Hyppää pääsisältöön

Tuhannet opiskelijat ratkovat maailman ongelmia synteettisen biologian keinoin

opiskelijajoukko iGEM-työnsä parissa.
Aalto-Helsinki-iGEM-tiimi harjoitustyönsä parissa. Vasemmalta Juuso Rusanen, Annakarin Korppoo, Petra Tuomiranta, Tuukka Miinalainen, Linda Hyrkkänen. opiskelijajoukko iGEM-työnsä parissa. Kuva: Milla-Mari Vastavuo petra tuomiranta,teija peltoniemi,tiedeykkönen

Synteettisen biologian iGem –kilpailu kerää kokoajan enemmän osallistujia. Heitä oli jo yli 5000 viime vuonna 39 eri maasta. Suomen ensimmäinen joukkue koottiin Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston opiskelijoista vuonna 2014. Petra Tuomiranta ja Juuso Rusanen olivat mukana viime vuonna. Heidän iGem-tiiminsä teki tutkimusta saadakseen bakteeri E. Colin tuottamaan biopolttoainetta, propaania kasvinjätteistä. Minkälaisia kokemuksia heillä on työstään projektin parissa sekä iGem-päätapahtumasta, Bostonin jamboreesta? Professori Markus Linder Aallosta on ohjannut tiimiläisiä alusta lähtien. Filosofit Leena Tulkki ja Rami Koskinen Helsingin yliopistosta tutkivat modernia alaa, synteettistä biologiaa. Myös iGem-kisaaja parin vuoden takaa, joukkueen kapteeni Oskari Vinko, sanoo sanansa.

Pelastuuko maailma synteettisen biologian keinoin? Mikäli opiskelijoihin, tulevaisuuden toivoihin on uskominen, näin tapahtuu. IGem-kilpailussa osallistujien edellytetään toimivan rehellisesti ja yhteistyössä muiden tiimien kanssa. Toisten panosta arvostetaan eikä kilpailla niinkään hampaat irvessä muita vastaan, vaan kokemuksia ja tietoa jaataan. Tieteen teon vastuullisuus on myös keskiössä.

Kaikesta tästä ja itse synteettisestä biologiasta syntyy projekteja energiantuotannossa, ympäristönsuojelussa, ruokaturvassa ja lääketieteessä. Viime vuoden Suomen iGem-tiimi muokkasi E.Coli bakteeria niin, että propaania voitaisiin tuottaa kestävästi bioreaktorissa. Tällä hetkellä propaania tuotetaan fossiilisista polltoaineista.

Opiskelija bakteeriviljelyn parissa laboratoriossa.
iGem-tiimiläinen Tamannae Alam laboratoriossa. Opiskelija bakteeriviljelyn parissa laboratoriossa. Kuva: Milla-Mari Vastavuo milla-mari vastavuo,tamannae alam,tiedeykkönen

Tämän vuoden Aalto-Helsinki-joukkue yrittää ratkaista ikävän jokakesäisen sinileväongelman. Moni kärsii sinilevistä rantavesissään, ja sinilevien tuottamat myrkyt ovat vaarallisia. Tarkoituksena on kehittää testi, joka tunnistaa vedestä nämä myrkyt, jonka jälkeen entsyymikapseli hajottaisi ne. Synteettisen biologian keinoin muokattu leivinhiiva havaitsee sinilevän myrkyt. Samaisessa leivinhiivassa tuotetaan myrkkyjä hajottava entsyymi, jonka voi lisätä vaikka saunaveteensä, kertoo joukkueen kapteeni Laura Laiho.

Synteettinen biologia – pelkästään hyvää?

Synteettinen biologia perustuu geeniteknologiaan. Monen eliön perimän emäsjärjestys on selvitetty, ja tietoja on tallennettu tietokantoihin tutkijoiden käyttöön. Näitä geneettisiä osasia voisi kutsua geenipalikoiksi. Mutta biologian tutkimus on hidasta – yrityksen ja erehdyksen kautta tutkimus etenee aikaa vieden ja vaivalloisesti. Kuitenkin lukuisat maailman ongelmat odottavat pikaista ratkaisua. Fossiilisille polttoaineille tarvitaan kestäviä vaihtoehtoja, saastuminen on saatava kuriin, ja lääketieteessä halutaan täsmälääkkeitä. Hitaaseen biologiseen tutkimukseen haetaan apua insinööritieteistä.

