Bakteerien tehokasvatus onnistuu pienessäkin laatikossa
18.03.2010
Biosilta Oy on patentoimassa keksintöä, joka helpottaa ja tehostaa muiden tutkimusta ja tuotekehittelyä. Kasvatuslevyt, kuoppalevyt ja syväkuoppalevyt toimivat uudenlaisina kasvualustoina erilaisten mikrobien kontrolloidulle kasvatukselle. Menetelmä soveltuu helposti myös suuriin tilavuuksiin. Työhevosena toimii laboratoriossa hyvän mutta muualla huonon maineen niittänyt kolibakteeri. Tällä keksinnöllä yritys pokkasi BioFinland 2009 palkinnon.
”Työmme rakentuu bioprosessitekniikan varaan. Se on hyvin soveltavaa ja käytännönläheistä. Yrityksemme tavoitteena on tehdä toimivia tuotteita, ei akateemisia julkaisuja", kiteyttää tuotekehityspäällikkö Antti Vasala.
Vasalalla on varsin pitkä akateeminen tausta ja tohtorintutkinto biotekniikan alalta. Yritys toimii tällä hetkellä Oulun yliopiston tiloissa.
”Yliopistoyhteistyöstä on meille selkeää etua ja meistä tietysti yliopistolle. Symbioosi toimii,” Vasala iloitsee.
Kolibakteeri hyötykäytössä
Kun kolibakteeriin siirretään vierasproteiinia tuottavaa DNA:ta, sitä voidaan käyttää proteiinia tuottavana pienenä tehtaana. Kolibakteerissa tuotettuja proteiineja ja hormoneja käytetään jo monilla aloilla. Lääketeollisuudessa sen avulla tuotetaan esimerkiksi insuliinia ja kasvuhormonia. Myös juustonjuoksuttimessa käytettävää kymosiinia ja erilaisia pesuaineiden entsyymejä voidaan tuottaa geneettisesti muunnetuilla mikrobeilla. Lähes kaikki tutkijat, jotka työskentelevät geenikloonauksen parissa, käyttävät kolibakteeria apunaan.
”Kolibakteerilla on suotta huono maine. Se on oikeastaan varsin harmiton veikko. Sitä käytetään työjuhtana laboratorioissa, koska se on turvallinen, hyvin tunnettu, nopeakasvuinen ja helppokäyttöinen. Kolibakteeri on myös hyvin kaikkien saatavilla. Uusi patentoitavana oleva kasvatusmenetelmä on kehitetty näistä syistä erityisesti kolibakteeria varten,” kuvailee Vasala.
Rohmu kolibakteeri aiheuttaa hankaluuksia kasvatuspullossa
Ensin täytyy tunnistaa ongelma. vasta sen jälkeen sille voi etsiä ratkaisuja. Niin kävi myös tässä tapauksessa. Lisäksi tarvittiin uutta teknologiaa, jotta ongelman ydin oli nähtävillä. Langattoman mittaustekniikan kehittyminen mahdollisti sen, että tutkijat pääsivät aidosti kurkistamaan kasvatusprosessiin. Huomattiin, että ravistelukasvatus oli tehotonta ja huonoa.
”Ravistelukasvatus tarkoittaa yksinkertaisimmillaan sitä, että pulloon tai putkiloon laitetaan kerralla kaikki se tavara, mitä tarvitaan. Liemi, joka voi olla vaikka hiivauute tai lihaliemi, kaikki tarvittavat ravinteet, bakteerit ja sopiva lämpötila. Koska kasvuprosessi tarvitsee happea, sekoitusta pitää jatkuvasti ravistella,” valistaa Vasala.
Kolibakteeri on luonteeltaan rohmu ja se syö itsensä ähkyyn saakka silloin, kun ruokaa on enemmän, kuin se pystyy tehokkaasti käyttämään. Tällöin se alkaa käyttää myös monia melko tehottomia aineenvaihduntamenetelmiä.
