bakteerit

Geenimuunneltu kolibakteeri syö hiilidioksidia

To, 11/28/2019 - 03:46 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Kolibakteerikolonia.

Tutkijat kehittivät kolibakteerin, joka osaa ottaa hiilidioksidia suoraan ilmasta ja muuntaa sitä orgaanisiksi yhdisteiksi. Tämän povataan avaavan ovia sekä uusille bioenergian muodoille että bakteerien avulla tehdyn ruuan valmistukselle.

Geenitekniikkaa ja evoluutiota hyödyntänyt tutkimus muunsi toisenvaraisen eliön omavaraiseksi. Tutkijat saivat kolibakteerin keräämään tarvitsemansa hiilen hiilidioksidista.

Saavutus voi avata ovet uudenlaisen bioenergian käytöllle ja jopa bakteeriruuan massatuotannolle. Bakteerien avulla voitaisiin tulevaisuudessa tuottaa orgaanisia molekyylejä, joita voidaan käyttää joko biopolttoaineina tai ruuan tuotannossa. Tällä tavoin tuotettujen hyödykkeiden hiilijalanjälki pienenisi huomattavasti perinteisiin verrattuna, sillä prosessi poistaa hiilidioksidia ilmasta.

Kolibakteeri (Escherichia coli eli E. coli) on geeniteknologian tärkein mallieliö. Se tunnetaan hyvin, sitä on helppo kasvattaa, ja sitä voidaan muokata varsin helposti. Geenimuokkausten tulokset näkyvät nopeakasvuisessa bakteerissa pian, ja tuloksia voidaan ohjailla ja säätää tarkkaan. Jo nyt geenimanipuloiduilla kolibakteereilla tuotetaan esimerkiksi elintärkeää insuliinia sekä kasvuhormoneja.

Kolibakteeri tarvitsee kuitenkin kasvaakseen muiden eliöiden valmistamaa eloperäistä ainesta. Ne ovat siis ihmisen lailla toisenvaraisia eliöitä. Lisäksi kolibakteeri tuottaa jätteenään hiilidioksidia.

Omavaraiset yhteyttävät eliöt ovat erilaisia. Näitä ovat esimerkiksi kasvit ja sinibakteerit (tai sinilevät, kuten jälkimmäisiä virheellisesti kutsutaan), jotka sitovat ilman hiilidioksidia monenlaisiin yhdisteisiin – esimerkiksi DNA:han, proteiineihin, sokereihin ja rasvoihin. Omavaraisia eliöitä voisi periaatteessa käyttää oivina biologisina tehtaina, mutta ikävä kyllä ne ovat geeneiltään usein haastavia muokattavia.

Geeniteknologiassa onkin jo pitkään kaivattu helposti muokattavaa omavaraista eliöä. Paras olisi sellainen, joka voitaisiin muuntaa hallitusti toisenvaraisesta omavaraiseksi. Moisen siirtymän povataan mahdollistavan uudenlaisten uusiutuvien energianlähteiden ja kestävämmän ruuantuotannonkin kehityksen.

Tämä himoittu askel on nyt viimein otettu. Ratkaisu oli kolibakteeri, johon tarvitsi tehdä muutoksia ainoastaan yhteentoista geeniin. Tutkimusartikkeli julkaistiin 27.11.2019 Cell-julkaisusarjassa.

Aluksi kolibakteereille siirrettiin geenejä, jonka avulla ne voivat hyödyntää ilman hiilidioksidia. Tämä prosessi kuitenkin vaatii energiaa, eikä bakteereilla ole keinoja yhteyttämiseen. Tarvittiin jokin muu energianlähde. Bakteereille annettiin siksi lisää uusia geenejä – sellaisia, jotka mahdollistavat energian imemisen formiaatti-nimisestä molekyylistä (HCOO-).

Geenimuutokset antoivat kolibakteereille mahdollisuuden vaihtaa "ruokailutottumuksiaan", mutta se ei vielä aivan riittänyt.

Kuva: Uuden kolibakteerin aineenvaihdunta (Gleizer ja kumpp., 2019)

Muokattuja kantoja kasvatettiin vielä pitkään niukassa sokeriliuoksessa ja erittäin suuressa 10 % hiilidioksidipitoisuudessa. Tutkijat pyrkivät saamaan aikaan valintapaineen, joka pakottaa bakteerit suosimaan uutta ominaisuutta mutaatioiden kautta.

