Uutiset

Paula Jouhten haluaa korvata öljypohjaisen kemian mikrobifysiologiaa kontrolloimalla

Tekniikan tohtori Paula Jouhten aloitti vuoden 2022 alussa viiden vuoden määräaikaisen professuurin Biotuotteiden ja biotekniikan laitoksella. Jouhten johtaa Aalto-yliopiston mikrobifysiologian tutkimusryhmää.
Professori Paula Jouhten nojaa kaiteeseen ja hymyilee kameralle.

Kuvataidelukiota käynyt Jouhten sai alkusysäyksen tutkijan uralle silloisen biologian opettajansa vaikutuksesta. Opintoretki Viikin tiedepuistoon on jäänyt mieleen käänteentekevänä hetkenä.

”Tapasimme Viikissä tutkijan, joka tutki perunan viruksia. Se vaikutti olevan hänelle kiehtovin asia mitä maailmasta löytyy. Olin valtavan vaikuttunut siitä, miten innostunut hän oli omasta työstään”, Jouhten kertoo.

Tuohon aikaan geenitekniikan tutkimus oli nousussa ja Jouhten päätyi opiskelemaan bioprosessitekniikkaa Teknilliseen korkeakouluun. Jouhten väitteli tohtoriksi Teknillisestä korkeakoulusta vuonna 2009.

Jouhten on työskennellyt VTT:llä useissa tutkimustehtävissä, viimeksi kahden vuoden ajan Bioanalytiikan ja biologisen datatieteen tutkimustiimin vetäjänä. Matkan varrelle on mahtunut myös kolme vuotta postdoc-tutkijana ja laskennallisena biologina Saksan Heidelbergissä, Euroopan molekyylibiologian laboratoriossa (EMBL), sekä useita lyhyempiä tutkimusvierailuja muihin ulkomaisiin laboratorioihin. 

Tavoitteena laajempi mikrobisolujen hyödyntäminen

Kaikki rakennettu ympäristö ja ihmisten valmistamat materiaaliset asiat pohjautuvat tällä hetkellä öljystä johdettuun kemiaan. Jouhtenen tutkimusryhmä kehittää laskennallisin ja kokeellisin menetelmin mikrobifysiologiaa ohjaavia ratkaisuja, jotka edesauttaisivat mikrobien hyödyntämistä sovelluksissa. Tavoitteena on öljypohjaisen kemian laajamittainen korvaaminen mikrobien kestävästi tuottamilla yhdisteillä.

”Mikrobisolujen aineenvaihdunnan avulla on mahdollista valmistaa kaikki ne yhdisteet, joilla me voimme korvata öljypohjaisen kemian. Korvaamiseen liittyy tosin vielä merkittäviä haasteita, joita haluan olla ratkaisemassa”, Jouhten sanoo.

Yksi suurimmista haasteista on se, että mikrobisolut eivät ole evolvoituneet toimimaan ihmiskunnan tuotantotehtaina. Niiden toiminta perustuu siihen, mikä on ollut hyväksi niiden selviytymiselle ja kasvulle ja sitä ohjaa monimutkainen säätelyjärjestelmä.

Siksi onnistunutkin uusi synteesireitti tuottaa soluissa vain pienen tipan haluttua yhdistettä ilman isäntäsolujen merkittävää optimointia. Jouhtenen mukaan isäntäsolujen optimointia ja siten kannattavan tuoton saavuttamista on onnistuttava nopeuttamaan ja suoraviivaistamaan. Siten uusien mikrobisoluja hyödyntävien tuotantoprosessien kehittämisestä tulee teollisuudelle kiinnostavampaa ja öljypohjaisen kemian korvaamisesta mahdollista.

”Tällä hetkellä tuottotasojen optimointiprosessi sisältää paljon epävarmuutta, kestää liian kauan ja maksaa liikaa. Mikrobisolujen fysiologia ja sen säätely on valtavan monimutkaista, mutta laskennallisten mallien hyödyntämisestä optimointiprosessin ohjaamisessa on jo näyttöä. Me kehitämme uusia mekanistisia ja datalähtöisiä mallinnusratkaisuja mikrobisolujen ja mikrobiyhteisöjen toiminnan ja erityisesti aineenvaihdunnan ohjaamisen suunnitteluun”, Jouhten kertoo.

