1. No category

NUORET TUTKIJAT 2015
Biokemian laitos
1
A Finnish green machine: Biofuel production from wastewater.
Anita Santana Sanchez
Supervisors: Ph.D. Fiona Lynch & Ph.D. Yagut Allahverdiyeva-Rinne
MOLECULAR PLANT BIOLOGY
Nowadays there is an urgent need to develop alternative energy sources at the scale
that can fully replace the current demand of fossil fuels and also minimize their
harmful effects in the environment.
The simple growing requirements of microalgae and their ability to sequester
atmospheric CO2 have made them an attractive raw material in diverse applications
such as biofuel production and wastewater treatment. So, what about coupling these
two technologies in an integrated system towards a more energetically efficient and
inexpensive production of biodiesel?
The screening of Nordic native microalgae strains is required to identify organisms
well-adapted to the characteristic seasonal variations in this geographical area which
could require less energy input for the cultivation process.
We have assessed eight native Finnish microalgae strains, using synthetic wastewater
as a low-cost nutrient source, for their lipid and biomass productivity, coupled with
their nutrient removal ability. A one-step in situ transesterification method was
employed to maximize the coverage of lipids present in the whole microalgal biomass.
These lipids were converted to Fatty Acid Methyl Esters (FAME) and identified by
GC/MS analysis.
The native Finnish green alga, UHCC0027, stood out as the best candidate for dual
application in wastewater nutrient removal and as a biodiesel feedstock, having the
highest lipid content and a suitable fatty acid composition for a good quality biodiesel
product. However, further optimizations of cultivation conditions may improve both
the energetics and economics of biofuel production using this native strain.
2
Sinileväbakteerin yhteyttämiskoneistoa suojaavan mekanismin mysteeri
Essi Ruohisto
Ohjaaja: dos. Natalia Battchikova
MOLEKULAARINEN KASVIBIOLOGIA
Yhteyttäminen, eli kyky tuottaa kemiallista energiaa vedestä ja auringonvalosta,
kehittyi muinaisessa sinileväbakteerissa 2.5–3.5 miljardia vuotta sitten ja siirtyi
myöhemmin korkeampiin kasveihin endosymbioosin kautta. Yhteyttämisen
ensimmäisessä vaiheessa vesimolekyyli halkaistaan tietyssä proteiinikompleksissa,
fotosysteemi II:ssa (PSII). Reaktiossa vapautuu varauksellisia hiukkasia, elektroneja,
yhteyttämiskoneiston kuljetettavaksi ja lopulta ne sidotaan kemiallista energiaa
kantaviin yhdisteisiin. Kaikkia elektroneja ei aina saada kuljetettua fotosysteemiltä
eteenpäin ja elektronit jäävät PSII:een tai sen ympäristöön. Tällöin muodostuu solulle
vahingollisia happiyhdisteitä (reactive oxygen species, ROS) jotka vaurioittavat
solurakenteita ja yhteyttämiskoneistoa, etenkin PSII:ta. Yhteyttävissä eliöissä onkin
kehittynyt mekanismeja, joiden avulla ylimääräisiä elektroneja ohjataan pois
fotosysteemiltä. Sinileväbakteeri Synechocystiksessä yksi tällainen suojamekanismi
perustuu tiettyihin proteiineihin (Flv2, Flv4 ja Sll0218), joita solu ilmentää
voimakkaasti, kun se altistuu korkealle valolle. Näistä Flv2:n ja Flv4:n on havaittu
muodostavan yhtenäisen heterodimeerin ja Sll0218 on löydetty suuresta
proteiinikompleksista. Mekanismi, jolla proteiinit suojaavat PSII:ta, on toistaiseksi
tuntematon.
Erikoistyön tarkoituksena oli eristää ja puhdistaa Flv2-, Flv4- ja Sll0218-proteiineja
sekä tutkia niiden kanssa vuorovaikutuksessa olevia proteiineja ja siten selventää
mekanismia, jolla proteiinit kuljettavat elektroneja eteenpäin PSII:lta. Puhdistaminen
tapahtui sitomalla proteiineja niihin liitetyn ”hännän” avulla erotteleviin
puhdistusresiineihin.
Puhdistetuista
proteiineista
tutkittiin
mahdollisia
vuorovaikutuspareja geelielektroforeesin ja vasta-aineiden avulla. Puhdistusmenetelmä
oli kuitenkin tehoton Flv2- ja Flv4-proteiineille; oletamme tämän johtuvan siitä, että
proteiineihin liitetyt hännät jäävät Flv2/Flv4-heterodimeerin sisälle, jolloin niiden
sitoutuminen resiiniin oli estynyt. Dimeerin muodostuminen sai tuloksistamme
vahvistusta, sillä Flv2-proteiini löydettiin vasta-aineella Flv4-puhdistustuotteesta.
Sll0218:n puhdistus onnistui hyvin, joskin proteiinin vuorovaikutusparien tutkiminen
jää toteutettavaksi myöhemmin.
3
Eturauhassyöpäsolujen lääkeresistenttiyden syytä etsimässä
Elina Taipalus
Ohjaajat: FM Marjaana Ojalill ja prof. Jyrki Heino
BIOKEMIA
Eturauhassyöpä on suomalaisten miesten yleisin syöpä. Sairauden hoitoa hankaloittaa
syöpäsolujen taipumus kehittyä vastustuskykyisiksi eli resistenteiksi syöpälääkkeille.
Erikoistyössä selvisi, että lääkekäsittelystä eloonjääneillä eturauhassyöpäsoluilla
esiintyi poikkeuksellisen paljon α2-integriiniä ja CD44:ää solujen pinnalla. α2integriini ja CD44 ovat solujen pintaproteiineja, joiden avulla solu kiinnittyy, liikkuu
ja aistii ympäristöään. Tehokkaan syöpähoidon edellytys on, että uudet hoitomuodot
saadaan kohdennettua näihin lääkeresistentteihin soluihin.
α2-integriinin ja CD44:n määrän lisääntyminen viittaa siihen, että lääkeresistenttiyden
ja syöpäsolujen ympäristön välillä saattaa olla yhteys. Kasvaimen ympäristön
tiedetään poikkeavan terveestä kudoksesta, sillä syöpäsolut valjastavat ympäröivät
solut toimimaan syövän edun mukaisesti. Tärkeimpiä näistä ovat sidekudoksen solut,
jotka normaalisti tuottavat muita soluja ympäröivää soluväliainetta. Syöpäsolujen
aktivoimina nämä solut alkavat kuitenkin muokata soluväliainetta sairauden
etenemisen kannalta edulliseksi. Tästä huolimatta soluväliaine ei koeolosuhteissa
riittänyt suojaamaan eturauhassyöpäsoluja lääkkeen vaikutuksilta.
Eturauhassyövän lääkeresistenttiys näyttää siis liittyvän ennemmin paljon α2integriiniä ja CD44:ää solukalvollaan omaavien syöpäsolujen eloonjäämiseen kuin
soluväliaineen suojaavaan vaikutukseen. Meneillään olevilla tutkimuksilla pyritään
selvittämään, miten α2-integriinin ja CD44:n lisääntyminen auttaa soluja selviytymään
lääkekäsittelystä. Tiedon avulla voidaan löytää uusia ratkaisuja syövän
lääkeresistenttiyden voittamiseen.
4
Sukkulamadot auttavat ymmärtämään ihmisenkin entsyymien toimintaa
Jonna Pörsti
Ohjaajat: FM Niina Santio ja Dos. Päivi Koskinen
BIOKEMIA
Mikroskooppisia sukkulamatoja on helpompi käsitellä kuin hiiriä tai muita koeeläimiä. Ne ovat myös edullisia ylläpitää ja yksinkertaisia koe-eläimiä, joita voidaan
käyttää evolutiivisesti hyvin säilyneiden eli konservoituneiden geenien tutkimiseen.
Esimerkiksi ihmisellä on kolme Pim-kinaasia ja sukkulamadoilla kaksi Pim-kinaasin
vastinetta. Kinaasit ovat entsyymejä, jotka aktivoivat tai estävät kohdeproteiininsa
aktiivisuutta liittämällä niihin fosforiryhmän. Erikoistyössä selvitettiin Prk-proteiinien
toimintaa ja mitä tapahtuu, jos proteiinin aktiivisuutta estetään eri tavoin.
Tutkimuksessa havaittiin, että Prk-proteiinit toimivat Pim-kinaasien kaltaisesti, ja että
Pim-kinaasien toimintaa estävät kemialliset yhdisteet eli Pim-inhibiittorit ehkäisevät
myös Prk-proteiinien toimintaa. Tulosten perusteella Pim-inhibiittorit rajoittavat myös
sukkulamatojen kykyä haistaa houkuttelevia tai karkottavia hajuja. Sen sijaan
makuaistiin ne eivät vaikuttaneet.