Tavoite saavutettiin 200 vuorokauden jälkeen. Oli syntynyt ensimmäinen kolibakteerikanta, joka kykenee elämään pelkällä hiilidioksidilla, täysin ilman ulkopuolista sokeria. 300 päivän kohdalla ne kasvoivat jo nopeammin kuin samoissa oloissa pelkkää sokeria popsineet kannat.

Ensimmäinen hiilidioksidia "syövä" kolibakteerikanta kehitettiin itse asiassa jo vuonna 2016, samojen tutkijoiden toimesta. Nuo bakteerit tosin hankkivat  tarvitsemastaan hiilestä vain murto-osan hiilidioksidista. Uudessa tutkimuksessa bakteerikanta käyttää pelkkää CO2:a.

Kyse on kuitenkin vasta ensimmäisestä askeleesta uudella reitillä.

Muokatutkin kolibakteerit siirtyvät helposti käyttämään valmista sokeria, jos sitä vain löytyy kasvualustasta. Hiilidioksidi taitaa siis olla niille yhä ns. pakkopullaa.

Lisäksi kolibakteerit saavat käytettyä hiilidioksidia vain jos sitä on tarjolla erittäin paljon. Ne eivät pärjäisi nykyilmakehän normaalissa CO2-pitoisuudessa (0,04 %) ilman sokeriliemistä kasvualustaa.

Mikä ikävintä, muokattujen kolibakteerien kasvatus on jopa optimiolosuhteissa hidasta. Kun muokkaamattomat kolibakteerit jakautuvat noin 20 minuutin välein, muokatut tekevät sen yli 50 kertaa hitaammin – kerran 18 tunnissa.

Kyse ei siis ole mistään ihmekeinosta, jolla käännetään ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laskuun tai korjataan maailman ruokapula. Tämä tutkimus vasta todistaa keinon olevan mahdollinen tai ainakin lisätutkimusten arvoinen.

Jatkoprojektissa on tarkoitus saada muokatut kolibakteerit lisääntymään nopeammin ja toisaalta kukoistamaan paljon matalammassa CO2-pitoisuudessa, joka vastaisi paremmin ilmakehän olosuhteita.

Nyt julkaistu tutkimus kuvastaa, kuinka luontaisia prosesseja voi hyvillä mielin tehostaa ja säädellä tekniikan ja evoluution yhteispelillä.

Lähteet: Gleizer ja kumpp.: "Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2" (Cell, 2019); Callaway: "E. coli bacteria engineered to eat carbon dioxide" (Nature News, 2019)

Otsikkokuvan kolibakteerit eivät liity tutkimukseen. Jälkimmäisessä kuvassa esitellään muokatun kolibakteerin perusmetabolismi (Gleizer ja kumpp., 2019)

Mitä? Onko Venuksessa elämää? Nasa kaavailee lennokkia ottamaan selvää.

La, 03/31/2018 - 17:52 By Markus Hotakainen

Marsia on perinteisesti pidetty Aurinkokunnan planeetoista ykköskandidaattina Maan ulkopuolisen elämän tyyssijaksi. Ei kuitenkaan niin perinteisesti kuin voisi kuvitella.

Vielä 1800-luvun puolivälissä Venus oli yhtä lailla tapetilla, kun pohdittiin elämää muualla maailmankaikkeudessa. Vasta Marsin kanavien löydyttyä 1870-luvun loppupuolella vaaka kallistui vankasti punaisen planeetan puolelle.

Kanavat eivät olleetkaan merkki kehittyneen sivilisaation olemassaolosta, vaan ne osoittautuivat näköharhaksi. Silti Mars säilytti statuksensa kaikkein kiinnostavimpana tutkimuskohteena.

Venusta on toki tutkittu sekä kiertoradalta että muutaman tunnin pinnalla toimineiden panssaroitujen luotainten avulla, mutta elämä ja Venus eivät oikein ole mahtuneet samaan lauseeseen.

Sisemmän naapuriplaneettamme olosuhteet ovat kieltämättä ankarat. Siinä missä Marsissa on harva kaasukehä ja pakkasta normisti satakunta astetta, Venuksessa kaasukehän paine on pinnalla samaa luokkaa kuin Maan merissä kilometrin syvyydessä, pintalämpötila on yli 450 celsiusastetta ja taivaalta sataa happoa. Ja planeetta on rutikuiva.

