkaluja mikrobien muokkaukseen. Teollisuuden ja tutkimusorganisaatioiden käyttöön tarkoitetut työkalut mahdollistavat ennen näkemättömällä tavalla geenien ilmentämisen erilaisissa hiivoissa ja homeissa. Niiden avulla voidaan yhdistää DNA-järjestelmän osia toisiinsa ja luoda uusia biologisia järjestelmiä käyttäen robotiikkaa ja tehoseulontamenetelmiä.
"Synteettistä biologiaa voidaan hyödyntää, kun etsitään ratkaisuja esimerkiksi bio- ja kiertotalouden ongelmiin ja raaka-aineiden kestävään käyttöön. Sen avulla mikrobeja voidaan muokata tuottamaan tehokkaasti suuria määriä esimerkiksi biopolttoaineita, teollisuuskemikaaleja tai lääkeaineita", kertoo tutkimustiimin päällikkö Jussi Jäntti VTT:ltä.
"Kehitetyt synteettisen biologian työkalut mahdollistavat tehokkaan oppimisen luonnon biologisesta rikkaudesta, ja tätä tietoa hyväksi käyttäen voidaan kehittää uudentyyppisiä biologisia ratkaisuja esimerkiksi maapalloamme uhkaaviin raaka-aineresurssien vähenemiseen ja ilmastonmuutokseen liittyviin ongelmiin. Biomassan bioteknologiseen hyödyntämiseen tähtäävät ratkaisut ovat globaaleja ja niille on laajat vientimarkkinat", sanoo Jäntti.
Uusia mahdollisuuksia teolliseen tuotantoon
VTT:n kehittämä SES-työkalupakki (Synthetic Expression System) mahdollistaa aikaisempaa huomattavasti tehokkaamman ja paremmin kontrolloidun geenien ilmentämisen hiivoissa ja homeissa ja se perustuu DNA:n osiin, joilla on tarkasti määritelty toiminnallisuus. Osia voidaan yhdistellä toisiinsa ikään kuin Lego-palikoita. Näin voidaan rakentaa synteettisiä solunsisäisiä molekyylikoneistoja, joiden avulla voidaan ohjata solujen aineenvaihduntaa tuotettaessa taloudellisesti merkittäviä tuotteita, kuten polymeerien lähtöaineita tai poltto- ja lääkeaineita.
SES-järjestelmän toimintaperiaate mahdollistaa sen käytön tehoseulontamenetelmissä muokattaessa esimerkiksi mikrobien perimää. Järjestelmän toiminta on kasvatusolosuhteista riippumaton. Sen avulla voidaan esimerkiksi helposti ja nopeasti optimoida tuotteen muodostumiseen osallistuvien entsyymien pitoisuuksia.
SES-järjestelmässä käytetyt osat toimivat samalla tavoin eri lajeissa, joten sitä käyttämällä voidaan ilmentää geenejä myös lajeissa, joita ei ole aiemmin merkittävästi tutkittu tai kyetty hyödyntämään bioteknologisesti.
Puhtaita tuotteita edullisesti
Joissakin teollisissa sovelluksissa jopa 90 % valmistuskustannuksista aiheutuu proteiinien puhdistuskustannuksista.
VTT on käyttänyt SES-järjestelmää lähes puhtaiden, arvokkaiden proteiinien tuotantoon Trichoderma reesei -rihmasienessä, joka on yksi yleisimmistä teollisuuden käyttämistä entsyymien tuotantoisännistä. Tuotanto voidaan SES-tekniikalla toteuttaa olosuhteissa, jotka ovat tavanomaisia proteiinien tuottotekniikoita käytettäessä mahdottomia. SES-tekniikalla on mahdollista tuottaa suuria määriä puhtaita proteiineja ja saavuttaa tuotannossa huomattavia säästöjä.
Lisätietoja synteettisen biologian tarjoamista mahdollisuuksista ja VTT:n SES-työkalupakista:
- SES-järjestelmää kuvaava julkaisu: https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gky558/5040049?guestAccessKey=92a53914-fa85-446c-8ff4-1bd30d11ddd5
- SES-järjestelmän työkalujen käyttö metabolian muokkauksessa: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29750501
- SES-järjestelmän käyttö robotiikan avulla tehdyssä tehoseulonnassa: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29729128