Elektroniikan ennustettavuus ja standardointi halutaan biologiaan. Geenipalikat auttavat tekemään biologiaa fiksummin, esimerkiksi pieneliö tuottaa haluttua biopolttoainetta.― Professori Markus Linder

”Synteettinen biologia on tapa tehdä biotekniikkaa fiksummin”, sanoo professori Markus Linder Aalto-yliopistosta. Kun genomin, perimän osia tunnetaan ja tietoja on tallennettu kaikkien saataville tietokantoihin, niin tutkimuksesta tulee ennustettavampaa ja standardoidumpaa.

Linder vertaakin synteettistä biologia elektroniikkaan ja jatkaa: ”Jos transistorit pitäisi joka kerta rakentaa uudestaan, olisi se valtavan hidasta. Kun komponentit tunnetaan, voidaan suunnitella monenlaisia koneita ja käyttää samantyyppisiä osia. Biologia ei toimi näin, se on käsityötä, kaikki pitää rakentaa alusta alkaen itse.”

Nyt tämä insinöörimäinen ote halutaan biologiaan. Genomitiedon tuottamisen halpeneminen ja tietokonepohjainen suunnittelu sekä solujen toiminnan matemaattinen mallinnus ovat tehneet sen mahdolliseksi. Alan kehitystä onkin verrattu teolliseen vallankumoukseen: räätälöity käsin tehty tuote pystyttiin korvaamaan kannattavalla teollisesti tuotetulla.

Markus Linder pitää kädessään molekyylimallia.
iGem-tiimin ohjaaja professori Markus Linder. Markus Linder pitää kädessään molekyylimallia. Kuva: Teija Peltoniemi biomateriaali,biomateriaalit,markus linder,teija peltoniemi,tiedeykkönen,Tiedeykkönen

Tällainen tieto halutaan valjastaa maailman ongelmien pelastamiseen. Synteettisen biologian keinoin muokatut solutehtaat valjastetaan tuottamaan petrokemian tuotteita kestävästi. Esimerkiksi uusia lentokoneiden polttoaineita voitaisiin tuottaa hiivassa. Kestäviä luonnosta löytyviä materiaaleja vaikkapa silkkiä saataisiin jostain muokatusta tuotto-organismista, leivinhiivasta tai E. Coli -bakteerista.

IGem-kilpailussa sadat joukkueet käyttävät synteettistä biologiaa työkaluna jonkin hyvän tavoitteen saavuttamiseen. Tiimit ovat ratkoneet muun muassa, kuinka mikromuovit saataisiin poistettua jo jätevesilaitoksella, jotta ne eivät pääsisi vesiin; kehittäneet syöpälääkettä, joka iskisi vain syöpäsoluihin eikä sytostaattien tapaan koko elimistöön; sekä miten köyhimmissä maissa tietyt vakavat taudit voitaisiin diagnosoida nopeammin.

Synteettinen biologiassa itse tekeminen, do it yourself DIY, on mahdollista. Huolena onkin niin kutsuttu autotalleissa tehty bioteknologia, jonka tarkoitusperistä ei olla selvillä. Siksi opiskelijoiden iGem-kilpailussa tähdennetään tieteen teon vastuullisuutta ja avoimuutta. FBI pitää luentoja kilpailun päätapahtumassa Bostonissa, ja geenipalikoiden tilaajista ja heidän toimistaan pidetään kirjaa, kertoo professori Linder. Tutkijat halutaan itse valvomaan alaa eikä sitä toteuteta pelkästään hallinnollisilla toimilla.

iGem –kilpailu vie synteettistä biologiaa eteenpäin

Petra Tuomirannan ja Juuso Rusasen mukaan Aalto-Helsinki 2015-tiimi halusi projektinsa nimenomaan energiasektorilta. Heitä huolestuttaa maailman energiatuotanto ja voimistuva kasvihuoneilmiö. Projektiksi valikoitui biopolttoaine propaanin aikaansaaminen kestävästi tuotto-organismi E.Colissa.

IGem-joukkue muokkasi synteettisesti bakteerin aineenvaihduntareittiä niin, että se tuotti propaania selluloosasta. E. Coli toimi bioreaktorina, mutta propaanin määrät olivat pieniä eivätkä ne riittäisi teolliseen tuotantoon. Lisää tutkimusta siis tarvitaan.