Tutkijat ovat silti palanneet vanhaan ajatukseen Venuksen mahdollisesta elämästä, mutta toisin kuin 1800-luvulla, jolloin naapuriplaneettamme arveltiin muistuttavan olosuhteiltaan meikäläisiä sademetsiä, tällä kertaa tarkastelun kohteena on Venuksen kaasukehä ja koko planeettaa peittävä pysyvä pilviverho.

"Venuksella on ollut yllin kyllin aikaa synnyttää elämää", arvelee tutkimusta johtanut Sanjay Limaye Wisconsinin yliopistosta. "Joidenkin mallien mukaan Venuksessa oli elinkelpoinen ilmasto ja pinnalla nestemäistä vettä jopa kahden miljardin vuoden ajan eli paljon pidempään kuin Marsissa arvellaan olleen."

Maan ilmakehästä on löytynyt bakteereja yli 40 kilometrin korkeudesta. Muutenkin pieneliöiden sietokyky tuntuu olevan erinomainen: niitä on kuumissa lähteissä, merten syvänteissä, happojärvissä, melkein missä tahansa. Miksei sitten myös Venuksen kaasukehässä korkeudella, jolla paine ja lämpötila ovat siedettävissä rajoissa?

"Maassa tiedämme elämän pärjäävän hyvin happamissa oloissa. Se voi käyttää ravintonaan hiilidioksidia ja vapauttaa rikkihappoa", toteaa tutkimukseen osallistunut Rakesh Mogul. Hän muistuttaa, että Venuksen kaasukehä koostuu suurimmaksi osaksi hiilidioksidista ja sen pilvet rikkihappopisaroista.

Itse asiassa Venuksen mahdollista elämää pohdittiin jo 1960-luvulla, jolloin planeetalle alettiin lähettää luotaimia. Niiden tekemien mittausten mukaan 40–60 kilometrin korkeudessa olosuhteet ovat sellaiset, että mikrobitasoinen elämä voisi olla mahdollista.

Niin ikään tutkimuksessa mukana ollut Grzegorz Slowik oli jo aiemmin todennut, että maapallolla esiintyy bakteereja, jotka absorboivat eli imevät itseensä valoa samaan tapaan kuin luonteeltaan toistaiseksi tuntemattomat hiukkaset, jotka saavat aikaan tummia läiskiä Venuksen pilviverhossa.

"Venuksessa havaitaan ajoittain esiintyviä tummia, rikkiä sisältäviä läiskiä, jotka erottuvat erityisesti ultraviolettisäteilyn aallonpituuksilla. Ne ovat näkyvissä useita päiviä muuttaen muotoaan ja kirkkauttaan kaiken aikaa", Limaye kertoo.

Tutkijoiden mukaan pilviverhon läiskät muistuttavat Maan järvissä ja merissä esiintyviä leväkukintoja, mutta Venuksen tapauksessa ne esiintyvät korkealla kaasukehässä. Hiukkasten koko näyttää olevan lähes täsmälleen sama kuin joillakin Maan bakteereilla, mutta toistaiseksi Venusta tutkineissa luotaimissa ei ole ollut instrumentteja, joilla olisi voitu erottaa elollinen aines elottomasta.

Venuksen kaasukehää ja sen mahdollista elämää voitaisiin tutkia esimerkiksi suunnitteilla olevalla VAMP-luotaimella (Venus Atmospheric Maneuverable Platform). Se olisi eräänlaisen ilmalaivan ja lentokoneen hybridi, joka voisi leijua ja liikehtiä Venuksen kaasukehässä korkeuksilla, joilla olosuhteet ovat otolliset pieneliöiden kannalta.

Jo sitä ennen uutta tietoa on ehkä saatavissa Venäjän suunnittelemalla Venera-D-luotaimella, johon NASA on mahdollisesti osallistumassa. 2020-luvulle kaavaillussa projektissa olisi kiertolaisluotain ja laskeutuja sekä NASAn toteuttama pinta-asema ja kaasukehässä leijuva tutkimusalus.

Venuksen elämän "renessanssista" kerrottiin Wisconsinin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrobiology-tiedelehden verkkoversiossa.

