Turun yliopiston molekulaarisen kasvibiologian yksikkö sai lähes miljoonan euron rahoituksen levätuotantolaitoksen rakentamiseen. Fotobioreaktorissa viljellään pohjoismaisia leviä sinisiä biojalostamoja varten.
TURKU.
Turun yliopiston uuden levätuotantolaitoksen avajaisia vietettiin 23. huhtikuuta Ruissalossa sijaitsevassa kasvitieteellisessä puutarhassa.
Kasvitieteellisen puutarhan kasvihuoneeseen perustetun Turun yliopiston bioteknologian laitoksen molekulaarisen kasvibiologian yksikön AlgaTECH-laitoksen toimintaa esiteltiin avajaistilaisuudessa. Levätuotantolaitoksessa tehdään fotosynteettisten mikrobien tutkimusta ja mikrolevän kasvatusta.
Fotosynteettisten mikrobien tutkimusryhmän tavoitteena on kasvattaa mikrolevää kasvihuoneiden jätevesiä hyödyntämällä. Menetelmän avulla voidaan puhdistaa vettä ja ottaa siitä talteen ravinteita sekä vähentää mikrolevän tuotantokustannuksia.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamat ongelmat asettavat merkittäviä vaatimuksia biotaloudelle. Levät voivat tuottaa biotalouden sektoreille kestävää biomassaa, jota voidaan käyttää esimerkiksi ravintona, rehuna tai polttoaineen lähteenä. Suomessa leväsektorin kehitys on toistaiseksi ollut hidasta, johtuen esimerkiksi maamme haastavasta ilmastosta ja korkeista tuotantokuluista.
Fotosynteesin ja bioteknologian erikoisosaamista hyödyntäen Turun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet Suomen ilmastoon soveltuvan ja kiertotalouden periaatteita noudattavan biotalousmallin levien tuotantoon. Ruissaloon perustettu kuutiometrin kokoinen levänkasvatuslaitos on Suomen suurin testilaitos, joka on tarkoitettu bioteknologia- ja biotaloussektoreiden tutkimus- ja testikäyttöön.
Turun yliopiston tutkimusryhmä kehittää levätuotantoa yhteistyössä Euroopan johtavien leväyritysten kanssa.
Tutkimuksessa hyödynnetään pohjoismaisesta luonnosta, Itämerestä sekä suomalaisista järvistä saatavaa monimuotoista mikrolevää.
Levien ruokintaan käytetään maatalouden ja teollisuuden ravinnepitoisia jätevesiä, mikä puhdistaa vettä ja tuottaa arvokasta leväbiomassaa. Tutkimusryhmä tutkii levien erilaisia sovelluksia, joissa keskitytään maatalouskemikaaleihin, lannoitteisiin, elintarvikkeisiin ja rehuihin.
Fotosynteettiset levät ja syanobakteerit tuottavat kolmannen sukupolven kestävää biomassaa biotalouden sektorille. Nämä mikrobit käyttävät auringosta saatavaa energiaa hajottaakseen vettä ja muuntaakseen ilmakehän hiilidioksidia biomassaksi. Ne tarvitsevat myös epäorgaanisia ravinteita, typpeä ja fosforia, kasvaakseen. Leväbiomassaa voidaan tuottaa ja käyttää kestävästi korkealaatuisena ravintona, rehuna tai erilaisten kemikaalien ja polttoaineiden lähteenä.
Suuresta potentiaalistaan huolimatta alalla on haasteita kaupallistaa leväbiomassan sovelluksia, sillä erityisesti tuotantokulut ovat merkittävä pullonkaula mikroleväpohjaisten tuotteiden kaupallisessa hyödyntämisessä. Levien viljely on erityisen haastavaa pohjoismaisessa ilmastossa, jossa on vähän aurinkoisia päiviä ja kylmät talvet.