Prk-proteiinit (engl. Pim-related kinase) ovat sukkulamadoista löydettyjä Pimkinaasien kaltaisia entsyymejä. Liiallinen Pim-kinaasien aktiivisuus lisää solujen
kasvua ja kykyä muodostaa etäpesäkkeitä. Tämän takia Pim-kinaasit ovat lupaavia
syöpälääkekehittelyn kohteita. Tutkimustulosten perusteella voidaan mahdollisesti
olettaa, että ihmisen Pim-kinaasit osallistuvat aistinvaraiseen soluviestinnän säätelyyn,
mikä tarvitsee lisätutkimuksia.
5
Fagosytoosin hapettavat aineet tappavat bakteereja eri mekanismeilla
Reijo Niemi
Ohjaajat: FM Janne Atosuo, Dos. Esa-Matti Lilius
BIOKEMIA
Tutkittujen yhdisteiden tappotehojen havaittiin muuttuvan toisistaan poikkeavin tavoin
kun olosuhteita muutettiin, mikä viittaa niiden erilaisiin tappomekanismeihin.
Vetyperoksidipitoisuuden kasvu johti tehokkaampaan tappoon, kun taas
hypokloriittikonsentraation kasvulla ei ollut vaikutusta tappotehoon. Hypokloriitilla
suurempi bakteeripitoisuus heikensi tappoa, kun taas vetyperoksidilla
bakteeripitoisuus
ei
vaikuttanut
merkittävästi
tappotehoon.
Myeloperoksidaasireaktioissa tappo oli korkeilla pH-arvoilla vetyperoksidin kaltaista,
mutta tehostui merkittävästi alemmilla pH-arvoilla, mikä viittaa myeloperoksidaasin
inhibitioon korkeissa pH:issa. Vetyperoksiditappoon pH ei vaikuttanut merkittävästi,
mutta hypokloriitilla alempi pH tehosti tappoa huomattavasti. Ohjatun solukuoleman
markkerina käytetyn DNA:n pilkkoutumisen tutkiminen on vielä kesken.
Fagosytoosi on prosessi, jossa immuunijärjestelmän solut ottavat sisäänsä ja tuhoavat
patogeenejä. Fagosytoosissa erikoistunut valkosolu ympäröi kohteensa solukalvollaan
ja ottaa sen sisään sytoplasmaan fagosomiksi kutsutun vakuolin sisällä. Sytoplasmassa
fagosomi yhdistyy antimikrobiaalisia aineita sisältäviin lysosomeihin ja rakkuloihin, ja
kohde tuhotaan joko hapesta riippuvaisissa tai riippumattomissa prosesseissa.
Happiyhdisteistä keskeisiä ovat vetyperoksidi ja myeloperoksidaasiksi kutsutun
entsyymin siitä valmistama hypokloorihapoke, joiden toimintaa tässä tutkittiin.
Aineiden tehoa tarkasteltiin eri konsentraatioilla ja bakteeripitoisuuksilla ja eri pHarvoissa. Koeorganismina käytettiin bakteerisoluja, joiden tuottamaa valoa
seuraamalla saatiin tietoa tappoprosessin etenemisestä. Hapettavien aineiden
mahdollisesti indusoimaa ohjelmoitua solukuolemaa tutkittiin leimaamalla E. colin
genomi radioaktiivisella leimalla, erottamalla pilkkoutunut DNA ehjästä, ja
vertaamalla fraktioiden radioaktiivisuutta.
6
Solun sisäistä pH:ta muuttamalla voidaan estää tiettyjen virusten infektio
Moona Miettinen
Ohjaajat: FM Pirjo Merilahti, Dos. Petri Susi
BIOKEMIA
Erikoistyön tarkoituksena oli tutkia erilaisten solun sisäiseen happamuuteen
vaikuttavien aineiden avulla parechovirustyyppien 1 ja 3 pH-riippuvaista mekanismia,
jolla virus pääsee sisään soluun ja infektoi sen. Tutkimuksessa havaittiin käytetyillä
yhdisteillä olevan infektiota estävä vaikutus. Jatkotutkimuksissa selvitetään tarkkaa
kohtaa solussa, mihin lääkeaine vaikuttaa ja millä tavalla se estää virusinfektion
synnyn.
Parechovirukset ovat pieniä vaipattomia RNA-viruksia. Ne aiheuttavat pääasiassa
lieviä hengitysteihin tai ruuansulatuskanavaan liittyviä infektioita, mutta myös vakavia
yleisinfektioita ja aivokalvontulehduksia, etenkin pienillä lapsilla. Niitä vastaan ei ole
lääkkeitä eikä niiden infektiomekanismia ole juurikaan tutkittu, joten tutkimuksesta
voidaan saada hyödyllistä tietoa.
Solukalvo on solua ympäröivä ja suojaava rakenne, joka viruksen täytyy läpäistä
päästäkseen soluun. Virus kiinnittyy kalvolle ja siitä kuroutuu solun sisäpuolelle pieni
rakkula, vesikkeli, jossa virus kulkeutuu kohteeseensa solun sisässä ja voi alkaa
monistumaan. Työssä käytetyt yhdisteet, inhibiittorit, ovat pääasiassa
lääkeainekäytössä olevia yhdisteitä, jotka vaikuttavat näiden vesikkelien sisäiseen
pH:hon tai johonkin muuhun niiden kulkeutumiseen liittyvään mekanismiin ja sitä
myötä virusinfektioon. Vesikkelien sisäisen pH:n laskua pidetään oleellisena joidenkin
virusten, kuten parechovirusten, infektiokyvylle.
Tutkimuksessa käytettiin kahta eri solulinjaa, joita tutkittiin rinnakkain.
Solukasvatuksiin lisättiin inhibiittoria, jonka jälkeen lisättiin virusta, jonka annettiin
infektoida soluja määrätty aika. Tämän jälkeen solut kuvannettiin mikroskoopin avulla
ja tuloksia verrattiin sellaisiin soluihin, joille oli lisätty vain virusta. Näin pystyttiin
näkemään yhdisteiden teho infektion estossa.
7
Tutulla elintarvikkeella potentiaalia myös uusiin muotoihin
Rosita Johansson
Ohjaajat: FT Oskar Laaksonen ja FT Jukka Kaitaranta
ELINTARVIKEKEHITYS DI
Kananmunan ravintoarvojen on jo pitkään tiedetty olevan erinomaiset, mutta sen
potentiaalia on toistaiseksi hyödynnetty jalosteena hyvin vähän. Uusi valkuaista
pääraaka-aineenaan hyödyntävä salaatinlisuke herättää kuluttajien keskuudessa
kiinnostusta. Lisäksi kuluttajat vaikuttaisivat olevan avoimia myös kananmunan
nykyistä moninaisemmalle käytölle. Nämä käyvät ilmi Turun yliopiston ja Munax
Oy:n
teettämästä
tutkimuksesta.
Tutkimuksessa
selvitettiin,
voidaanko
nykyteknologiaa
hyväksikäyttämällä
kehittää
aistinvaraisesti
miellyttävä
valkuaistuote, ja olisiko salaatinlisukkeeksi tarkoitetulla valkuaistuotteella
markkinapotentiaalia kuluttajan silmissä.
Tutkimus rakentui valkuaisesta valmistetun salaattilisukkeen tuotekehitystyön
ympärille. Työ sisälsi muun muassa tuotteen valmistusteknisten ratkaisujen
kartoittamista sekä erilaisten aromi- ja maustevaihtoehtojen testaamista. Lisäksi
tuotekehitystyössä selvitettiin, minkälaisia vaikutuksia korkeapainepastöroinnilla on
koaguloituneen valkuaisen sekä valittujen aromien ja mausteiden aistittavaan laatuun.
Lupaavimmiksi
valikoitujen
tuotekehitysversioiden
miellyttävyyttä
ja
hyväksyttävyyttä selvitettiin aistinvaraisen arvioinnin kuluttajatestillä (70 arvioijaa; 73
% naisia, 27 % miehiä). Näytteinä oli neljä tuotekehitysversiota sekä kaksi
maustamatonta, erilaisiin liemipohjiin pakattua valkuaisnäytettä. Kuluttajatestissä
kartoitettiin näytteiden eri ominaisuuksien tuttuus, miellyttävyys ja voimakkuus,
arvioijien taustamuuttujat sekä tuotekonseptin markkinapotentiaali. Salaatinlisukkeen
osalta tulokset olivat lupaavia, minkä lisäksi myös muunlaisille kananmunajalosteille
vaikuttaisi olevan nykymarkkinoilla kysyntää. Tutkimuksessa havaittiin myös, että
perinteiset lämpökäsittelymenetelmät saattaisivat valkuaisen tapauksessa olla
korvattavissa korkeapainepastöroinnilla.
8
Terveellisellä kauran kuidulla peittyy puolukan epämiellyttävä maku
Kaisa Halme
Ohjaajat: FT Oskar Laaksonen, prof. Baoru Yang
ELINTARVIKEKEHITYS FM
Kauran kuitua, beetaglukaania ja terveellistä puolukkaa sekoittamalla voidaan
mahdollisesti kehittää täysin uusi tuote, jossa olisi molempien parhaat ominaisuudet.