Kuvat: Northrop Grumman Corporation (VAMP) ja Akatsuki/Institute of Space and Astronautical Science/Japan Aerospace Exploration Agency (Venus)

Superuutuus bakteeri-infektioiden hoidoissa: täsmälääkkeet

To, 02/16/2017 - 23:40 By Toimitus

Tätä läpimurtoa ei ole tehty lääketieteen laboratoriossa, vaan tietokoneilla: tutkijat ovat tehneet laskennallisella päättelyllä ja tilastomalleilla läpimurron, jonka avulla tulevaisuudessa voidaan kehittää täsmälääkkeitä vakavia infektioita aiheuttavia bakteereita vastaan.

Lähes kaikille antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit ovat viimeisen kymmenen vuoden aikana ilmaantuneet eri puolille maailmaa, koska bakteerit siirtyvät maanosasta toiseen ihmisten maailmanlaajuiden jatkuvan liikkumisen seurauksena.

Maailman terveysjärjestö WHO onkin määritellyt antibioottiresistenssin leviämisen maailmanlaajuiseksi uhaksi ihmisen terveydelle.

"Tutkimustyöhömme perustuva uusi menetelmä antaa mahdollisuuden kohdentaa lääkeaine sellaisiin bakteerien perinnöllisiin tekijöihin, että resistenssin kehittymisen ja lajilta toiselle leviämisen mahdollisuus minimoidaan", sanoo tänään julkaistussa tutkimuksessa mukana ollut Helsingin informaatioteknologian tutkimuslaitoksen HIIT:in professori Jukka Corander.

Tilastollinen malli paljastaa evolutiivisia rajoitteita bakteerien perimän muutoksissa

Arvostetussa PloS Genetics -lehdessä juuri julkaistussa tutkimuksessa havainnollistetaan laskennallisen menetelmän tarjoamia mahdollisuuksia lääkkeiden kehitystyölle.

Työssään tutkijat analysoivat suuria määriä pneumokokki- ja streptokokkibakteerien näytteitä ja kehittivät tilastollisen mallin, jonka avulla voidaan paljastaa evolutiivisia rajoitteita luonnollisessa ympäristössä tapahtuville muutoksille bakteerien perimässä.

Pneumokokeilta paljastui tämän myötä useita aiemmin tuntemattomia mutaatioiden yhdysvaikutuksia.

"Yhdistämällä näistä yhdysvaikutuksista saatava tieto systeemibiologiaan ja molekyylilääketieteeseen voitaisiin ottaa tavoitteeksi lääkeaine, joka häiritsisi kyseisten geenien toimintaa ja yhtäaikaisesti johtaisi bakteerien solujen uusiutumisen estymiseen", sanoo Corander.

"Koska yhdysvaikutukset ovat useimmissa tapauksissa vahvasti sidoksissa tietyn bakteerilajin ydinperimään, lääkeaineella ei olisi sivuvaikutuksia muihin bakteereihin.

Corander mukaan koskaan aiemmin ei ole kyetty sovittamaan mutaatioiden välistä evolutiivista vuorovaikutuspainetta kuvaavaa todennäköisyysmallia samanaikaisesti kaikkiin perimässä esiintyviin mutaatioihin."

Malli sisältää lähes sata miljardia tuntematonta tekijää

Tutkijat hyödynsivät työssään useiden vuosien aikana kertynyttä kokemusta päättelyalgoritmeista ja kehittivät lähestymistavan, joka mahdollisti riittävän tarkan analyysin.

Tutkimustulokset antavat Coranderin mukaan mahdollisuuden tarkastella lähitulevaisuudessa kaikkien yleisten infektiotauteja aiheuttavien bakteerien perimän muutoksia laajojen genomiaineistojen pohjalta. Hän näkee, että näin voitaisiin perustutkimuksen avulla luoda pohja täsmälääketieteen sovelluksille ja edesauttaa vakavien infektioiden torjuntaa tulevaisuudessa.

Corander johtaa HIIT:in laskennallisen päättelyn tutkimusohjelmaa ja toimi nyt julkaistun hankkeen vastuullisena tutkijana. Hänen mukaansa laskennallinen haaste on valtava, koska tämänkaltainen malli sisältää lähes sata miljardia tuntematonta tekijää.

Ratkaisun saavuttamiseksi tarvittiin satojatuhansia tunteja prosessoriaikaa Suomen tieteellisen laskennan CSC:n palvelimella. Tärkeinä yhteistyökumppaneina toimivat myös maailman johtavan genomikeskuksen Sanger-instituutin bakteerigenomiikan tutkijat.