Projektin päätavoitteena on kehittää innovatiivinen, kestävä ja hyvin kontrolloitava mikrolevän tuotantojärjestelmä, joka sopii Suomen olosuhteisiin.
– Hyödynnämme pohjoismaisesta luonnosta, Itämerestä sekä suomalaisista järvistä, saatavaa runsasta ja monimuotoista mikrolevää. Näin saamme edistettyä Suomen sinisiin biojalostamoihin sovellettavaa tutkimusta, kertoo tutkimusryhmän johtaja, molekulaarisen kasvibiologian professori Yagut Allahverdiyeva-Rinne.
Projektissa hyödynnetään maatalouden jätevesiä levän kasvatuksessa. Tutkimusryhmällä on vahvat suhteet tunnettuihin eurooppalaisiin levätuotantoyrityksiin ja akateemisiin kumppaneihin. Viljelmien automatisoitu, reaaliaikainen seuranta ja ennakoivien tekoälymallien käyttäminen mahdollistavat tehokkaamman ja kustannustehokkaamman mikrolevätuotannon.
Kasvihuoneiden ravinnerikkaan valumaveden uusiokäytön viljelyalustana odotetaan puolittavan mikrolevän tuotantokustannukset. Saatua levämassaa käytetään maataloudessa kasvien biostimulantteina ja biotorjunta-aineina.
Tutkimus on saanut alkunsa pohjoismaisen tutkimuksen huippuyksiköstä NordAquasta (Nordic Centre of Excellence), joka kuuluu NordForskin rahoittamaan pohjoismaiseen biotalouden ohjelmaan (Nordic Bioecononomy Programme). Yksikköä johtaa professori Yagut Allahverdiyeva-Rinne.
Työn taustalla on Euroopan komission sinisen biotalouden foorumin vuoden 2019 lopussa julkaisema sinisen biotalouden etenemissuunnitelma.
Katariina Mäkinen-Önsoy
Tiesitkö?
• AlgaTECHia tukee EU:n innovaatiotoimintahanke REALM ja Maa- ja vesitekniikan tuki ry.
• Euroopan komissio myönsi vuonna 2022 yli 8,5 miljoonan euron rahoituksen REALM-konsortiolle (Reusing Effluents from Agriculture to unLock the potential of Microalgae). Turun yliopisto on yksi konsortion kumppaneista. Horisontti Eurooppa -ohjelmaan kuuluva konsortio muodostuu kuudesta yliopistosta ja kymmenestä yrityskumppanista. Sen tavoitteena on hyödyntää levien potentiaalia maataloudessa ja tukea sinistä biotaloutta Euroopassa.
• Turun yliopistossa tehtävää mikrolevätutkimusta on myös rahoittanut vaikuttavuussäätiön Tandem Industry Academia (TIA). Rahoitukset antavat mahdollisuuden laajentaa leväprojektia muun muassa arvokkaiden kemikaalien valmistamiseen. Leviä voidaan hyödyntää monissa eri käyttötarkoituksissa, kuten elintarvikkeissa, eläinten ja kalan rehussa, lääkkeissä, biopohjaisissa pakkauksissa ja biopolttoaineissa.
Tutkijat onnistuivat herättämään 60-vuotiaita nukkuvia leväsoluja
Turun yliopiston uraauurtavassa tutkimuksessa selvitettiin mikrolevien sopeutumista ilmaston lämpenemiseen tutkimalla Saaristomeren 60-vuotiaita mikroleväsoluja.
Osa mikrolevistä muodostaa leposoluja, jotka vajoavat meren pohjaan kukinnan päätyttyä. Tutkijat ovat nyt onnistuneet herättämään näitä nukkuvia leposoluja sedimenttiytimistä, joiden eri kerrokset pystytään ajoittamaan geologisin menetelmin.
Tulokset ovat maailmanlaajuisesti tarkasteltuina ainutlaatuisia: aiemmin ei ole pystytty osoittamaan mikrolevien sopeutuvan ilmaston lämpenemiseen luonnollisissa ympäristöissä, joissa evoluution monimutkaiset valintapaineet ohjaavat sopeutumista uusiin olosuhteisiin.