Ravitsemuksellisesti tuotteessa on yhdistetty puolukan antioksidanttivaikutus,
suoliston toimintaa edistävä sekä kolesterolia ja veren glukoositasoa alentava kauran
kuitu.
Beetaglukaania löytyy erityisesti kaurasta, mutta myös muista viljoista kuten ohrasta
sekä vehnästä. Se on liukoinen kuitu, joka muodostaa suolistossa geelimäisen
rakenteen. Tämä rakenne estää kolesterolia imeytymästä ja laskee niin kutsuttua
huonoa LDL-kolesterolia. Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto EFSA on
myöntänyt beetaglukaanille terveysväittämän sen kolesterolia alentavaa vaikutusta että
aterianjälkeisen verensokerin hitaampaa nousua koskien. Puolukka taas sisältää kuitua
ja fenolisia yhdisteitä. Fenoliset yhdisteet toimivat antioksidantteina ja auttavat
vastustamaan mm. kasvainten syntyä. Puolukka kuitenkin koetaan usein maultaan
karvaaksi ja happamaksi, mikä voi rajoittaa sen käyttöä. Aikaisemmissa tutkimuksissa
on havaittu eri kuitujen lisäyksen saavan aikaan viskositeetin kasvua mikä vähentää
marjojen hapanta ja karvasta makua. Tämä tutkimus on vasta aluillaan, mutta
ensimmäisten tulosten perusteella mehun rakenne ja maku muuttuvat kuidun
lisäyksellä.
Pro gradu-tutkielmassa selvitetään kaurassa olevan beetaglukaanin vaikutusta
puolukan makuun. Työ suoritetaan lisäämällä eri beetaglukaani-pitoisuuksia
puolukkamehuun ja mittaamalla reologisesti sekä aistinvaraisesti arvioimalla mehussa
tapahtuvia muutoksia. Tuotekehityksen onnistuessa kyseessä olisi täysin kotimainen
mehujuoma, jossa on vain puhtaita luonnon omia raaka-aineita ilman lisättyä sokeria.
9
Siiderin valmistus vaikuttaa omenan makuyhdisteisiin
Mira Virkki
Ohjaajat: FT Oskar Laaksonen ja dos. Jukka-Pekka Suomela
ELINTARVIKEKEHITYS DI
Kaupallisista siidereistä sekä omenoista löydettiin samoja fenolisia yhdisteitä,
siidereissä yhdisteiden määrät olivat oletetusti pienemmät. Tutkituista kaupallisista
siidereistä löydettiin mahdollisesti siiderin aistittaviin ominaisuuksiin vaikuttavia
yhdisteitä. Siideri on käymisprosessilla valmistettu alkoholijuoma, joka koostuu
pääasiassa vedestä, sokerista, orgaanisista hapoista, fenolisista yhdisteistä ja
haihtuvista yhdisteistä. Fenolisilla yhdisteillä voi olla vaikutusta siiderin aistittuun
karvauteen ja astringoivuuteen.
Diplomityössä kehitettiin eri raaka-aineelle tehtyä menetelmää omenasiidereiden
analysointiin soveltuvaksi. Tutkimus tehdään yhteistyössä CCFFT:n (Competence
Center of Food and Fermentation Technologies, Tallinna, Viro) kanssa, joka valmistaa
tutkimuksessa analysoitavat näytteet.
Jatkossa työssä on tarkoitus tutkia eri
omenalajikkeilla,
kypsyysasteisilla
omenoilla
sekä
valmistusmenetelmillä
valmistettujen omenasiidereiden vaikutusta fenolisten yhdisteiden profiiliin.
Omenan lajikkeella ja kypsyysasteella oletetaan olevan vaikutus lopputuotteen
fenolisten yhdisteiden laatuun ja määrään. Erityisesti käymisprosessin vaikutusta
lopputuotteen fenolisten yhdisteiden pitoisuuksiin tutkitaan. Käymisprosessin
odotetaan vähentävän yhdisteiden määrää sekä vaikuttavan yhdisteiden ilmenemiseen.
10
Vauhtia mausteiden tutkimukseen
Karlo Villa
Ohjaajat: FM Marika Kalpio, prof. Baoru Yang ja prof. Heikki Kallio
ELINTARVIKEKEHITYS DI
Mausteiden aromien ja bioaktiivisten aineiden tutkimisesta on tulossa entistä
nopeampaa ja tehokkaampaa. Diplomityössä kehitetään malli, jonka avulla voidaan
suunnitella maustetutkimuksia. Mallia testataan soveltamalla analyysimenetelmää,
jonka avulla mausteita voidaan tutkia ilman työläitä välivaiheita.
Aromaattisia ja bioaktiivisia yhdisteitä sisältäviä valmisteita voidaan tehdä uuttamalla
jauhettuja mausteita nestemäisellä hiilidioksidilla korkeassa paineessa. Uuttaminen
tapahtuu ilman korkeita lämpötiloja tai ympäristölle haitallisia aineita. Vastaavasti
uutteessa ei ole muita kuin mausteessa itsessään olevia yhdisteitä.
Uutteiden analysointi voidaan tehdä ilman esikäsittelyvaiheita, jotka ovat työläitä ja
voivat muokata uutteessa olevia yhdisteitä. Analyysi suoritetaan automatisoidulla
kaasukromatografijärjestelmällä, joka mahdollistaa esikäsittelemättömien näytteiden
koostumuksen tutkimisen.
Nestemäistä hiilidioksidia käytetään tutkimuksen lisäksi teollisissa prosesseissa kuten
rasvojen ja öljyjen hajunpoistossa sekä kofeiinittoman kahvin valmistuksessa. Turun
yliopistolla on käytetty nestemäistä hiilidioksidia mausteiden tutkimuksessa 1980luvulta lähtien.
11
Kuinka terveyttä edistävien yhdisteiden tuottamiseen liittyvät geenit ilmenevät
suomalaisessa tyrnimarjassa?
Riitta Haataja
Ohjaajat: MMT Anssi Vuorinen ja prof. Baoru Yang
ELINTARVIKEKEHITYS DI
Diplomityössä on selvityksen alla kuinka Suomessa viljeltyjen Tytti- ja Terhityrnilajikkeiden tuottamien marjojen sisältämien flavonolien muodostumista säätelevät
geenit ilmenevät tyrnimarjoissa kasvukauden aikana. Flavonolit ovat marjoissa
esiintyviä fenolisia yhdisteitä, joilla on tutkitusti todettu olevan ihmiselle terveyttä
edistäviä vaikutuksia niin ravitsemuksellisessa kuin lääketieteellisessä merkityksessä.
Nämä terveyttä edistävät yhdisteet muodostuvat marjoissa eri entsyymien säätelemissä
kemiallisissa reaktioissa ja näiden entsyymien määrää puolestaan säätelevät
tutkimuksen kohteena olevat geenit. Tutkimuksen kohteena olevia marjoja on poimittu
sekä Kittilästä että Turusta eri vuosina ja tuloksia vertailemalla voidaan selvittää myös
kasvuympäristön, kuten ilmaston vaikutusta näihin tyrnimarjojen sisältämiin
terveysyhdisteisiin.
Tyrniä on käytetty läpi historian lääkinnällisiin tarkoituksiin ja sillä tiedetään olevan
monia sairastumisen riskejä alentavia vaikutuksia. Tyrnillä on poikkeuksellisen
monipuolinen ravinnepitoisuus ja se on koostumukseltaan sekä ravintosisällöltään
hyvin monikäyttöinen marja. Sitä käytetäänkin monipuolisesti teollisuuden raakaaineena elintarvikkeissa, ravintolisinä ja myös kosmetiikassa. Lopullisten
tutkimustulosten odotetaan vahvistavan oletusta, että tutkimukseen valittujen geenien
ilmenemistasot muuttuvat tyrnimarjan kasvukauden, lajikkeen sekä kasvuympäristön
mukaan. Tutkimustulosten perusteella voitaisiin esimerkiksi arvioida sopivinta
keräysaikaa marjoille, jolloin niiden terveyttä edistävä flavonolikoostumus olisi juuri
oikea valittuun käyttötarkoitukseensa.
12
Leivän maun miellyttävyyden säilyttäminen vähennettäessä suolan määrää
Johanna Paasio
Ohjaajat: ETM Kristiina Tuukkanen, FT Oskar Laaksonen, dos. Antti Knaapila ja prof.
Baoru Yang
ELINTARVIKEKEHITYS DI
Ruokasuolan määrää normaalisuolaisesta (1,2 %) vehnäleivästä on mahdollista
vähentää puoleen vaikuttamatta leivän maun miellyttävyyteen korvaamalla suolaa
timjamilla. Kuluttajatutkimuksen perusteella 50 % vähemmän suolaa sisältävä leipä,
johon oli lisätty timjamia, oli maultaan yhtä miellyttävä kuin normaalisuolainen leipä
ja kokonaisuutena jopa miellyttävämpi. Suurin osa kuluttajista vastasi kyselyyn myös
ostavansa todennäköisemmin puolet vähemmän suolaa sisältävän timjamileivän kuin
normaalisuolaisen leivän. Tutkimustulokset leivän hajun, maun ja kokonaisuuden
miellyttävyydestä sekä ostohalukkuudesta kerättiin 89 vapaaehtoisen kuluttajan
aistinvaraisesta arvioinnista.