Lähdejulkaisu: Interacting networks of resistance, virulence and core machinery genes identified by genome-wide epistasis analysis, PloS Genetics (DOI: 10.1371/journal.pgen.1006508).

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

Kemiallinen joulukalenteri 26/24: Mikrobien juhlaa (bonusluukku)

Ma, 12/26/2016 - 09:04 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Eric Skiff / Flickr

Joulun juhlaruokia ostetaan usein reippaasti, riittämään pyhien yli. Niinpä osa siitä saattaa jäädä syömättä – mutta ei kuitenkan hätää, sillä ruoalle löytyy kyllä ottajansa.

Ympärillämme on ihan joka paikassa mikrobeja. Bakteerit, homeet ja hiivat leijuvat itiöinä ilmassa ja liftaavat ihollamme. Kotioloista ei löydy niin kliinistä paikkaa, ettei sieltä jotain elämää löytyisi. Vaikka kuinka puunaisi. Eikä missään nimessä tarvitsekaan.

Toisin kuin hätäisempi voi kuvitella, kaikki mikrobit eivät ole haitallisia. Ja ne haitallisetkin alkavat olla sitä vasta riittävän suurina yhteisöinä, ja sopivissa olosuhteissa.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Homesienet iskevät otolliseen ruokaan kuin sika limppuun. Harmaanvihreänvalkoisena erottuva massa on jo pitkälle ehtinyt kasvusto. Näkymätön rihmasto on ehtinyt kaivutua ruokaan jo päivien ajan.

Homesienet eivät ole yhtenäinen lajiryhmä, vaan eräs monien sienityyppien elintapa. Näitä mikroskooppisia hajottajasieniä on tuhansia lajeja, eivätkä kaikki niistä ole vaarallisia.

Homeissa myrkyllistä ei ole itse eliö, vaan joidenkin lajien erittämät homemyrkyt elimykotoksiinit. Nämä lukuisat aineet ovat homeiden sekundäärisiä aineenvaihduntatuotteita ja kemiallisia myrkkyjä muille eliöille. Kuumennuskaan ei niitä ruuasta poista. Pieni määrä ei useimmiten aiheuta ongelmia, mutta selvästi homehtuneen ruuan syöminen voi jo aiheuttaa ruokamyrkytyksen. Todellinen vaara piilee kuitenkin pitkäaikaisessa altistumisessa. Pahimmista aineista voi silloin seurata maksa- tai munuaisvaurioita ja jopa syöpää.

Suuri määrä homeitiöitä ilmassa voi myös aiheuttaa etenkin hengityselimistön ongelmia.

Homeista on myös paljon hyötyä. Esimerkiksi penisilliinin toiminta perustuu homemyrkkyjen käyttöön, ja homeiden avulla valmistetaan monia muitakin lääkkeitä. Eivätkä monenmoiset ruuat soijakastikkeesta salameihin olisi mahdollisia ilman homeiden apua. Homejuustoissa juuri oikeanlainen home tekee niistä herkullisia.

Eikä kannata unohtaa homeiden tärkeintä tehtävääkään, eli orgaanisen aineen hajotusta.

Kuva: Kasvatettua hometta lähikuvassa.

Kuinka kauan ruoka sitten säilyy syömäkelpoisena?

Ruoka pilaantuu monin eri tavoin. Fysikaaliset laadun huonontumiset ovat usein helposti palautettavissa: esim. kuivuneen leivän saa pehmitettyä ja kerrostuneen hunajan voi ihan hyvin sekoittaa ja syödä. Kemialliset muutokset taas ovat lähes peruuttamattomia, mutteivät aina haitallisia. 

Härskiintynyttä voita ei kannata syödä, mutta tummuneessa omenassa ei ole mitään vikaa. (Kummassakin tapauksessa ruoka reagoi ilman hapen kanssa.)

Biologinen pilaantuminen on jo eri juttu. (Nekin ovat kemiallisia molekyylitason muutoksia, mutta mikrobien aikaansaamina.) Käynyttä mehua, homehtunutta leipää, limaantunutta kinkkua tai mädäntynyttä kalaa ei kannata enää yrittää sorkkia (paitsi jos sattuu tietämään tasan tarkkaan mitä tekee, ja millä mikrobilla).

Ohjeellisia säilytysaikoja eri ruuille löytyy vaikkapa Ruokatieto.fi:n tai Eviran sivuilta. Mutkia oikoen voi yleistää, että kypsennetyt ruuat ovat jääkaapissa ihan ok muutaman päivän, mutta viikon jälkeen aletaan olla jo riskirajoilla.

