Biotalouden tulevaisuuden tekijät osa 4: Värien geneettisen koodin jäljillä

Blogi - Julkaistu 31.3.2021

Vaatteiden värjäykseen käytettävät värit kuormittavat ympäristöä. Tutkijat BioColour -konsortiossa ovat tarttuneet tähän haasteeseen ja etsivät ratkaisua siihen uskomattoman monipuolisten mikrobien maailmasta – lupaavin tuloksin. Yksi näistä tutkijoista on VTT:llä työskentelevä Satu Hilditch. Hän tutkii sienien ja kasvien geneettisiä koodeja löytääkseen juuri ne DNA koodin palaset, joiden vastuulla on värien tuottaminen.

Moderni elämäntapa ja ylikulutus kuormittavat ilmaston lisäksi luontoa ja sen herkkiä ekosysteemejä erilaisten kemikaalipäästöjen kautta. Yksi merkittävä sekä hiilidioksidi- että kemikaalipäästöjen lähde on tekstiiliteollisuus, joka on vastuussa 20 %:sta maailman vesistöihin joutuvista päästöistä. Vaikka luonnosta saatavia värejä on käytetty jo vuosituhansia, on 99 % vaatteiden värjäämiseen käytetyistä väreistä tänä päivänä synteettisiä fossiilipohjaisia pigmenttejä. Teoriassa olisi mahdollista viljellä kasveja, jotka tuottavat värejä, mutta kaikkien synteettisten värien korvaaminen viljelykasveilla ei yksinkertaisesti olisi kestävää, sillä se vaatisi valtavat määrät viljelyalaa. Ratkaisu saattaakin piileskellä petrimaljassa, sillä synteettisen biologian tutkijat uskovat, että tulevaisuudessa värit voidaan tuottaa mikrobien avulla.

Sivuvirrat ja jätteet hyötykäyttöön

Satu Hilditchin tavoite on korvata synteettiset värit kestävämmillä biopohjaisilla väreillä prosessissa, joka tuottaa paljon vähemmän kemikaalipäästöjä. Yhdessä kollegojensa kanssa hän on tutkinut vaihtoehtoisia luonnollisen pigmentin lähteitä. Hilditch kuvailee bioteknologian etuja värien tuotannossa: “Voimme tehdä geneettisiä muokkauksia niin, että otamme vain värien tuotannosta vastaavat geenit ja siirrämme ne toiseen organismiin, jota voidaan helposti kasvattaa isommassa mittakaavassa.” Tämä tarkoittaa sitä, että väriä tuottavat geenit voidaan ottaa esimerkiksi kasvista tai sienestä ja istuttaa ne sellaiseen mikrobiin, joka soveltuu paremmin teolliseen tuotantoon. Tällä hetkellä tutkijat ovat ruokkineet organismeja sokereilla ja esimerkiksi ruokateollisuuden sivuvirroilla. Tulevaisuudessa jopa hiilidioksidi voisi toimia mikrobien raaka-aineena – mikä olisi ympäristön kannalta vielä parempi!

Tutkimusprofessori Merja Penttilän johtama ja tutkijoiden Mervi Toivarin, Geza Szilvayn, ja Satu Hilditchin toteuttama kiinnostava tutkimus on osa mittavaa Suomen Akatemian rahoittamaa BioColour -hanketta. Se on suuri poikkitieteellinen tutkimusyhteisö, joka tuo yhteen kymmeniä tutkijoita kymmenestä eri yliopistoista ja tutkimuslaitoksista Suomessa ja ulkomailla ratkaisemaan ekologisesti kestävän värjäämisen ja värien tuottamisen haasteita. Konsortiossa yhdistyy vaikuttava määrä osaamista maataloustieteen, sovelletun kasvitieteen, kemian, biotieteiden, materiaalitieteen ja -teknologian, muotoilun, tietojenkäsittelytieteen, informaatiotieteen sekä kuluttajatutkimuksen aloilta.