Tiimi sai apua tutkimuksiinsa Aalto-yliopiston kemian laboratoriosta ja Turun yliopiston fotosynteesiryhmästä. He oppivat synteettisen biologian menetelmiä ja tuotto-organismien käyttäytymisestä. Professori Markus Linder ja tutkija Heli Viskari Aallosta avasivat laboratoriotyöskentelyä, ja tutkija Pauli Kallion ryhmän tutkimukset Turussa propaanin ja E. Colin kanssa auttoivat projektin viemisessä eteenpäin.

iGem opetti tiimitaitoja, projektin vetämistä ja esiintymistä. Synteettisen biologian avulla voi ratkoa tulevaisuuden ongelmia, uskomme kokemuksemme jälkeen.― iGem-kilpailijat Petra Tuomiranta ja Juuso Rusanen

Osa opiskelijoista teki töitä tietokoneella matemaattisesti mallintaen ja osa laboratoriossa E. Coli -bakteeria geneettisesti muokaten. Tuomiranta ja Rusanen kertovat, että varsinkin alussa kommunikaatio oli vaikeaa. Eri opiskelualoilta tulevilla ihmisillä oli erilainen kieli ja tapa kommunikoida, mutta sitten työ alkoi lutviutua.

Samantyyppisiä ongelmia oli muillakin iGem-tiimeillä. Aalto-Helsinki-tiimi teki kyselyn muille joukkueille, jotka kertoivat myös kommunikaation vaikeudesta. Tieteen erikoistuminen yhä pienempiin osa-alueisiin haastoi viestintää tutkimusprojektista. iGem-tiimin kotisivut

Oskari Vinko oli iGem-kilpailussa pari vuotta sitten. Hänen mielestään kilpailu vie alaa huomattavasti eteenpäin, koska kilpailun tuloksena syntyneet geenipalikat jaetaan muille. Geeniosista jaetaan vapaasti tietoja, ja niistä käy ilmi minkälaiset osat sopivat toistensa kanssa. Tiedon jakaminen innostaa muitakin kokeilemaan vapaasti saatavilla olevia osia tutkimuksiinsa. IGemin jakamisen kulttuuri sotii yleistä bioteknologian salailua vastaan.

Oskari Vinko kertoo synteettisestä biologiasta ETH:n kahvilassa.
Oskari Vinko kertoo synteettisestä biologiasta ETH:n kahvilassa. Oskari Vinko kertoo synteettisestä biologiasta ETH:n kahvilassa. Kuva: Teija Peltoniemi igem,oskari vinko,Synteettinen biologia,tiedeykkönen

Bioteknologialla pyritään ratkaisemaan isoja kysymyksiä, vaikkapa energiatuotantoon ja lääketieteeseen liittyviä ongelmia, ja markkinoiden valloitus perustuu yksinoikeuteen. Oskari Vinkon mukaan tiedon jakaminen tuo synteettiseen biologiaan uutta otetta ja nopeuttaa alan kehitystä. Hänen iGem-kokemuksensa määräsi tulevaisuutta – nykyään Vinko opiskelee synteettistä biologiaa Sveitsin valtiollisessa teknillisessä korkeakoulussa ETH:ssa.

Filosofien katse synteettiseen biologiaan

”Me ei vaan filosofoida nojatuolista ja tehdä intuitioon perustuvia oletuksia. Filosofeina olemme kiinnostuneita tieteen teon todellisuudesta, ja tällainen uusi monitieteinen ala, kuten synteettinen biologia, tarjoaa hyvän pohjan tutkimukselle. Menemme paikan päälle havainnoimaan”, kuvailee filosofi Leena Tulkki Helsingin yliopistosta. Hän oli mukana myös Bostonin iGem-jamboreella ja haastatteli eri maiden tiimejä. Tutkimus on osa Suomen Akatemian FinSynbio-ohjelmaa, jossa professori Tarja Knuuttila vetää SynBio Mode-osuutta. Siinä tarkastellaan synteettistä biologiaa sosiaalisesta sekä tieteen teorian näkökulmasta. SynBio Mode -tutkimusryhmän nettisivut

Tulkki ja Koskinen kesäisessä luonnossa.
Filosofit Leena Tulkki ja Rami Koskinen tutkivat synteettistä biologiaa. Tulkki ja Koskinen kesäisessä luonnossa. Kuva: Teija Peltoniemi leena tulkki,rami koskinen,Synteettinen biologia,teija peltoniemi,tiedeykkönen

Rami Koskinen kuuluu samaan tutkimusryhmään. Hänen mukaansa synteettistä biologiaa voi kutsua turboahdetuksi geeniteknologiaksi. ”Ala ammentaa insinööritieteistä. Biologinen systeemi halutaan suunnitella standardoitujen osien kautta rationaaliseksi kokonaisuudeksi, joka palvelee uutta inhimillistä tarkoitusperää”, valottaa tutkija Koskinen ja selventää vielä heidän tutkimustaan: ”me emme ole bioeetikkoja vaan tieteenfilosofeja. Parhaimmillaan voimme tarjota tutkijoille käsitteellisiä resursseja, koska otamme etäisyyttä synteettiseen biologiaan ja tutkimme erilaisia alan projekteja”.

