Paula Jouhten haluaa korvata öljypohjaisen kemian mikrobifysiologiaa kontrolloimalla

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.