Kerättyjen solulinjojen kokeellisen tutkimisen kautta tutkijat ovat voineet todeta lajin sopeutuvan meren todettuun lämpenemiseen. Lajin optimilämpötila on noussut 0,89 °C samalla kun meriveden keskilämpötila on noussut noin 2,5 °C vuosina 1960–2020.
– Soluja herättämällä olemme pystyneet tutkimaan lajin 1960-, 1990- ja 2010-luvuilla eläneitä genotyyppejä. Yksisoluisilla mikrolevillä on meriekosysteemin toiminnalle keskeinen merkitys, sillä ne muodostavat perustan meriympäristön ravintoketjulle. Ne vastaavat myös puolesta maapallon hapentuotannosta, tehden ilmakehästä sopivan niin ihmiselle kuin suurelle osalle planeettamme muustakin elämästä, kertoo Åbo Akademin ympäristö- ja meribiologian tutkija Conny Sjöqvist.
Tutkijat havaitsivat myös, että nykyiset solut reagoivat korkeampiin lämpötiloihin eri tavalla kuin 1960-luvun solut.
Ne muuttavat esimerkiksi geenien toimintaa ja solujen muotoa tehostaakseen ravinteiden imeytymistä korkeampien lämpötilojen edellyttämän intensiivisemmän aineenvaihdunnan tukemiseksi.
Geneettiset analyysit osoittavat lisäksi, etteivät 2010-luvun solut koe korkeita lämpötiloja yhtä rasittavina kuin 1960-luvun solut. Tiettyjä stressigeenejä (engl. heat shock genes) ilmenee nykysoluissa huomattavasti vähemmän, mikä tukee tutkijoiden käsityksiä mikrolevien sopeutumisesta.
– Seuraavaksi tutkimme, mikä merkitys sopeutumisella on tälle avainlajille kokonaisuutena ja mitä ekologisia vaikutuksia tällä voi olla muulle meriekosysteemille. Olemme varsin kiinnostuneita mahdollisista rinnakkaisista muutoksista, joita on voinut tapahtua esimerkiksi mikrolevien rasvahappoprofiilissa ja ravintoarvossa, Conny Sjöqvist toteaa.
Mikrolevien sopeutumista elinympäristön nouseviin lämpötiloihin on tutkittu pitkään. Erityisen kiinnostuneita tutkijat ovat olleet levien sopeutumispotentiaalista, jota on tutkittu etupäässä kokeellisen evoluution menetelmin altistamalla lajeja vieraille ympäristöolosuhteille laboratorioissa. Mikrolevillä on osoitettu olevan suuri sopeutumispotentiaali, mutta aiempia tuloksia on myös kritisoitu siitä, etteivät laboratorio-olosuhteet vastaa luonnossa aidosti tapahtuvia asioita.
– Olen saanut kokeellisen evoluution tutkimuksessa paljon omakohtaista kokemusta laboratorioympäristöihin liittyvistä rajoitteista. Siksi olin innoissani, kun pystyimme ylittämään nämä rajoitukset ja pääsimme tutkimaan evoluutioprosesseja luonnollisissa ympäristöissä. Tämä tutkimus tarjosi tilaisuuden tutkia luonnonvalintaprosessia, mikä antoi korvaamatonta tietoa siitä, miten planktonpopulaatiot sopeutuvat ilmastonmuutoksen asettamiin haasteisiin, sanoo Turun yliopiston tutkija Giannina Hattich.
Tutkimustulokset julkaistiin hiljattain Nature Climate Change –julkaisussa. Tutkimus on ollut innoituksen lähteenä tiede- ja taidekollektiivi Fern Orchestran näyttelyssä Hidden Archives, joka on esillä Brinkkalan galleriassa Turussa.
Lähde: Turun yliopisto