Me emme vaan filosofoi nojatuolista ja tee intuitioon perustuvia oletuksia. Otamme etäisyyttä synteettiseen biologiaan ja tutkimme erilaisia alan projekteja.― Filosofit Rami Koskinen ja Leena Tulkki.

Leena Tulkki teki havaintoja Aalto-Helsinki-joukkueesta. Tiimin hyvä organisoituminen ja yhteistyö teki häneen vaikutuksen. ”Työskentely oli demokraattista ja avointa. He todella hakivat yhdessä ratkaisua tutkimukseensa”, kertoo Tulkki. Joukkueet keräävät itse rahoitusta. Viime vuonna maailmanlaajuisesti 280 tiimiä keräsi projekteihinsa noin 14 miljoonaa dollaria. Tulkin mielestä se on aikamoinen saavutus, varsinainen oppimiskokemus luonnontieteiden opiskelijoille.

iGem-kilpailu on kasvanut vuosi vuodelta. Jokaiselta mantereelta on tällä hetkellä osallistujia. iGem-osallistujien sanotaan vieneen synteettistä biologiaa Kiinaan. Kisa siis muokkaa ja vie alaa eteenpäin kansainvälisellä tasolla. Tiimien tutkimusprojekteihin liittyy yhteiskunnallinen vaikuttaminen, eli heidän pitää tuottaa yhteiskunnallisesti vaikuttavia sovelluksia ja päästä vuoropuheluun tavallisten ihmisten kanssa. Kansainvälisen iGEM-kilpailun sivut.

Vaikka kilpailussa sovellukset korostuvat, niin Tulkin ja Koskisen mielestä synteettisen biologiaan liittyy vahvasti perustutkimus. Tutkimusalalle on ominaista, että se rikkoo käsitystä perustutkimuksen ja soveltavan tutkimuksen suhteesta. Yleensä perustutkimuksen ajatellaan kartuttavan alan tietämystä pikkuhiljaa, ja vähitellen voidaan siirtyä sovelluksien kehittämiseen. Mutta synteettisessä biologiassa sovellukset testaavat biologisen tietämyksen rajoja.

Kun geenipalikoiden avulla haetaan ratkaisuja maailman polttaviin ongelmiin, ne voivat ovat alussa hyvinkin epätäydellisiä. Samalla opitaan lisää itse alasta ja ongelmien ratkomisesta. Kunkin tiimin työ voi olla yksi askel kohti lopullista ratkaisua, pohtivat filosofit Leena Tulkki ja Rami Koskinen Helsingin yliopistosta.

Kommentit

Lähettänyt käyttäjä

Kysymys kuuluu: Jos, tai kun ns. Geenipalikat saadaan kohdalleen, mitä tapahtuu ihmiselle ja maailmalle, jos kaikki on ikään kuin "kunnossa" sen ansiosta ???????????? Vastatkaapa tähän, te viisaat tutkijat ja maailman muuttajat. Muuttuuko se paremmaksi vai huonommaksi ??

  • kolme hymyilevää sormea puistossa

    Me ollaan kaikki mutantteja - toiset enemmän kuin toiset

    Kaikilla on jotain anatomisia tai fysiologisia poikkeamia.

    Meillä kaikilla on jonkinlaisia anatomisia tai fysiologisia poikkeamia. Joskus ne ovat hyvin ilmeisiä ja joskus niitä ei huomaa. Kuvantamisteknologioiden ja perimän sekvensoinnin kehittyessä mutantit kuitenkin huomataan yhä useammin. Rajanvedosta normaalin ja poikkeavan välillä tulee kokoajan hankalampaa. Millainen mutantti sinä olet, kysyy Lauri Reuter blogissaan.

  • mies VR-laseissa

    Estääkö pahoinvointi virtuaalitodellisuuden yleistymisen?

    VR-maailma ei ehkä sovi ihmisille, joita oksettaa bussissa.