Luonnonvalinta sekä haasteena että mahdollisuutena

Jouhten näkee yhtenä mielenkiintoisimpana haasteena mikrobien hyödyntämisessä sen, että mikrobisolut elävät ja muuttuvat jatkuvasti. Häntä kiinnostaa tutkia miten eläviin soluihin jatkuvasti kohdistuvan evolutionaarisen valintapaineen seurauksiin voidaan vaikuttaa. Aihetta on Jouhtenen mukaan tutkittu toistaiseksi hyvin vähän.

Valintapaineiden vuoksi organismit, joilla on tiettyjä fenotyyppejä, ovat etulyöntiasemassa selviytymisessä ja lisääntymisessä.

”Mitä enemmän me pystymme nostamaan tuottotasoja, mikä väistämättä vähentää resursseja solujen kasvulta, sitä tärkeämmäksi muodostuu kysymys siitä, miten soluja oikeastaan tulee muokata, jotta me myös saisimme stabiilisti hyviä tuottotasoja luonnonvalinnan paineesta huolimatta.”

Mikrobisoluihin pohjautuvien yhdisteiden valmistamisessa merkittävin haaste on niiden biologinen monimutkaisuus. Tutkijat eivät tarkkaan tiedä, mihin kohtaan muutoksia tulisi kohdistaa, jotta solut alkaisivat tuottaa haluttuja tuloksia. Toisaalta evoluutiovoimien tehokkuutta voidaan hyödyntää nk. adaptiivisen laboratorioevoluution kautta. 

”Valikoimme siis luonnonvalintaa hyödyntämällä jatkuvasti parempia ja parempia soluja, eli rikastamme niitä soluja, joiden elinkelpoisuus on edellistä parempi. Tämä on hyvin tehokas tapa parantaa soluja. Mutta ongelmana on, että parannamme solujen elinkelpoisuutta, emmekä sovelluksissa toivottuja ominaisuuksia, kuten tuottoa, jota haluaisimme parantaa. Haluttujen ominaisuuksien valintaa on kuitenkin mahdollista kontrolloida, jos me pystymme hyödyntämään soluissa vallitsevia geneettisiä riippuvuuksia”, Jouhten kertoo.

Kuka?

  • Tekniikan tohtori, mikrobifysiologian professori
  • Aalto-yliopistoa edeltäneen Teknillisen Korkeakoulun alumna, työskennellyt aiemmin mm. VTT:llä ja Heidelbergissä Euroopan molekyylibiologian laboratoriossa (EMBL).
  • Salibandyn maailmanmestari ja nelinkertainen Suomen mestari. Lopetti pelaajauransa vuonna 2011. Toiminut myös sittemmin valmentajana ja voittanut Suomen mestaruuden kaudella 2018/2019. Kertoo toteuttavansa kilpailuviettiään nykyään tutkimusrahoituksen haussa.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Utuinen ihmishahmo näyttää kävelevän pois päin, varjo heijastuu vaalealle pinnalle
Tutkimus ja taide, Opinnot, Yliopisto Julkaistu:

Maisteriopiskelijoiden näyttely Suomen valokuvataiteen museossa

Valokuvataiteen pääaineen maisteriopiskelijoiden MoA in Photography 23 -näyttely on esillä 12. maaliskuuta asti.
Nainen rannalla tuulisella säällä hymyilee, taustalla meri kuohuaa
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Ranja Hautamäki: ”Monimuotoinen kaupunkiluonto on keskeinen tekijä hyvinvoinnin ja hiilinielujen lisäämiseksi”

Maisema-arkkitehtuurin professori ratkoo ilmastonmuutoksen hillintää ja kaupunkiluonnon hiilinieluja koskevia kysymyksiä.
NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
A portrait of Laureen Mahler.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Laureen Mahler luo origamitaitosten avulla biopohjaisia ja myös katseita kestäviä pakkauksia

Monet pakkausteollisuuden tuotteet perustuvat muoviin ja muihin fossiilipohjaisiin materiaaleihin. Aalto-yliopiston Bioinnovaatiokeskuksessa kehitetään origamitaitoksiin perustuvia ekologisia pakkausratkaisuja, joilla on arvoa myös kauniina esineinä.