Adaptiivinen laboratorioevoluutio fotoautotrofisten tuottokantojen kehityksessä

Abstract

Tutkielmassa perehdytään adaptiiviseen laboratorioevoluutioon (ALE) ja menetelmän soveltamiseen mikrolevien ominaisuuksien parantamiseen. Mikroleviin kuuluvat syanobakteerit ja viherlevät. ALEssa hyödynnetään laboratorio-olosuhteissa luonnonvalinnan periaatteita, joiden tavoitteena on edistää mikrobien evoluutiota. Tällainen prosessi johtaa usein geenimutaatioihin, jotka ovat perustana evoluutiolle. Nämä mutaatiot ovat tärkeitä, jotta saadaan kehitettyä mikrobeja joille kehittyy haluttuja ominaisuuksia, kuten suurempi kasvunopeus, stressinsietokyky tai jonkin metaboliitin tehostunut tuotto. Tällaiset parannukset ovat tärkeitä biotekniikan kannalta mm. biopolttoaineiden tuotannossa, jossa mikroleviä ja syanobakteereita tarvitaan.

Käytännössä ALE-kokeissa mikrobeille luodaan sopiva selektiopaine kasvattamalla niitä tietyissä stressiolosuhteissa, kuten muutetuissa lämpötiloissa, suolapitoisuuksissa tai valo-olosuhteissa. Tämän paineen tarkoituksena on saada mikrobit adaptoitumaan eli saamaan ominaisuuksia, jotka auttavat niitä selviytymään näissä olosuhteissa. Adaptaatio voi ilmetä monin tavoin, kuten geenimutaatioina, jotka vaikuttavat säätelyproteiinien toimintaan tai biosynteesireittien säätelyyn. Nämä geenimutaatiot taas vaikuttavat mm. kasvuun, aineenvaihduntaan ja stressinsietokykyyn. ALEn onnistumisen kannalta tärkeää on sopivan valintapaineen asettaminen. Liian suuri paine voi tappaa kasvatukset, kun taas liian vähäinen paine ei johda toivottuun adaptaatioon.

ALEn haasteisiin kuuluvat kokeiden edellyttämät pitkät koeajat. Ne voivat olla useita kuukasia, ja voivat vaikeuttaa ympäristöolosuhteiden stabiilisuuden ylläpitoa. Lisäksi on mahdollista, ettei haluttua fenotyyppiä saada. ALEssa aiheutuneet mutaatiot voivat joissakin tapauksissa tehdä mikrobeista erikoistuneita tietyille ympäristöille, mikä rajoittaa niiden käyttöä muissa kuin stressiolosuhteissa.