Yksiselitteistä sääntöä ei kuitenkaan ole. Säilyvyys riippuu säilytysoloista sekä kotona että kaupassa, pakkauksesta, sekä valmistusaineista ja -tavasta. Yhden tuoteryhmänkin sisällä on paljon vaihtelua.

Syömäkelpoisuus on lisäksi aina makuasia. Jotkut ovat tottuneita popsimaan maultaan jo hieman muuttuneitakin ruokia, toiset taas eivät halua koskea minuuttiakaan "liian vanhaan" maitopurkkiin.

Usein "pilaantunut" ruoka on kuitenkin täysin syömäkelpoista.

Jouluruokia pois heittäessä kannattaa muistaa kaksi asiaa. Ruuanjämät, kuten jo tapaninpäivänä kyllästyttävä kinkku tai pöydällä kuivuneet joululimpun käntyt, käyvät usein uusien maittavien ruokien raaka-aineena.

Ja se "parasta ennen" ei tarkoita samaa kuin "käytettävä ennen".

Otsikkokuva: Eric Skiff / Flickr
Homekuva: Eric Heupel / Flickr

Varo tätä bakteeria!

Ma, 01/26/2015 - 12:02 By Toimitus

Clostridium botulinum –bakteeri tuottaa voimakkainta tunnettua myrkkyä, botulinumneurotoksiinia, joka esimerkiksi ruuan mukana nieltynä aiheuttaa ihmiselle ja eläimille henkeä uhkaavaa neliraajahalvausta, botulismia.

Ruokaan sitä joutuu joskus ympäristöstä, jossa sitä esiintyy paikoitellen runsaastikin kestävinä itiöinä. Itiöt selviytyvät elintarviketeollisuuden prosesseista ja saattavat itää myrkyllisiksi kasvustoiksi pakatuissa ruuissa jopa jääkaappilämpötiloissa.

Pelkästään Euroopan Unionin alueella tautiin sairastuu satakunta ihmistä vuodessa. 

Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisessä tiedekunnassa tutkijana toimiva David Kirk selvittää väittelee aiheesta ensi perjantaina. Hän selvittää väitöskirjatutkimuksessaan C. botulinumin itiömuodostuksen säätelymekanismeja sekä sitä, miten itiöityminen on yhteydessä bakteerin selviytymiseen kylmässä. Kirkin tutkimus auttaa ymmärtämään C. botulinum –bakteerin itiömuodostusta elintarvikkeissa ja auttaa osaltaa taltuttamaan bakteerin aiheuttamia elintarviketurvallisuusriskejä.

Kirk kuvaa tutkimuksessaan itiöitymiseen liittyvien geenien ilmentymistä säätelevien sigmatekijöiden toimintaa C. botulinum kasvun ja itiöitymisen sekä toisaalta bakteerin elintarvikkeiden säilönnässä käytettyjä keinoja, kuten suolaa ja kylmää lämpötilaa, jotka ovat bakteerille stressaavia olosuhteita.  

Tutkimuksessa kehitettiin myös C. botulinumin geeni-ilmentymisen tutkimiseen soveltuva testi. Vaikka bakteeri-itiöiden merkitys elintarvikkeiden turvallisuuden ja laadun kannalta on erittäin suuri, C. botulinumin ja monien muiden ruokamyrkytysbakteerien itiöitymisen mekanismit on tunnettu huonosti. Kirk havaitsi, että mekanismit olivat pääpiirteiltään samankaltaiset kuin itiöitymisen mallilajissa, Bacillus subtiliksessa, mutta ns. sigmatekijöiden* toiminta C. botulinumissa poikkesi mallilajista olennaisesti.

Havainnolla saattaa olla merkitystä kehitettäessä esimerkiksi geenimerkkejä itöitymisen tutkimiseksi. 

C. botulinum -itiöt saattavat itää myrkyllisiksi kasvustoiksi jopa bakteerille stressaavissa olosuhteissa, kuten suola-, pH- ja kylmästressissä, joita yleisesti käytetään elintarvikkeiden säilönnässä. Kirk osoitti ensimmäistä kertaa, että yksi itiöitymistä säätelevistä sigmatekijöistä sääteli myös stressivastetta.

