Sesilja Arangon tutkimusryhmä on kehittänyt menetelmän, joka ratkaisee biotekniikan keskeisen haasteen: miten saada mikrobit tekemään proteiineihin samat muokkaukset kuin nisäkässolut. Menetelmä mahdollistaa maitoproteiinien ekologisen tuotannon ilman lehmiä.
Sesilja Aranko on kehittänyt menetelmän, joka tarjoaa ratkaisun yhteen keskeiseen haasteeseen proteiinien tuotossa mikrobeissa: miten saada mikrobit tekemään proteiineihin samat kemialliset muokkaukset kuin mitä nisäkässolut tekevät. Kyse on fosforylaatiosta, joka määrittää maitoproteiinien ominaisuudet – ja samalla sen, voidaanko mikrobien avulla tuottaa ekologisesti kestäviä maitotuotteita.
Aranko on Aalto-yliopiston apulaisprofessori, ja hänen tutkimuksensa keskiössä on kysymys siitä, miten mikrobit voidaan ohjelmoida tuottamaan proteiineja, joilla on täsmälleen oikeat ominaisuudet. Kyse ei ole pelkästä geenimanipulaatiosta. Geenit koodaavat proteiineja, mutta solut tekevät niihin jälkikäteen muokkauksia, jotka muuttavat niiden ominaisuuksia. Nämä post-translationaaliset muutokset eivät ole suoraan koodattuja geeneihin – ne riippuvat siitä, millainen solu proteiinin tuottaa.
Kaseiini nimisten maitoproteiinien tapauksessa keskeinen muokkaus on fosforylaatio. Ihmissoluissa kaseiiniproteiiniin liitetään fosfaattiryhmiä, jotka vaikuttavat sen kykyyn sitoa kalsiumia ja muodostaa misellejä. Jos sama proteiini tuotetaan bakteereissa, fosforylaatiota ei tapahdu – ja lopputulos on erilainen, vaikka geeni olisi identtinen.
Kaseiinien tuotannossa biotekniikan avulla suuri pullonkaula on edelleen se, että edulliset ja tehokkaat isäntäorganismit eivät tee nisäkässoluille tyypillisiä muokkauksia. Nisäkässoluja voi kasvattaa, mutta prosessi on kallis. Bakteerit ja hiivat ovat tehokkaita, mutta ne eivät tee tarvittavia muokkauksia proteiineihin.
”Törmäsin tähän ongelmaan kehittäessäni proteiinipohjaisia materiaaleja”, Aranko kertoo. ”Mikrobituotanto johti usein ominaisuuksiltaan väärään lopputulokseen puuttuvien muokkausten takia.”
Arangon tutkimusryhmä on kehittänyt ratkaisun, joka perustuu fosforylointeja tekevän entsyymin geenin lisäämiseen mikrobiin geenitekniikan avulla ja sen koodaaman entsyymin ohjaamiseen kohdeproteiinin viereen. Menetelmä käyttää kahta proteiinimoduulia: ”ohjausmoduulia”, joka kiinnitetään fosforyloivaan entsyymiin, ja ”tunnistusmoduulia”, joka kiinnitetään kaseiiniin. Nämä moduulit tuovat entsyymin ja kohteen fyysisesti lähelle toisiaan solun sisällä.
Menetelmä ratkaisee kaksi teknistä haastetta samanaikaisesti. Ensinnäkin bakteerit eivät luonnostaan fosforyloi kaseiineja. Toiseksi nisäkässolun fosforyloiva entsyymi on usein myrkyllinen bakteereille. Koska entsyymin aktiivisuus kohdentuu tarkasti vain kaseiiniin, sen haitalliset vaikutukset muihin soluproteiineihin vähenevät lähes kokonaan.
“Oivallus syntyi toisessa projektissa: huomasimme, että voimme ohjata entsyymin täsmälleen sinne, missä sitä tarvitaan, ilman että muokkaamme itse entsyymiä.”
”Mikrobituotanto johti usein ominaisuuksiltaan väärään lopputulokseen puuttuvien muokkausten takia.”
”Kun viimein saamme haastavan projektin onnistumaan, se on todella palkitsevaa”, Aranko sanoo. Näitä hetkiä edeltää monta epäonnistunutta koetta. Kiinnostavimmat löydöt syntyvät usein, kun tiimi lopulta ymmärtää, miksi tulokset eivät ole odotettuja.
Vaikka Aranko ei enää pääse itse tekemään laboratoriotyötä yhtä usein, tulosten analysoiminen yhdessä tutkimusryhmän jäsenten kanssa pysyy työn antoisimpana osana. ”Kaipaan elämääni haasteita, jotka pakottavat minut oppimaan uutta. Tutkijan työssä niitä riittää”, hän sanoo. Lahjakkaat ryhmän jäsenet, vertaistuki kollegoilta, kokeneempien kollegoiden neuvot ja perheen vankkumaton tuki tekevät työstä mielekästä myös haastavina hetkinä.
Maitoproteiinien tuotto mikrobeissa vastaa yhteiskunnalliseen haasteeseen. Maailmanlaajuisesti maito on keskeinen proteiinin ja kalsiumin lähde, mutta karjatalouden ympäristövaikutukset, eettisyyskysymykset ja taloudelliset paineet pakottavat etsimään vaihtoehtoja. Tuotto mikrobeissa tarjoaa tavan tuottaa maitotuotteita ilman lehmiä – edellyttäen, että proteiinien ominaisuudet vastaavat alkuperäisiä.
Fosforylaatio on tässä ratkaiseva. Ilman sitä mikrobeissa tuotettu kaseiini ei muodosta misellejä eikä sido kalsiumia samalla tavalla kuin maidosta saatu proteiini. Ruokaproteiinien tuotannossa prosessin turvallisuus, ekologisuus ja taloudellisuus ovat yhtä tärkeitä kuin lopputuotteen ominaisuudet.
Emil Aaltosen Säätiön rahoitus tekee mahdolliseksi väitöskirjatyön, jossa selvitetään menetelmän soveltuvuutta maitoproteiinien tuotantoon mikrobeissa. ”Tässä uravaiheessa rahoitus omalle ryhmälle on kriittistä”, Aranko sanoo. Hän aloitti apulaisprofessorina vajaa vuosi ennen rahoituksen saamista, ja tutkimusryhmän perustaminen vaatii resursseja, joita yliopiston perusrahoitus ei kata.
Tutkimus alkaa virallisesti tammikuussa. Tavoitteena on osoittaa, että menetelmä toimii maitoproteiineille, ja kehittää työkaluja, joita voidaan hyödyntää myös muiden biotekniikan sovellusten kannalta kiinnostavien proteiinien tuotossa.
Arangon työ osoittaa, että mikrobit voidaan ohjelmoida tekemään nisäkässolujen kaltaisia proteiinimuokkauksia. