Väitös, biotekniikka, MSc An Nguyen

Väitöskirjan nimi: Enhancing yeast chitin production: From targeted engineering to adaptive evolution 

Väittelijä: An Nguyen
Vastaväittäjä: Prof. Verena Siewers, Chalmers University of Technology, Ruotsi
Kustos: Prof. Paula Jouhten, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Kitiini on yksi luonnon runsaimmista biopolymeereistä; se toimii äyriäisten kuorten ja sienten soluseinien rakennemateriaalina. Sillä on vakiintunut arvo biolääketieteen, elintarvikkeiden säilytyksen, ja maatalouden sovellutuksissa ja kestävänä materiaalina, mutta lähes kaikki kitiini tuotetaan nykyisin äyriäisten kuorista. Tähän liittyy haittoja: äyriäisten kuorten saatavuus vaihtelee kausittain, uutto on kemiallisesti vaativa ja materiaali sisältää äyriäisallergeenejä.

Sienibiomassa on houkutteleva, eläinvapaa, vaihtoehto kitiinin tuotantoon. Kitiinin uutto sienibiomassasta on yksinkertaisempaa eikä sen saatavuuteen liity kausittaisia tai maantieteellisiä rajoitteita. Sienistä leivinhiiva (Saccharomyces cerevisiae) erottuu edukseen: se on tunnustettu turvalliseksi, sitä kasvatetaan jo teollisesti, ja sen genetiikka ymmärretään hyvin. Haasteena on pieni määrä — leivinhiivan soluseinästä vain 1–2 % on kitiiniä.

Tämä väitöskirja pyrki kasvattamaan kitiinin määrää leivinhiivan soluseinässä kahdella strategialla. Ensin suunniteltiin ja käytettiin geneettisiä kytkimiä käynnistämään luonnollinen soluseinän eheyden säätely, mikä lisäsi kitiinipitoisuutta noin viisinkertaiseksi ja mahdollisti kitiinin ja muiden arvokkaiden yhdisteiden samanaikaisen tuotannon bioreaktorissa. Toisessa strategiassa hyödynnettiin adaptiivista laboratorioevoluutiota: leivinhiivaa kasvatettiin useiden sukupolvien ajan soluseinää heikentävän antifungaalisen yhdisteen läsnä ollessa. Näin leivinhiivapopulaatiot sopeutuivat ylituottamaan kitiiniä. Kokogenomisekvensoinnin avulla kitiiniä eniten tuottavasta populaatiosta tunnistettiin rikastuneet mutaatiot, ja leivinhiivakanta, johon rekonstruoitiin kolme näistä mutaatioista, saavutti 7,2‑kertaisen kitiinipitoisuuden villityyppiin verrattuna. Lisäanalyysien perusteella kohonnut pitoisuus ei johtunut kitiiniä syntetisoivien proteiinien määrän kasvusta vaan todennäköisemmin muutoksista niiden solun sisäisessä sijoittumisessa. Lisäksi väitöskirjassa tarkasteltiin adaptiivisen laboratorioevoluution avulla sitä, miten geneettisesti muokatut ominaisuudet säilyvät kasvatettavissa hiivasoluissa, mikä on olennainen näkökohta kaikkea niiden teollista käyttöä ajatellen.

Väitöskirjatyö tuotti geneettisiä ja evolutiivisia työkaluja leivinhiivan kitiinipitoisuuden kasvattamiseksi. Lisäksi osoitettu yhteistuotannon mahdollisuus ja havainnot ominaisuuksien evolutiivisesta säilyvyydestä veivät hiivaperäisen kitiinin lähemmäs teollista hyödyntämistä.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
Email: an.a.nguyen@aalto.fi 
Phone: +3584578773529
Research Group: https://www.aalto.fi/en/school-of-chemical-engineering/microbial-physiology 
LinkedIn: linkedin.com/in/an-nguyen-17b196196