ºÚÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: Advancing hydrogen-oxidizing ‘Knallgas’ bacteria as production hosts for biotechnology

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Tytti Jämsä
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: apulaisprofessori Sandy Schmidt, University of Groningen, Alankomaat
Kustos: professori Paula Jouhten, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Kasvit ja mikrobit muuntavat hiilidioksidia tehokkaasti arvokkaiksi tuotteiksi. Kasvit sitovat hiilidioksidia ilmakehästä ruoaksi ja materiaaleiksi käyttäen auringonvaloa energialähteenään. Vetyä hapettavat bakteerit käyttävät puolestaan vetyä energianlähteenä hiilidioksidin hyödyntämiseen, mikä on energiatehokkaampi prosessi kuin fotosynteesi. Kun vety tuotetaan kestävästi, nämä bakteerit mahdollistavat hiilineutraalin biotalouden yhdistämisen vetytalouteen ja avaavat uusia mahdollisuuksia kestävään tuotantoon.

Vetyä hapettavia bakteereita hyödynnetään jo teollisesti yksisoluproteiinin tuotantoon ja niillä on merkittävä potentiaali myös biomuovien, polyhydroksialkanoaattien (PHA), valmistuksessa. Niiden laajamittaista käyttöä rajoittavat kuitenkin raaka-aineiden hinta, solun resurssien ohjautuminen ei-toivottuihin tuotteisiin sekä rajallinen tuotevalikoima. Tässä väitöskirjassa pyrittiin ratkaisemaan näitä haasteita.

Tutkimuksessa osoitettiin, että biokaasun rikastuksessa syntyvää hiilidioksidirikasta rejektikaasua voidaan käyttää hiilenlähteenä epäpuhtauksista huolimatta. Se mahdollisti Cupriavidus necator -bakteerin kasvun ja PHA:n tuoton samalla tasolla kuin puhdas hiilidioksidi. Tämä voi alentaa kustannuksia ja vähentää biokaasutuotannon päästöjä.

Lisäksi havaittiin, että geenimuokkauksen avulla PHA:n tuotanto voidaan estää, jolloin solujen resurssit kohdentuvat tehokkaammin proteiinintuotantoon. Muokatut Xanthobacter -kannat tuottivat enemmän yksisoluproteiinia jatkuvatoimisessa kasvatuksessa, mikä helpottaa kasvatusten hallintaa teollisessa mittakaavassa.

Tutkimus laajensi myös bakteerien käyttöä hiilidioksidipohjaisten tuotteiden ulkopuolelle uusiin tuotantoprosesseihin. Työssä osoitettiin lähes 30 g/L ksyloosin pelkistyminen ksylitoliksi C. necator-bakteerissa hyödyntämällä sen NAD⁺:ta pelkistävää hydrogenaasia atomitehokkaaseen kofaktorikierrätykseen.

Tulokset edistävät vetyä hapettavien bakteerien käyttöä monipuolisina ja tehokkaina tuotantoisäntinä.
 

Avainsanat: Biotekniikka, yksisoluproteiini, PHA, biomuovi, ksylitoli, vetytalous, hiilidioksidi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: tytti.jamsa@vtt.fi