Diplomityössä tutkittiin myös suolan maun korvaamista yrtin tai sienen maulla. Tähän
tarkoitukseen koulutettiin kymmenhenkinen raati, joka toimi ikään kuin
”mittalaitteena” arvioiden suolaisen maun voimakkuutta leipänäytteistä. Tulosten
perusteella suolan makua leivässä ei pystytty korvaamaan timjamilla tai
suppilovahverolla, mutta leivän maun kokonaisvoimakkuus pystyttiin kuitenkin
säilyttämään samana timjamin avulla.
Tutkimus tehtiin yhteistyössä Fazerin tutkimusyksikön kanssa. Tulokset antoivat
arvokasta tietoa kuluttajien mieltymyksestä leivän suolaiseen makuun. Tulosten
perusteella leivän suolapitoisuutta on mahdollista alentaa miellyttävyyden kärsimättä.
Siten pystyttäisiin vähentämään myös suolan kansanterveydellisiä haittoja, kuten
alttiutta sairastua sydän- ja verisuonitauteihin.
13
Kasvi- ja marjauutteiden kyky estää haitallista hapettumista
Aleksi Uusitupa
Ohjaajat: Dos. Jukka-Pekka Suomela ja Prof. Baoru Yang
ELINTARVIKEKEMIA
Syömällä erilaisia marjoja ja kasveja tai näiden uutteita voidaan estää haitallisten
hapetusreaktioiden tapahtuminen ihmisen elimistössä. Marjojen ja kasvien kyky estää
haitallisia hapettumisia ovat niiden sisältämien antioksidanttien ansiota.
Syömäkelpoisista marjoista ja kasvien osista voidaan eristää uutteita, joista voidaan
määrittää kokeellisesti niiden kyky estää haitallisia hapettumisreaktioita.
Tehdyssä tutkimuksessa männyn petulla ja mustaherukan lehdillä oli korkea
antioksidanttikapasiteetti verrattuna mustaherukan marjoihin tai pakurikääpään.
Männyn petussa ja mustaherukan lehdissä on luonnostaan hyvin korkeat pitoisuudet
fenolisia yhdisteitä, mikä on yhteydessä petun ja mustaherukan lehden korkeaan
antioksidanttikapasiteettiin. Uuttoliuoksen etanolipitoisuus tai etikkahapon käyttö
uuttamisessa ei
vaikuttanut mustaherukan marjojen tai pakurikäävän
antioksidanttikapasiteettiin. Petun ja mustaherukan lehden antioksidanttikapasiteettiin
vaikuttivat uuttoliuoksen etanolipitoisuus, sekä etikkahapon käyttö. Tutkimuksen
tuloksia voidaan soveltaa mahdollisesti elintarviketeollisuudessa korvaamaan
käytettäviä lisäaineita, sekä lääke- tai ravitsemustieteessä.
Männyn petusta, pakurikäävästä, mustaherukan marjoista ja lehdistä eristettiin uutteita
eri alkoholipitoisuuksilla. Uutteista määritettiin antioksidanttikapasiteetti TRAPmenetelmää käyttäen. Menetelmä perustuu luminometriaan, jossa mitataan
antioksidanttien, vapaiden radikaalien ja luminolin välisten reaktioiden aiheuttamaa
muutosta mitattavassa valossa.
14
Aiheuttaako prosessoitu maito vatsaoireita ja käyttäytyykö se elimistössä
eritavoin kuin raakamaito?
Tiina Pasma
Ohjaajat: FM Anu Nuora, dos. Kaisa Linderborg ja prof. Heikki Kallio
ELINTARVIKEKEMIA
Viime aikoina mediassa on ollut esillä kiista maidon homogenoinnista ja
homogenoidun maidon aiheuttamista vatsavaivoista. Jotkut ihmisistä kertovat
saavansa vatsaoireita homogenoidusta maidosta, mutta voivansa juoda
homogenoimatonta maitoa. Maidon homogenointi saa aikaan proteiinien erilaisen
jakautumisen rasvapisaroiden ja vesifaasin välillä verrattuna homogenoimattomaan
maitoon.
Ravitsemustutkimuksessa saatiin viitteitä siitä, että prosessoitu maito ja raakamaito
käyttäytyvät ruuansulatuskanavassa eri tavoin. Tämä näkyi erityisesti
tutkimushenkilöiden veren rasva- ja sokeriaineenvaihdunnassa. Prosessoidun maidon
nauttimisen jälkeen tutkimushenkilöt kokivat myös enemmän vatsaoireita kuin
raakamaidon nauttimisen jälkeen. Erot maitojen välillä eivät kuitenkaan ole
tilastollisesti merkitseviä johtuen tutkimushenkilöiden pienestä määrästä ja tulosten
suuresta hajonnasta. Ravitsemustutkimuksesta saadut tulokset ovat kuitenkin hyvin
mielenkiintoisia, joten tutkimusta tulisi jatkaa suuremmalla määrällä
tutkimushenkilöitä.
Ravitsemustutkimuksen tarkoituksena oli selvittää homogenoidun ja pastöroidun eli
prosessoidun maidon sekä homogenoimattoman ja pastöroimattoman eli niin sanotun
raakamaidon aiheuttamia vatsavaivoja ja käyttäytymistä tutkimushenkilöiden
elimistössä sellaisilla henkilöillä, jotka kokevat voivansa nauttia raakamaitoa, mutta
eivät prosessoitua maitoa. Ravitsemustutkimukseen osallistui seitsemän tervettä
tutkimushenkilöä. Tutkimushenkilöt nauttivat kahtena eri tutkimuspäivänä
kuitupitoisen patukan ja joko 4 dl raakamaitoa tai 4 dl prosessoitua maitoa sekä
nielaisivat SmartPill-kapselin, joka mittaa ruoansulatuskanavan pH:ta, painetta ja
lämpötilaa. SmartPill-kapselin avulla pyrittiin selvittämään, onko suolistosta mitatulla
paineella yhteyttä tutkimushenkilöiden kokemiin vatsaoireisiin. Tutkimushenkilöt
täyttivät oirepäiväkirjaa, johon he merkitsivät kokemansa vatsaoireet. Eri maitojen
käyttäytymistä tutkimushenkilöiden elimistössä tutkittiin vertaamalla veren rasva- ja
sokeriaineenvaihduntaa.
15
Sinisellä perunalla keltaista perunaa kevyempi glykeeminen kuorma
Johanna Salo
Ohjaajat: FM Marika Kalpio, MMT Anssi Vuorinen, dos. Kaisa Linderborg
ja prof. Heikki Kallio
ELINTARVIKEKEMIA
Tutkimuksessa havaittiin, että sinisen perunasurvoksen nauttiminen aiheutti
pienemmän aterianjälkeisen glykeemisen kuorman kuin mustikkakiisseli, ja
pienemmän insuliinikuorman kuin keltainen perunasurvos tai mustikkakiisseli. 40
minuuttia sinisen perunasurvoksen nauttimisesta tutkimushenkilöiden veren
glukoosipitoisuus oli alhaisempi kuin keltaista perunaa nauttineilla. Sekä verensokeri
että veren insuliinipitoisuus olivat alhaisemmat 20 ja 40 minuutin kuluttua sinistä
perunasurvosta nauttineilla kuin sokeritonta mustikkakiisseliä nauttineilla.
Sinisen perunan vaikutusta veren glukoosi- ja insuliinipitoisuuksiin tutkittiin
ravitsemustutkimuksessa, johon osallistui 13 tervettä miestä. He nauttivat
satunnaistetussa järjestyksessä sinisten väriaineiden ja tärkkelyksen suhteen vakioituja
keitettyä sinistä perunasurvosta, keltaista perunasurvosta tai mustikkakiisseliä.
Tutkimuksessa käytettiin tummansinistä Synkeä Sakari -perunalajiketta, jonka
sisältämät väriaineet analysoitiin ensimmäistä kertaa.
Tutkimustulokset saattavat olla merkittäviä runsaasti perunaa kuluttavien suomalaisten
terveyden kannalta. Toistuvat korkeat aterianjälkeiset veren glukoosi- ja
insuliinipitoisuudet ovat yhteydessä moniin elintasosairauksiin. Ruokaperunan
vaihtaminen keltaisesta siniseen saattaa auttaa veren glukoosi- ja insuliinipitoisuuksien
hallinnassa.