Tämän sigmatekijän on sukulaislajeilla osoitettu myös säätelevän toksiinituotantoa. Havainnot osoittavat, että itiöityminen, bakteerin stressivaste ja toksiinituotanto, jotka muodostavat bakteerin kannalta erittäin tehokkaan strategian lajin säilymisen näkökulmasta, ovat uudella tavalla geneettisesti kytkettyjä. Havainnoilla on tärkeä merkitys uudenlaisten ja entistä tarkempien elintarviketurvallisuuden arviointi- ja hallintamenetelmien kehittelyssä.

David Kirkin väitöstkija “Alternative sigma factors F, E, G, and K in Clostridium botulinum sporulation and stress response” on saatavina elektronisessa muodossa netissä.

* Sigmatekijät ovat proteiineja, jotka toimivat RNA-synteesin aloituksessa tunnistamalla geenien säätelyalueet. Eri sigmatekijät tunnistavat eri geenien säätelyalueet ja vaikuttavat siten geenien ilmenemisessä tapahtuviin muutoksiin solun aineenvaihdunnan tarpeiden mukaan

Teksti perustuu Helsingin yliopiston lähettämään tiedotteeseen. Otsikkokuvan on ottanut David Kirk.

 

Kaikkien ihmedieettien isoäiti: auringonvaloa ja sähköä

Ti, 03/11/2014 - 11:18 By Markus Hotakainen

Harvardin yliopiston tutkijaryhmä on selvittänyt, miten maanpinnalla viihtyvä Rhodopseudomonas palustris -bakteeri voi hyödyntää ravinnontuotannossaan maan uumenissa olevia mineraaleja: se käyttää hyväkseen sähköä.

Ilmiö perustuu EET-prosessiin (extracellular electron transfer), jossa elektronit kulkevat soluseinämän lävitse. Luonnossa tutkimuksen kohteena olleet mikrobit ottavat tarvitsemansa elektronit – eli sähkön – raudasta, mutta laboratoriossa tehdyt kokeet viittaavat siihen, että rauta ei kuitenkaan ole keskeinen tekijä prosessissa. Bakteerit pystyivät nappaamaan elektroneja myös muista mineraaleista, kunhan niissä on elektroneja, jotka voivat niistä ylipäätään irrota.

Rhodopseudomonas palustris -bakteerit tarvitsevat auringonvaloa pysyäkseen hengissä, mutta niiden ravinnonlähteenä oleva rauta on suurelta osin maan alla. Mikrobit ovat kehittäneet kyvyn rakentaa "luomukaivoksia", joilla ne pääsevät käsiksi rautaan sähkövirran avulla.

Kun bakteerit riistävät sähköä johtavilta mineraaleilta elektroneja, syntyy sivutuotteena rautaoksidikiteitä. Kun prosessi jatkuu jonkin aikaa, bakteereja ympäröivään maaperään kasautuu niin paljon kiteitä, että ne muodostavat virtapiirin. Se johtaa sähköä maanalaisiin esiintymiin, jolloin bakteerit pystyvät irrottamaan niistä elektroneja.

Uusi löytö liittyy yli kahdenkymmenen vuoden takaiseen tutkimukseen, jossa tiettyjen bakteerien todettiin pystyvän "syömään" ruostetta luovuttamalla elektroneja rautaoksidimolekyylien happiatomeille. Seuraavassa vaiheessa on kenties mahdollista rakentaa mikrobien toimintaan perustuva polttokenno, jossa bakteerit luovuttavatkin elektroneja virtapiiriin, jolloin ne tuottaisivat sähköä. 

Tutkijat pystyivät myös tunnistamaan geenin, jonka ansiosta bakteerilla on kyky irrottaa mineraaleista elektroneja. Samaa geeniä esiintyy muillakin bakteereilla, joten on mahdollista, että Rhodopseudomonas palustris ei ole ainoa sähköä "syövä" bakteerilaji.

Tutkimusta johtaneen apulaisprofessori Peter Girguisin mukaan löytö ratkaisee Rhodopseudomonas palustris -bakteeriin liittyneen arvoituksen. "Nämä yksisoluiset eliöt ovat kehittäneet keinon, jolla ne pääsevät sähkön avulla käsiksi maaperässä oleviin mineraaleihin ja pystyvät irrottamaan niistä elektroneja, vaikka itse pysyttelevät maanpinnalla auringonvalossa."