    Olipa teknologia kuinka hieno tahansa, kukaan ei halua käyttää laitetta, jota pitää käyttää oksennuspussin kanssa, kirjoittaa Jukka Häkkinen blogissaan. Kävin jokin aika sitten virtuaalitodellisuuteen liittyvässä tilaisuudessa, jossa yritykset esittelivät sovelluksia ja pelejä. Vaeltelin innostuneena yritysten pöytien ääressä ja uppouduin virtuaalimaailmoihin.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

  • Aleksandra Mirolybov-Nurmela hymyilee kuvassa ja katsoo yläviistoon. Kuvan vasemmassa yläreunassa valkoinen Vaakakapina-leima.

    Liikunnanopettaja aiheutti ikuiset arvet: "Häpeä kulkee vahvasti mukanani"

    Aleksandra Mirolybov-Nurmela opettelee arvostamaan itseään.

    “Telinevoimistelutunnilla opettaja asetteli koko luokan ympärilleni katsomaan, kuinka tämä lihava lapsi yrittää hypätä pukin yli. Minä epäonnistuin joka kerta ja tömähdin siihen keskelle. Samaa nöyryytystä opettaja jatkoi kaikilla liikuntatunneilla."

  • Pietari K ja grafiikkaa

    Putoanko minä? Olen lukenut 1920-luvun tyttökirjoja ahdistukseen

    Lue kirjallisuusessee tai kuuntele podcast täältä!

    Keskiluokkaa ahdistaa, sillä nykyään edes koulutus ei takaa hyvää työpaikkaa ja palkkaa. Luen 1920-luvun tyttökirjoja, joissa on jotain tuttua. Niistä näkyy, että yhteiskunnallisilla luokka-asemilla leikittely on mahdollista ainoastaan rikkaille. Downshiftaaminen oli tuttu ilmiö jo viime vuosisadan alussa. Lue kirjaessee tai kuuntele podcast täältä!

  • Martti Lutherin patsas

    Miksi Martti Luther vihasi juutalaisia?

    Luther oli antisemitisti

    Uskonpuhdistaja Martti Lutherin elämän pimeisiin puoliin kuuluu hänen suhtautumisensa juutalaisiin. On vaikea ymmärtää ja hyväksyä, että armosta ja armeliaisuudesta saarnaava ihminen on kirjoittanut kirjan Juutalaisista ja heidän valheistaan – kirjan, jossa kehotettiin polttamaan ja karkottamaan juutalaiset.

Tiede

  • Sombrero-galaksi M 104

    Huhtikuun tähtitaivaalla luikertelee käärme

    Huhtikuun tähtitaivaalla luikertelee käärme

    Huhtikuussa etelätaivaalla on laajahko Neitsyen tähdistö, jonka kirkkaimman tähden Spican lähellä on kirkas Jupiter. Spican lähellä on myös kaunis Sombrero-galaksi, jota kannattaa tavoitella kaukoputkella. Idän suunnasta kiertävät etelään harvinaisemmat kuviot Käärmeenkantaja, Käärmeenpää ja Käärmeenhäntä, jotka himmeätähtisinä ovat melkoinen haaste tarkkailijalle.

  • kolme hymyilevää sormea puistossa

    Me ollaan kaikki mutantteja - toiset enemmän kuin toiset

    Kaikilla on jotain anatomisia tai fysiologisia poikkeamia.

    Meillä kaikilla on jonkinlaisia anatomisia tai fysiologisia poikkeamia. Joskus ne ovat hyvin ilmeisiä ja joskus niitä ei huomaa. Kuvantamisteknologioiden ja perimän sekvensoinnin kehittyessä mutantit kuitenkin huomataan yhä useammin. Rajanvedosta normaalin ja poikkeavan välillä tulee kokoajan hankalampaa. Millainen mutantti sinä olet, kysyy Lauri Reuter blogissaan.

  • Grafiikka suhtautumisesta hoivarobotiikkaan

    Kyselymme: hoivarobotteihin suhtautuminen epäilevää - miehet suopeampia

    Ylen Hoivorobottikyselyn tulokset

    Suomi kuuluu maailman nopeimmin ikääntyvien maiden joukkoon. Ikääntyvä väestö tarvitsee jatkuvasti lisää tukipalveluja itsenäiseen asumiseen ja hoivaan samaan aikaan kun ikäluokat pienenevät. Hoivarobotit ovat yksi vastaus tähän ongelmaan. Mutta ovatko ihmiset kypsiä ottamaan hoivarobotit vastaan? Me teimme asiasta kyselyn ja tässä esittelemme sen keskeiset tulokset.