Ravinnosta saadut hiilihydraatit nostavat veren glukoosi- ja insuliinipitoisuuksia
aterian jälkeen. Elintarvikkeen aiheuttamaa veren aterianjälkeisestä sokerikuormaa
kuvataan glykeemisellä indeksillä. Suomalaisten ruokavalioon vakiintuneen keltaisen
perunan glykeeminen indeksi on korkea, jolloin keltaisen perunan nauttiminen
aiheuttaa suuria muutoksia aterianjälkeisiin veren glukoosi- ja insuliinipitoisuuksiin.
Sinisen perunan ja keltaisen perunan nauttimisen aiheuttamien glukoosi- ja
insuliinikuormien erot saattavat johtua sinisen perunan sisältämistä luontaisista
sinisistä väriaineista, antosyaniineista. Antosyaniineja esiintyy sinisen perunan lisäksi
erilaisissa marjoissa, hedelmissä ja kasveissa. Antosyaniineilla on havaittu terveyttä
edistäviä ominaisuuksia. Ne toimivat muun muassa antioksidantteina.
16
Miellyttävimmän tuoksuiset mausteet ja yrtit
Markus Virtanen
Ohjaajat: FT Oskar Laaksonen ja dos. Antti Knaapila
ELINTARVIKEKEMIA
Tutkimuksessa miellyttävimmiksi mausteiksi tai yrteiksi arvioitiin tuoksun perusteella
kaneli, minttu ja oregano. Vähiten miellyttävinä pidettiin kuminaa, salviaa ja
meiramia. Tutuimpina tuoksuina ihmiset pitivät kanelia, valkosipulia ja oreganoa.
Parhaiten mausteista ja yrteistä tunnistettiin valkosipuli, kaneli ja oregano.
Hajuyhdisteistä eniten miellyttävänä pidettiin vaniljan tuoksuista vanilliinia,
appelsiinin tuoksuista limoneenia ja aniksen tuoksuista anetolia. Parhaiten tunnistettiin
allyylidisulfidi, joka on valkosipulin tuoksun pääkomponentti ja huonoiten
kanelialdehydi, joka on kanelin haihtuva yhdiste.
Sukupuolen todettiin vaikuttavan hajun miellyttävyyteen, sillä naiset arvioivat
useimmat hajut miellyttävämmäksi kuin miehet. Hajuja paremmin tunnistaneet ja
uusia ruokia halukkaasti kokeilevat henkilöt arvioivat hajut keskimäärin
miellyttävämmäksi kuin hajuja huonommin tunnistaneet ja uusiin ruokiin
varauksellisemmin suhtautuneet. Ihmiset olivat myös hyvin tietoisia hajuaististaan,
sillä kun he pitävät hajua tuttuna, niin he myös tunnistivat sen.
Aistinvaraisiin arviointeihin Turun yliopiston Funktionaalisten elintarvikkeiden
kehittämiskeskuksen (FFF) aistilaboratoriossa osallistui 126 vapaaehtoista aikuista (93
naista ja 33 miestä), jotka rekrytoitiin Hyvän kasvun avaimet -seurantatutkimuksen
osallistujista. Arvioinneissa oli näytteinä mukana yhteensä 12 maustetta tai kuivattua
yrttiä (anis, fenkoli, kaneli, kumina, meirami, minttu, neilikka, oregano, rosmariini,
salvia, timjami, valkosipuli) ja 12 puhdasta hajuyhdistettä. Kaikki hajuyhdisteet eivät
liittyneet hajultaan elintarvikkeisiin, mutta olivat tärkeitä ihmisten erojen
hahmottamisessa. Tutkimukseen osallistuneilta henkilöiltä kerättiin lisäksi taustatietoja
mm. ruokavaliosta ja halukkuudesta kokeilla uusia ruokia.
Tutkimus tehtiin osana Suomen Akatemian rahoittamaa tutkimushanketta, jonka
tavoitteena on tutkia haihtuvien yhdisteiden roolia palkokasvien, yrttien ja mausteiden
miellyttävyydessä ja käytössä. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää muuttamaan
suomalaisten syömiskäyttäytymistä kohti terveellisempiä elämäntapoja.
17
Uusi vastasyntyneiden seulontatesti perinnöllisen lihasrappeumataudin
havaitsemiseksi
Anna Haavisto
Ohjaajat: FT Teemu Korpimäki ja FT Tanja Savukoski
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomi-insinöörityössä kehitettiin vastasyntyneiden seulontaan tarkoitettu testi, jolla
voidaan testata, onko henkilöllä Duchennen lihasdystrofia-lihasrappeumatautia (engl.
Duchenne muscular dystrophy, DMD). DMD on perinnöllinen sairaus, jota esiintyy
noin yhdellä 3500 pojasta eikä juuri ollenkaan tytöillä. DMD:ssä lihassolut ovat
tavallista heikompia ja siksi ne hajoavat helposti ja lihakset surkastuvat iän myötä.
Tästä syystä DMD:tä sairastavien on vaikea liikkua ja he kaatuvat usein. Taudin
edetessä he menettävät liikuntakykynsä kokonaan ja kuolevat noin 25 vuoden iässä
tavallisesti sydänlihassairauksiin. Tähän mennessä DMD:tä ei ole voitu parantaa,
minkä vuoksi sitä ei ole seulottu vastasyntyneiltä, vaan tauti on diagnosoitu vasta
oireiden ilmaannuttua. Nyt kehitteillä on uusia lupaavia hoitoja, joiden onnistumisessa
on keskeistä taudin aikainen havaitseminen, ja siksi myös vastasyntyneiden seulonnan
aloittamista harkitaan.
DMD:ssä lihasten hajotessa vereen pääsee tavallista enemmän lihasentsyymiä, jota
kutsutaan lihasperäiseksi kreatiinikinaasiksi (engl. creatine kinase MM isoform, CKMM). Kehitetty testi perustuu veren CK-MM-pitoisuuden mittaamiseen. Pitoisuus
mitataan CK-MM:ään sitoutuvien vasta-aineiden avulla, joista toinen kiinnittää CKMM:n testialustaan ja toiseen on kiinnitetty valoa tuottava molekyyli. Valoa
mittaamalla voidaan selvittää pitoisuus. Alustavissa tutkimuksissa pystyttiin
erottamaan DMD:tä sairastavat ja terveet. Testi soveltuu myös käytettäväksi
automaattisessa PerkinElmerin GSP®-laitteessa, joka on tarkoitettu vastasyntyneiden
joukkoseulontaan ja jonka avulla usean näytteen testaaminen on nopeaa ja
yksinkertaista.
18
Uusi potilasläheinen hepatiitti B -määritys
Minna Tuovinen
Ohjaajat: DI Merja Lahdenranta, FM Teppo Salminen ja FM Etvi Juntunen
BIOTEKNIIKKA DI
Hepatiitti B -virus kuuluu hepadnaviruksiin ja aiheuttaa maksatulehdusta. Hepatiitti B
-tartunta voidaan todeta verestä viruksen pinta-antigeenin, HBsAg, avulla. Uusi
potilasläheinen hepatiitti B -määritys perustuu tämän HBsAg -pinta-antigeenin
pitoisuuden mittaamiseen näytteestä. Tarkoituksena on, että määritys voidaan suorittaa
myös laboratoriotilojen ulkopuolella ilman monimutkaisia ja suuria mittalaitteita.
Määrityksessä mitattava analyytti, tässä tapauksessa pinta-antigeeni HBsAg, sitoutuu
kiinni mikrometrien kokoisiin pieniin muovisiin sitojavasta-aineella pinnoitettuihin
partikkeleihin. Muovipartikkeleihin kiinnittynyt analyytti sekä siihen kiinnittynyt
leima-aine kerääntyy määritysalustan suodattimelle. Muovipartikkeleihin sitoutumaton
HBsAg -analyytti sekä leima-aine kulkeutuvat suodattimen läpi jätteeseen. Leima-aine
tuottaa signaalia ja mitä enemmän signaalia, sitä enemmän näytteessä on analyyttia.
Hepatiitti B -määritys saatiin onnistumaan uudella määritysalustalla. Määritystä on
mahdollista vielä jatkokehittää entistä toistettavammaksi ja tehokkaammaksi.
19
Uusi valmistusprosessi PerkinElmerin Turun tuotantoon
Marke Hovi
Ohjaaja: FM väit. Jaana Kantola, PerkinElmer Wallac Oy
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Tutkimusryhmä on luonut uuden valmistusprosessin turkulaisen PerkinElmer Wallac
Oy:n tuotantoon osana vastasyntyneiden tautiseulontaan tarkoitetun tuotteen kehitystä.
Valmistusprosessilla tuotetaan kuivattua komponenttia, joka on osa kehitettävää
seulontatuotetta. Uutta seulontatuotetta voidaan käyttää apuna Gaucherin, Pompen,
Krabben, Fabryn, mukopolysakkaridoosi I:n sekä Niemann-Pickin A- ja B-tyypin
sairauksien seulonnassa vastasyntyneiltä. Nämä ovat harvinaisia aineenvaihdunnan
sairauksia, jotka johtuvat solujen kuona-aineita hajottavien entsyymien häiriintyneestä
toiminnasta. Tautien varhainen tunnistaminen ja hoito ovat tärkeässä asemassa, koska
taudit ovat eteneviä ja johtavat usein pysyviin elimistön vaurioihin tai kuolemaan.