Bakteerien ihmedieetistä kerrottiin 10. maaliskuuta EurekAlert!-sivustolla julkaistussa Harvardin yliopiston tiedotteessa. Artikkeli tutkimuksesta ilmestyi Nature Communications -lehdessä 26. helmikuuta.

Juustoa omista bakteereistasi

To, 01/09/2014 - 12:23 By Jari Mäkinen
Kuva: YouTube / Christina Agapakis

"Ei, tämä juusto ei ole syömistä varten, vaan auttaa ajattelemaan bakteereita, meitä ja juustoja", sanoo mikrobiologi Christina Agapakis, joka työskentelee Kalifornian yliopiston (UCLA) Hirsch Labissa bakteerikasvustojen ja niiden välisten vuorovaikutusten parissa, mutta joka on myös innostunut esittelemään työtään erikoisin menetelmin.

Yksi näistä on juusto, jonka valmistamisessa käytetty bakteerikasvusto on peräisin ihmisen varpaiden välistä. Kyseessä on eräs Dublinin Trinity Collegen Tiedegalleriassa parhaillaan esillä olevan <a href="https://dublin.sciencegallery.com/growyourown">Kasvata se itse</a> -näyttelyn kohteista.

"Olen hyvin innostunut aina asioista, jotka ovat hieman ällöttäviä", sanoo Agapakis, ja ihmisperäinen juusto on todellakin sellainen – eikä vain tuoksunsa suhteen.

Näyttelyssä on useita erilaisia juustoja, jotka on tehty ihmisen varpaiden välistä, kainaloista, suusta ja napanöyhdästä otetuista bakteereista. Näistä tehdyt juustot tuoksuvat (ainakin periaatteessa) hieman alkuperäiseltä bakteerikasvustolta, eli bakteerinluovuttajalta itseltään.

Juuston kannalta sillä, mistä bakteerit ovat peräisin, ei ole mitään merkitystä. Maidossa on luonnostaan bakteereita, jotka saavat aikaan sopivissa olosuhteissa (mm. sopivasti lämmitettäessä ja heraa poistamalla maitoa tiivistämällä) prosessin, missä maitoon syntyy paitsi syömäkelpoista, niin myös herkullista bakteerikasvustoa. Niin jogurtti, juustot kuin muutkin hapatetut maitotuotteet perustuvat bakteerikasvuston syntymiseen.

Meijereissä tosin ollaan luovuttu jo kauan sitten luonnollisten bakteerien käyttämisestä, sillä laatu saadaan paremmaksi ja tuotteet turvallisemmiksi ottamalla apuun kontrolloiduissa olosuhteissa kasvatetut ja sopivasti muokatut bakteerit. Juuston olemukseen ja makuun voidaan vaikuttaa suoraan erityyppisten mikrobikantojen käytöllä. Kun juustoa seisotetaan vähän aikaa, viikosta vuosiin, sopivissa kellariolosuhteissa, kypsyttävät maitohappobakteerit juustoa, ja lopulta tulos on herkullista juustoa.

Tässä ihmisjuustotapauksessa juuston juuri kasvatettiin näytteistä saaduista bakteereista. Bakteerit eristettiin, niitä kasvatettiin ja lopulta ne laitettiin raakajuustoon <i>Lactobacillus</i> -bakteerien kanssa, minkä jälkeen prosessi kävi samaan tapaan kuin "normaalia" juustoa valmistettaessa.

“Monien voimakkaimmin tuoksuvien juustojen bakteerit ovat itse asiassa sukua bekteereille, jotka saavat aikaan ihmisten kainaloiden tai jalkojen luontaisen tuoksun", selittää Agapakis. "Ihmiset ovat juustostamme kuullessaan hermostuneita ja tuntevat olonsa epämukaviksi, mutta kun he haistavat juustoa, niin he huomaavat, ettei se olekaan mitenkään erikoista."

Agapakiksen mukaan juustoprojektin tarkoituksena on näyttää konkreettisesti, että sopivasti jalostamalla ja valitsemalla omituisiakin bakteereita voidaan laboratorioissa saada aikaan kiinnostavia, uudenlaisia bakteerikasvustoja. Juusto osoittaa myös miten synteettinen biologia ja luonnollinen biologia voivat toimia hyvin yhdessä, vaikka usein niitä ajatellaan toisilleen vastakkaisina.

Christina Agapakis kertoo hankkeesta enemmän alla olevalla videolla: