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 teija peltoniemi

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

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,Tiedeykkönen,biomateriaalit

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,Synteettinen biologia

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 teija peltoniemi,Synteettinen biologia

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.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Tiede