Uudessa valmistusprosessissa komponentin raaka-aineet yhdistetään liuokseksi,
annostellaan lasipulloihin ja kuivataan. Valmistuserien tasalaatuisuus erästä toiseen
varmistetaan tarkoilla valmistusvaiheilla ja valmiiden komponenttien testauksella.
Valmistusprosessin kehitys on loppusuoralla ja prosessi on tarkoitus ottaa käyttöön
Turun tuotantolaitoksessa ensi vuonna.
20
Nanokokoisten loisteaineiden valontuottoa voidaan tehostaa
Pekka Heljakka
Ohjaajat: FM Satu Lahtinen ja prof. Tero Soukka
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomityössä kehitettiin pinnoitusmenetelmä, jolla on mahdollista parantaa
upkonvertoivien nanopartikkelien (engl. upconverting nanoparticles, UCNP)
valontuotto-ominaisuuksia kiinnittämällä niiden pintaan antennirakenteina toimivia
värimolekyylejä. UCNP:t tuottavat näkyvää valoa infrapunalaserilla viritettäessä ja
niillä on lukuisia sovellusmahdollisuuksia muun muassa leima-aineina diagnostisissa
testeissä sekä elävän kudoksen kuvantamisessa tai syöpäkasvainten hoidossa.
Kehitetyllä menetelmällä on kaksi merkittävää etua: se mahdollistaa partikkelin
valontuoton tehostumisen, mikä parantaisi sen ominaisuuksia leima-aineina, sekä
uuden aallonpituuden käytön partikkelin virittämisessä, mistä voi olla hyötyä elävään
kudokseen keskittyvissä sovelluksissa.
UCNP:iden virittämiseen käytetään normaalisti 980 nm lähi-infrapunalaseria. Sen
haittapuolena kuitenkin on, että se kuumentaa erityisesti vesimolekyylejä, mikä
heikentää nanopartikkelien käyttöä elävässä kudoksessa. Lisäksi tällä aallonpituudella
virittyvät, partikkelin valontuoton kannalta keskeiset lantanidi-ionit ovat huonoja
keräämään viritysvaloa. Työssä kehitetyssä menetelmässä UCNP:n pintaan on
kiinnitetty orgaanisia kromoforeja, eli hiilirakenteisia värimolekyylejä, jotka
kykenevät UCNP:n tavoin virittymään tietyllä aallonpituudella valaistessa. Ne
kuitenkin keräävät viritysvaloa merkittävästi tehokkaammin kuin UCNP:n virityksessä
tavanomaisesti hyödynnetyt lantanidi-ionit, mikä mahdollistaa UCNP:n valontuottoominaisuuksien tehostamisen. Työssä käytetty kromofori virittyy 808 nm
aallonpituudella ja energiansiirtoilmiön kautta se pystyy toimimaan UCNP:n
virittäjänä. Siten UCNP:n viritysaallonpituutena voidaankin käyttää kromoforin
viritysaallonpituutta eli 808 nanometriä 980 nanometrin sijaan.
Uuden viritysaallonpituuden on osoitettu toimivan ja sen kehitystä jatketaan, mutta
menetelmää on vielä optimoitava, ennen kuin sitä voidaan suoraan hyödyntää
käytännön sovelluksissa.
21
Uusi käyttöliittymä automatisoi tutkimuskäyttöön tarkoitettujen
proteiinien tuoton
Joni Juvonen
Ohjaajat: FM Markus Vehniäinen ja prof. Tero Soukka
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomityössä kirjoitettiin uusi käyttöliittymä tutkimusproteiinien tuottamiseksi
biologisella reaktorilla.
Uuden käyttöliittymän avulla tuottoprosessi etenee
automaattisesti ja sitä on mahdollista seurata ja ohjata älypuhelimesta tai kotikoneelta.
Käyttöliittymään kehitettiin uudenlainen nettikameran kuvaan perustuva
vaahdonkorkeuden tunnistus, jonka avulla vaahdonestoaineen lisäys onnistuttiin
automatisoimaan.
Tutkimuskäyttöön tarkoitettujen proteiinien tuotto fermentorissa (biologinen reaktori)
on yleinen menetelmä bioteollisuudessa. Proteiinit tuotetaan esimerkiksi
bakteerisoluissa ja fermentori tarjoaa niille kontrolloidun kasvuympäristön ja sopivat
tuotto-olosuhteet. Tyypillisen fermentointiprosessin aikana tutkija muun muassa
tarkkailee vaahdonkorkeutta sekä käynnistää pumppuja olosuhteiden muuttuessa.
Tällaiset tehtävät ovat teollisen mittakaavan laitteistoissa usein automatisoituja.
Uuden käyttöliittymän ansiosta automatisointi onnistuu myös tutkimusmittakaavan
laitteistoissa, eikä tuottoprosessin vaiheita tarvitse ajoittaa tutkijoiden työaikojen
mukaan, mikä nopeuttaa prosessia ja lisää toistettavuutta.
22
Uusi tekniikka solujen entsyymitasojen säätämiseen helpottamassa teollisten
mikrobikantojen kehitystä
Anssi Rantasalo
Ohjaajat: FT Dominik Mojzita (VTT), FT Jussi Jäntti (VTT)
BIOTEKNIIKKA DI
Teknologian tutkimuskeskus VTT:llä suorittamassani diplomityössä kehitimme
yksinkertaisen menetelmän solujen entsyymitasojen säätämiseen. Uuden tekniikan
uskotaan nopeuttavan teollisten mikrobikantojen kehitystä. Tuotantoprosessiin
vaadittavien entsyymien pitoisuuksien säätäminen optimaalisille pitoisuuksille on
tärkeää, sillä se parantaa mikrobikannan tuottavuutta. Aiemmat vastaavaan
tarkoitukseen kehitetyt teknologiat ovat hyvin puutteellisia, joten uudelle tekniikalle
on tarvetta.
Diplomityössäni eristimme solujen DNA:sta entsyymituotannon säätelyelementtejä ja
muokkasimme niistä synteettisiä versioita. Selvitimme eri synteettisten
säätelyelementtien vaikutuksen entsyymien tuotantotasoihin ja tämän pohjalta
kehitimme työkalun, joka mahdollistaa entsyymipitoisuuden tarkan säätämisen.
Tarkkuuden lisäksi uuden menetelmän etuna on, että useiden entsyymien tuottotasojen
säätäminen voidaan tehdä samanaikaisesti, ja että entsyymitasoja pystytään säätämään
hyvin laajalla spektrillä. Kehittämämme menetelmä ei myöskään ole herkkä solun
kasvuympäristössä tapahtuville muutoksille, kuten aiemmat menetelmät.
Entsyymit ovat ratkaisevassa roolissa biokemikaalien tuotannossa, koska ne
katalysoivat lähtöaineiden muuttumista toisiksi yhdisteiksi. Biokemikaalien
tuottaminen edellyttää usein useiden entsyymien osallistumista tuotantoprosessiin,
jolloin puhutaan entsymaattisesta reaktiotiestä. Mikäli entsymaattisen reaktiotien
entsyymien pitoisuus ei ole tasapainossa, saattaa syntyä pullonkauloja reaktiotielle
sekä aiheutua ylimääräistä stressiä soluille.
23
DNA:n yhdistetyn monistus- ja monianalyyttimäärityksen kehittäminen
Anna-Maija Lempainen
Ohjaaja: FM Susanne Lahdenperä
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomityössäni kehitin määritysmenetelmää, jossa ainoastaan yhdenlaista
leimamolekyyliä käyttäen voidaan havainnoida useiden eri DNA-kohdesekvenssien
läsnäolo samasta näytteestä. Menetelmä yhdistää DNA:n monistuksen
polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla ja monistustuotteiden havannoinnin
reaktioastian pinnalla ilman reaktioastian avaamista tai erillisiä pesuvaiheita. Tämä
menetelmä
haastaa
nykyiset,
eri
leimojen
mittaukseen
perustuvat
monianalyyttimääritykset sekä määritykset, jotka vaativat reaktioastian avaamista
DNA:n monistuksen jälkeen. Yhden leiman käyttö ja suljetussa systeemissä tapahtuva
usean kohde DNA:n samanaikainen monistus ja havainnointi nopeuttaa määritystä,
vähentää kontaminaatioriskiä merkittävästi ja tekee määrityksestä helppokäyttöisen.
Kaksi samaan DNA-kohdesekvenssiin vierekkäin sitoutuvaa DNA-pätkää leimataan
toinen valoa keräävällä antennaligandilla (antennaligandikoetin) ja toinen
europiumkelaatilla (europiumkelaattikoetin). Antennaligandikoetin liitetään kiinteästi
tiettyyn kohtaan reaktioastian muovipintaa ja europiumkelaattikoetin on vapaana
liuoksessa. Jokaiselle määritettävälle kohdesekvenssille on oma koetinpari. Kun
koettimet ovat erillään ei synny signaalia ja vasta koettimien sitoutuessa samaan DNAkohdesekvenssiin leimakomponentit tulevat niin lähelle toisiaan, että syntyy
fluoresoiva kompleksi. Mikäli näytteessä on DNA-kohdesekvenssiä se monistuu
PCR:n aikana ja lämpötilan laskiessa DNA-kohdesekvenssin tunnistavat koettimet
sitoutuvat siihen. Reaktioastian pinnalla olevat antennaligandikoettimet viritetään 337
nm:n aallonpituudella ja mikäli niihin on sitoutuneena europiumkelaattikoettimeen
kiinnittynyt DNA-kohdesekvenssi voidaan havaita emissiovaloa aallonpituudella 615
nm. Koska eri DNA-kohdesekvenssejä tunnistavien antennaligandikoettimien paikat
muovipinnalla ovat tiedossa, voidaan päätellä mitä DNA-kohdesekvenssejä näytteessä
on.
Tässä tutkimuksessa testasin useita määritykseen vaikuttavia tekijöitä.
Antennaligandikoettimen kiinnittämistä varten testasin erilaisten primaaristen
aminoryhmien liittämistä reaktioastian muovipintaan. Nämä ovat oleellisia
antennaligandikoettimen kiinnittämisen kannalta, mutta voivat toisaalta häiritä
PCR:ää. Siksi tutkin myös erilaisten pinnalle myöhemmin liitettävien molekyylien
vaikutusta PCR:n toimintaan. Tutkimuksen aikana määritin lisäksi menetelmän
analyyttisen
herkkyyden
ja
etsin
sopivimman
antennaligandikoettimen
spottauskonsentraation.
24
Uusi määritys munasarjasyövän varhaiseen havaitsemiseen
Annika Järvinen
Ohjaajat: FT Kamlesh Gidwani ja prof. Kim Pettersson
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomityössä
kehitettiin
leimamenetelmä
munasarjasyövän
varhaiseen
havaitsemiseen, joka perustuu syöpäantigeeni 125:den (CA125) muuttuneeseen
glykosylaatioon ja lektiinien hyödyntämiseen. Työssä kehitettyä määritystä, jossa
hyödynnetään WFA-lektiininiä, voidaan tulevaisuudessa käyttää erottamaan
munasarjasyöpä endometrioosista tai munasarjakystasta jo olemassa olevan CA125immunomäärityksen kanssa. Munasarjasyöpä on yksi vaarallisemmista naisten
syövistä, sillä se on usein oireeton ennen leviämistään. Sairauksissa, kuten syövässä,
solujen pintaproteiinien glykosylaatio muuttuu normaalista. Lektiinit ovat proteiineja,
jotka kykenevät tunnistamaan tietyn glykosylaation.
Työssä käytettiin neljästä eri kudoksesta peräisin olevaa CA125:tä ja kymmentä
kasvilektiiniä, jotka olivat kiinnitetty joko Eu3+-kelattiin tai Eu3+-nanopartikkeliin.
Diplomityössä Wisteria floribunda (WFA) -kasvilektiini antoi 3-4 -kertaisesti
korkeamman signaalin munasarjasyöpä CA125:den kanssa verrattuna muihin CA125lähteisiin.
Yleisesti käytössä olevassa CA125-määrityksessä on puutteita. CA125:lla on huono
herkkyys munasarjasyövälle ennen oireiden ilmaantumista ja sen pitoisuus veressä voi
kohota useista syistä, kuten esim. maksasairaudesta. Tämän vuoksi uuden spesifisen
menetelmän kehittäminen on tärkeää munasarjasyövän hoidon parantamiseksi.
25
Yksittäiset upkonvertoivat nanopartikkelit erilleen partikkelirykelmistä ja
muusta materiaalista
Antti Pihlava
Ohjaajat: FT Terhi Riuttamäki, FM Riikka Arppe
BIOTEKNIIKKA DI
Diplomityössä selvitettiin bioanalytiikan sovelluksiin tarkoitettujen upkonvertoivien
nanopartikkelien puhdistusmenetelmää, joka soveltuisi suurempaan tuotannon
mittakaavaan. Työssä Pihlava sai selville geelisuodatusmenetelmällä olevan
potentiaalia leimapartikkelien erottelemiseen ja geelielektroforeesin soveltuvan
valmistettujen leimapartikkelien laadunvalvontaan.
Yksittäisiä partikkeleja geelisuodatuksella
Kaivogen Oy:ssä tehdyssä diplomityössä havaittiin upkonvertoivia nanopartikkeleja
erottelevalla geelisuodatusmenetelmällä olevan potentiaalia jatkokehitykseen.
Menetelmä erottelee nanopartikkeleja niiden koon mukaan reagensseista ja
partikkelirykelmistä. Työssä pystytetyn geelisuodatuslaitteiston optimoimiseen tullaan
yrityksessä panostamaan tulevaisuudessa työstä saatujen tulosten perusteella.
Tähän asti upkonvertoivien nanopartikkelien pintamuokkausprosessin eri vaiheiden
välillä nanopartikkeleja on eroteltu sentrifugointimenetelmällä, joka perustuu huimiin
g-voimiin. Se kerää partikkelit erinomaisella saannolla, mutta ei sovellu suurempien
tuotantoerien käsittelyyn. Potentiaalisella geelisuodatusmenetelmällä ei toistaiseksi
päästy yhtä hyviin saantoihin, mutta reagenssit erottuivat nanopartikkeleista
erinomaisesti.
Ylimääräiset reagenssit upkonvertoivien nanopartikkelien joukossa on syytä erotella
valmistuksen eri vaiheissa, niiden häiritessä seuraavaa loppukäyttäjän sovellusta.
Jokaisessa nanopartikkelien valmistuserässä on myös tärkeää määrittää mahdollisten
partikkelirykelmien määrä laadun takaamiseksi.
Karakterisointi onnistuu agaroosigeelillä
Diplomityössä selvitettiin myös, miten geelielektroforeettisella menetelmällä voidaan
karakterisoida upkonvertoivien nanopartikkelien taipumusta muodostaa rykelmiä.
Yksittäiset nanopartikkelit kulkeutuvat elektroforeesigeelillä pitemmälle kuin
rykelmät.
Elektroforeettinen karakterisointimenetelmä mahdollistaa usean partikkelierän
laaduntarkkailun yhdellä määrityksellä ja kustannustehokkaasti. Tämä pieneen
näytemäärään tyytyvä menetelmä on siis oivallinen kyseisten nanopartikkelien laadun
tarkkailuun.
26
Tulevaisuuden fragiili X -oireyhtymän seulontatesti vastasyntyneille
ja aikuisille kantajille
Ida Alm-Ndiaye
Ohjaajat: FT Tuomas Nikula ja dos. FT Harri Hakala (PerkinElmer,Wallac Oy)
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Veritäpläpohjaisen fragiili X -testauksen osoitettiin soveltuvan niin vastasyntyneiden
kuin kantajien seulontaan. Työssä pystytettiin automatisoitu DNA-eristysmenetelmä,
joka soveltuu fragiili X -oireyhtymän ja sen kantajien testaukseen PerkinElmerin
FragilEaseTM-polymeraasiketjureaktion (PCR) kanssa. Fragiili X -oireyhtymä on
Downin oireyhtymän jälkeen toiseksi tavallisin kehitysvammaisuuden syy.
Kokonaisuudessaan testaus koostui DNA-eristyksestä veritäplistä, FragilEaseTMPCR:stä, PCR-tuotteen puhdistuksesta ja monistustuotteiden havainnoinnista
kapillaarigeelielektroforeesilla.
Työssä
jokaista
vaihetta
optimoitiin
veritäplätestaukseen sopivaksi. Fragiili X -testaus todistettiin toimivaksi sekä aikuisten
että vastasyntyneiden veritäplillä. Veritäplät ovat yleisesti käytössä oleva näytematriisi
vastasyntyneiden
seulonnassa.
Verinäyte
otetaan
lapselta
ensimmäisten
elinvuorokausien aikana imeyttämällä verta kantapäästä suodatinpaperille.
Fragiili X -oireyhtymä on perinnöllinen. Sen aiheuttajana on X-kromosomissa
sijaitseva virheellinen FMR1-geeni. Geenivirheen laajuudesta riippuen puhutaan
esimutaatiosta tai täysmutaatiosta. Esimutaatio voi laajentua täysmutaatioksi jo yhden
sukupolven aikana. Sen kantajilla on todettu monenlaisia oireita, kuten ennenaikaista
munasarjojen vajaatoimintaa ja neurologista rappeumasairautta. Täysmutaatiota
kantavilla miehillä on aina fragiili X -oireyhtymä, kun taas naisilla toisen terveen Xkromosomin suojavaikutus yleensä lieventää oireita sekä täys- että
esimutaatiotapauksissa. Oireyhtymän yleisyyden, laajan oirekirjon ja fragiili X oireyhtymää lieventävien lääkkeiden kehityksen takia kiinnostus vastasyntyneiden ja
kantajien seulontaa kohtaan on kasvanut.
27
Nanokokoiset, valoa tuottavat hiukkaset – lupaava uusi apuväline
sydäninfarktin havaitsemiseen
Annika Lyytikäinen
Ohjaajat: FM Nina Sirkka, FM Riikka Arppe ja prof. Tero Soukka
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Sydänperäistä troponiini I-merkkiainetta (cTnI) vapautuu verenkiertoon pieniä määriä
sydänlihaksen vaurioituessa. Erikoistyötutkimukseni osoitti, että valoa tuottavilla
nanokokoisilla hiukkasilla, joita kutsutaan upkonvertoiviksi nanopartikkeleiksi
(UCNP), on mahdollista havaita erittäin pieniä cTnI-määriä. cTnI:n havaitseminen
potilasnäytteistä vaatii kuitenkin vielä lisätutkimusta.
Jotta UCNP:a voidaan käyttää cTnI:n havaitsemiseen, ne pitää pinnoittaa
vesiliukoisiksi ja niihin pitää kiinnittää cTnI:tä tunnistava vasta-ainemolekyyli.
Pinnoitin tutimuksessa käytetyt UCNP:t polyakryylihappopolymeerillä. Tämä
pinnoitusmenetelmä paransi cTnI-määrityksen toistettavuutta ja lisäksi pystyin
havaitsemaan pienempiä cTnI-määriä, kuin perinteisellä silikapinnoitusmenetelmällä.
Erittäin pienten cTnI-määrien havaitseminen auttaa sydäninfarktin aikaista
tunnistamista ja oikean hoidon nopeaa aloitusta. UCNP:t tuottavat vihreää valoa, kun
mittalaitteen laserin silmille näkymätön infrapunavalo osuu niihin. Vihreän valon
määrä kertoo cTnI-määrän. Muista valoa tuottavista hiukkasista poiketen UCNP:n
käyttö poistaa määrityksestä häiriötekijöitä sekä sallii yksinkertaisten ja edullisten
mittalaitteiden käytön.
28
DNA-sekvenssin ymmärtäminen – avain tehokkaampaan proteiinituottoon
Antti Kulmala
Ohjaajat: FT Tuomas Huovinen, FT Eeva-Christine Brockmann, FT Urpo
Lamminmäki
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Erilaisten proteiinien tuottaminen bakteereissa on yksi nykyaikaisen bioteknologian
kulmakiviä. Geneettisen koodin runsauden vuoksi samaa proteiinia voidaan tuottaa
useammalla DNA-sekvenssillä. Tällaisten proteiinin aminohapposekvenssiä
muuttamattomien DNA-sekvenssimuutosten on aiemmin ajateltu vaikuttavan varsin
vähän esimerkiksi proteiinin kolmiulotteiseen rakenteeseen. Tutkimuksessa
todistettiin, kuinka dramaattinen ero kahdella DNA-sekvenssiltään erilaisella, mutta
saman aminohapposekvenssin tuottavalla geenillä voi olla solun elinkykyyn ja
proteiinituottoon. Nämä havainnot auttavat ymmärtämään vierasperäisten proteiinien,
esimerkiksi vasta-aineiden osien, tuottamista bakteerisoluissa. Vasta-aineiden osien
tuoton tehostaminen tuotantokustannuksiltaan edullisissa bakteerisoluissa on tärkeää,
koska vasta-aineilla on paljon merkittäviä sovelluskohteita. Vasta-aineita käytetään
esimerkiksi lääkinnällisiin tarkoituksiin syöpähoidoissa ja diagnostiikassa erilaisten
tautien havaitsemiseen.
29
Malariadiagnostiikan kehittäminen vasta-aineiden mutaatioiden avulla
Teppo Heimo
Ohjaajat: FT Ramkrashan Kasera, FT Urpo Lamminmäki
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Heimo paransi erikoistyössään malariainfektion tunnistavien vasta-aineiden
ominaisuuksia, jotka edesauttavat parempien diagnostisten testien valmistamisen.
Menetelmällä voidaan kehittää vasta-aineiden rakennetta ja lämpökestävyyttä ja
sitoutumista kohteeseensa.
Erikoistyössä Heimo muodosti satunnaisia mutaatioita vasteainegeeniin, saadakseen
aikaan kestävämpiä ja paremmin sekä tarkemmin kohteeseensa sitoutuvia vastaaineklooneja. Eri vasta-ainegeenin osiin tehtyjen mutaatioiden aikaansaamia vastaainevariantteja ilmennettiin bakteeriviruksen pinnalla, jonka avulla parantuneet vastaainekloonit analysoitiin.
Tulevaisuuden työkalut malariadiagnostiikkaan
Erään arvion mukaan malariaan sairastuu vuosittain noin 200 miljoonaa ihmistä ja se
aiheuttaa vuosittain noin 600 000 ihmisen kuoleman, johtuen pitkälti viivästyneestä tai
väärästä diagnoosista. Perinteinen malariadiagnostiikka on työlästä, aikaa vievää ja
tarvitsee usein koulutetun henkilöstön suorittamaan testin.
DNA-mutaatioiden ja näiden seulonnan avulla on mahdollista nopeasti ja
kustannustehokkaasti jäljitellä luonnossa esiintyvää vasta-aineiden muokkausta sekä
kehittää vasta-aineiden sitoutumiseen perustuvaa diagnostiikkaa.
30
Uusia vasta-aineita eri luustolihassairauksien diagnosointiin käytettävien
testien kehittämiseen
Susanna Lammi
Ohjaajat: FT Eeva-Christine Brockmann, FT Tanja Savukoski, FM Heidi Hyytiä
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Erikoistyössä on löydetty uusia vasta-aineita luustolihasperäiselle troponiini I:lle. Tällä
hetkellä markkinoilla ei ole kaupallisia vasta-aineita eikä niihin perustuvia diagnostisia
testejä, joiden avulla erilaisia vaikeasti tunnistettavia luustolihassairauksia voitaisiin
diagnosoida paremmin, ja hoidon aloittamista nopeuttaa. Erikoistyön löydös on
lupaava, sillä löydettyjä vasta-aineita on mahdollista käyttää tällaisten testien
kehittämiseen.
Troponiinit I, T ja C ovat sydän- ja luustolihasten rakenneproteiineja, jotka osallistuvat
lihasten supistumiseen. Lihasvaurion seurauksena soluista vapautuu troponiineja
verenkiertoon, jolloin niitä pystytään mittamaan diagnostisin testein. Sydän- ja
luustolihaksissa esiintyvät troponiinit I ja T eroavat hieman, minkä vuoksi ne
pystytään erottamaan toisistaan. Koska sydänperäiset troponiini I ja T ovat
vakiinnuttaneet asemansa sydäninfarktin diagnostiikassa ja riskinarvioinnissa, voisivat
luustolihasperäiset troponiinit I ja T olla hyödyllisiä merkkiaineita
luustolihassairauksien diagnostiikassa. Luustolihasperäisen troponiini I:n tunnistavat
vasta-aineet mahdollistaisivat tällaisen tutkimuksen.
31
Eturauhassyövän diagnosointiin apua eksosomeista?
Niklas Ekman
Ohjaajat: FM Janne Leivo, FT Urpo Lamminmäki
MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA
Uusi merkkiaine eturauhassyövälle voi löytyä pienistä eksosomeiksi kutsutuista
vesikkeleistä.
Eturauhassyövästä paranemisen kannalta on ensiarvoisen tärkeää tehdä diagnoosi
mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Ensimmäinen epäilys syövästä perustuu usein
PSA-nimisen merkkiaineen mittaamiseen. Uusia merkkiaineita tarvitaan, koska PSAarvot voivat kohota myös esimerkiksi eturauhasen hyvälaatuisen liikakasvun johdosta
ja johtaa tarpeettomiin hoitoihin. Merkkiaineiden etsintää saattavat helpottaa solujen
erittämät pienet vesikkelit, eksosomit, joita voidaan helposti eristää virtsasta.
Erikoistyössäni vertasin keskenään eturauhassyöpäpotilailta, eturauhasen hyvälaatuista
liikakasvua sairastavilta ja terveiltä eristettyjen eksosomien pintarakenteita. Miljardeja
erilaisia vasta-aineita sisältävästä kirjastosta seulottiin vasta-aineita eri lähteistä
eristetyille eksosomeille. Tutkimus jatkuu näiden vasta-aineiden geenien
sekvensoinnilla ja datan analysoinnilla. Tarkoituksena on löytää joukosta vasta-aineita,
jotka sitoutuvat vain syöpäperäisiin eksosomeihin. Näiden sitomat proteiinit voisivat
toimia uusina merkkiaineina eturauhassyövälle.
32