Uusia ominaisuuksia, parempia ominaisuuksia

Sen lisäksi, että bioteknologia tarjoaa ekologisesti kestävän tavan tuottaa väriaineita, tutkijat uskovat, että se voi ratkaista myös muita värjäämisen haasteita. Tutkimuksen tavoitteena ei siis ole vain korvata käytössä olevia värejä, vaan tehdä niistä entistä parempia. ”Värien täytyy olla niin hyviä, että niitä voi käyttää normaalissa värjäysprosessissa. Niiden tulee kiinnittyä hyvin ja kestää pesua, niin ettei väri lähde. Ja tietysti niiden tulee olla kauniita.” selittää Geza Szilvay monia väreihin liittyviä vaatimuksia.

BioColour -hankkeen tutkijat ovat saaneet lupaavia tuloksia kehittäessään kauniita, ympäristöystävällisiä ja ihmisen terveydelle turvallisia värejä, mutta niiden hyötyjä olisi mahdollista kehittää vieläkin pidemmälle. Yksi hankkeen tavoitteista on luoda luonnollisten värien tietokanta sekä sukeltaa syvemmälle pigmenttien ominaisuuksiin. “Luonnonvärien moninaisuus on valtava. Niillä voi olla esimerkiksi antiviraalisia, antimikrobiaalisia tai UV-suojaavia ominaisuuksia. Tulevaisuudessa voisimme mahdollisesti muokata näitä ominaisuuksia muuntelemalla molekyylien rakenteita.” kertoo Mervi Toivari.

Tutkimusmatka tuntemattomille alueille

Satu Hilditchin tavoitteena on löytää ja eristää geenit, jotka ohjaavat värin tuotantoa ja siirtää ne isäntäorganismiin, joka soveltuu paremmin kasvatukseen bioreaktorissa. Värit ovat yleensä organismin aineenvaihdunnan toissijaisia tuotteita ja niitä tuottavat geenit ovat genomissa usein pakkautuneita ryppäisiin. Väriä tuottavat biosynteesireitit ovat usein monimutkaisia ja vaikka joidenkin organismien perimä on sekvenssoitu eli sen järjestys selvitetty, on genomien maailma edelleen tutkijoille valtava ja osittain tuntematon alue. Synteettinen biologia ja uudet geenien muokkausvälineet kuten CRISPR mahdollistavat tutkimuksessa entistä nopeamman etenemisen. Satu Hilditchin mukaan tämä osuus tutkimustyöstä voi olla todella palkitsevaa. ”On todella jännittävää löytää uusia geenejä ja osoittaa, että niiden ohjaamat proteiinit ovat vastuussa tietyistä reaktioista. On niin paljon geenejä löydettävänä. Ja kun onnistuu selvittämään niiden toimintoja, on aika kiva mennä kotiin ja ajatella, että minä tiedän jotain, mitä kukaan muu ei tiedä.”.

Suuret haasteet edellyttävät yhteistyötä

Ihmiskuntaa kohtaavat haasteet ovat mittaluokaltaan niin suuria, että niiden ratkaiseminen edellyttää poikkitieteellistä yhteistyötä ja osaamisen jakamista. Kestävien biomateriaalien kehittämisessä on tapahtunut viime vuosina suuria harppauksia ja bioteknologia on tuonut siihen aivan uusia ulottuvuuksia muun muassa uusien geenisynteesi- ja geeninmuokkausmenetelmien ansiosta. Synteettisten värien korvaamisen suhteen tulevaisuus näyttääkin kirkkaalta. Se tukee myös ilmastonmuutoksen torjuntaa (13) ja muita YK:n kestävän kehityksen tavoitteita edistämällä kestäviä innovaatioita, tuotantoa ja kulutusta. Lisäksi etenkin tekstiiliteollisuuden haasteiden ratkaisu askel askeleelta tukee tavoitteita suojella meriekosysteemejä ja turvata puhdas vesi kaikille. BioColour projekti on oiva esimerkki siitä, miten tutkimuspanostuksen ja osaamisen yhdistäminen ympäristön hyväksi ja kestävämmän elämäntavan mahdollistamiseksi voi tuottaa tulosta.

Lisätietoa tutkimuskonsortiosta: https://biocolour.fi/