”Bakteeri yksinkertaisesti paskoo ympäristönsä pilalle, jolloin kasvu pysähtyy. Nopea kasvu myös helposti kuluttaa kaiken hapen kasvatusliuoksesta, jolloin happi loppuu ja bakteeri joutuu turvautumaan erilaisiin käymisreaktioihin säilyäkseen hengissä. Tämä pilaa lopulta kasvuympäristön. Siksi korkeisiin solumääriin ei päästä,” luonnehtii Vasala bakteerin elämää.
Pannaan bakteerit dieetille
Toinen, yleensä bioreaktoreissa käytössä oleva kasvatusmenetelmä on niin sanottu syöttöpanoskasvatus (fed-batch-kasvatus).
”Siinä bakteereille ei kateta kerralla koko juhlapöytää täyteen, vaan ruokaa säännöstellään. Esimerkiksi glukoosia voidaan syöttää bakteerille pikkuhiljaa. Näin solut kasvavat haluttua vauhtia, eivätkä liian nopeasti” kuvaa Vasala bakteerien ruokalistaa.
Menetelmä on ollut käytössä joitakin vuosikymmeniä. Kasvuympäristönä toimii esimerkiksi mineraalisuolaliemi, jonka määrä vaihtelee litrasta useisiin kuutiometreihin. Bakteerien kasvattaja tarvitsee kuitenkin avukseen letkuja ja pumppuja, joilla uutta ruokaa saadaan lisättyä. Menetelmä voi olla kallis ja vaatia suuria tiloja tai hyvin varusteltuja laboratorioita.
Dieettikasvatusta laatikossa
Tuotekehittelyn tuloksena syöttöpanoskasvatus pystyttiin tuomaan kenen tahansa ulottuville. Pieneen pahvilaatikkoon mahtuu nyt setti pulloja, putkiloita ja purnukoita. Siitä bakteerien kasvattaja voi valita käyttötarkoitukseensa parhaiten soveltuvimman tuotteen.
”Jos bakteerien kasvu on hallitsematonta ja eksponentiaalista, solumäärä jää haluttua pienemmäksi. Tuotteissamme ei tarvita pumppuja eikä letkuja, sillä säätelemme bakteerien kasvua tuottamalla entsyymien avulla niiden käyttöön glukoosia kasvatuksen aikana. Tällä tavalla saamme aikaan lineaarisen kasvun, jolloin solumäärät kasvavat perinteiseen ravistelukasvatukseen verrattuna vähintään kymmenkertaiseksi. Näin saamme myös parempaa laatua aikaan. Tuotteemme toimivatkin usein erinomaisesti tapauksissa, joissa käytetty bakteerikanta joko tuottaa liian vähän tai liian huonolaatuista proteiinia tavanomaisia kasvatusmenetelmiä käytettäessä ,” kertoo Vasala.
Testikalustoja on tarjolla erilaisiin tarkoituksiin kahdeksaa mallia, joista asiakas voi valita parhaiten toimivan. Kasvatuslevyjen ensimmäinen versio oli alusta, jossa oli geeliä ja tärkkelystä. Seuraava edistyneempi versio on nyt markkinoitava täysin liukoinen kasvualusta.
”Tässä työssä tutkijakin joutuu ehtimiseen selittämään, mitä on tekemässä. Koen sen kiinnostavana. Itse asiassa bioprosessitekniikan käytännön sovellutukset ovat levittäytyneet lavealle alueelle ja koko ala on jonkinmoisessa nousukiidossa. Jo viidesosa kaikista kemikaaleista tuotetaan nykyisin erilaisten entsyymien avulla. Ihmiset eivät yleensä tiedä tarvitsevansa bioprosessitekniikkaa,” summaa Vasala.
Lue lisää:
Teksti: Marja Nousiainen
Kuvat: Biosilta Oy, Wikipedia
