BioUPGRADE-projekti: Biomassan muuntoa proteiininen avulla kestäviksi biomateriaaleiksi

Blogi - Julkaistu 9.1.2024

Kun puhumme biomassasta, tulee yleensä ensimmäisenä mieleen se, miten voimme parhaiten hajottaa sitä ja hyödyntää sitä energialähteenä. Vaikka uusiutuvien energialähteiden tuottaminen on tärkeää, on ajateltava myös aiemmin käyttämättömien tai alikäytettyjen biomassalähteiden hyödyntämistä uusissa biomateriaali-innovaatioissa. Kuten nimestä voi ehkä päätellä, BioUPGRADE-projekti tähtää juuri siihen.

BioUPGRADE on Euroopan unionin 2020 Horizon -ohjelman rahoittama kansainvälinen tutkimushanke, jonka tavoitteena on hyödyntää kestävästi luonnossa jo olemassa olevia rakenteellisia biopolymeerejä. Näitä ovat selluloosa, hemiselluloosat ja kitiini, joita esiintyy maapallolla runsaasti. Siirtyessämme pois öljypohjaisista polttoainelähteistä on tärkeää, että emme keskity pelkästään näiden biologisten materiaalien hajottamiseen. Yhtä tärkeää on löytää myös uusia, innovatiivisia tapoja käyttää ja parantaa pitkälti käyttämättömiä luonnollisia polysakkarideja. Mitä jos hajottamisen sijaan maksimoisimme näiden materiaalien hyödyntämättömän potentiaalin ja käyttäisimme biologisia resursseja niin tehokkaasti kuin mahdollista? Tähän kysymykseen BioUPGRADE-tiimi etsii vastauksia käyttämällä biokatalyyttisiä prosesseja. Niissä hyödynnetään pintavaikutteisia proteiineja ja entsyymejä, sekä räätälöidään biopolymeerien kokoonpanoa saavuttaaksemme läpimurtoja biopohjaisten materiaalien suunnittelussa.

Kuitujen hyödyntämistä biokatalyyttisillä menetelmillä ei tänä päivänä käytetä usein teollisissa prosesseissa. Luonnossa näitä prosesseja on kuitenkin runsaasti puun ja muun biomassan hajottamiseksi. Avain biomassan rakenteen hajoamisessa on ryhmä proteiineja, joita kutsutaan entsyymeiksi. Entsyymit katalysoivat muutoksia kohteessaan ilman, että ne itse muuttuvat tai tuhoutuvat. Entsyymit voivat tarjota tehokkaan ja kestävän vaihtoehdon synteettisille, kemiallisille katalyyttisille käsittelyille. Tämä johtuu siitä, että niillä on erinomainen selektiivisyys, kyky katalysoida reaktioita vedessä ja ympäristön olosuhteissa, sekä niiden suorituskykyä on mahdollista räätälöidä geenitekniikan avulla.

Yksi BioUPGRADE-projektin keskeisiä tutkimuskohteita on ryhmä ei-lyyttisiä proteiineja, joita kutsutaan ekspansiineiksi. Nämä proteiinit aiheuttavat mekaanisia muutoksia biomassassa kuitenkaan hajottamatta sitä. Tämä tarjoaa väyliä jatkomuokkaukselle, joka on keskeistä esimerkiksi selluloosapohjaisten tekstiilien valmistuksessa kuitujen liuotuksessa. Lisäksi projektissa kehitetään uusia entsyymejä biomassan funktionalisoimiseksi. Lopuksi biokatalyyttisten prosessien kautta voidaan kehittää uusia sovelluksia pakkausmateriaaleissa, johtavissa musteissa ja terveydenhoidon tuotteissa.

BioUPGRADEn kansainväliseen tiimiin kuuluu neljä suurta instituutiota eri puolilta Eurooppaa: Aalto-yliopisto ja UPM Suomessa, KTH Ruotsissa ja CIC bioGUNE Espanjassa. Tiimit kokoavat biotieteen, laskennallisen tieteen ja materiaalitieteen asiantuntemusta luodakseen uusia innovaatioita biotekniikan alalla. Jos haluat tietää lisää, katso esittelyvideo ja kuule suoraan tiiminjohtajilta ja harjoittelijoilta heidän työstään BioUPGRADE-projektissa!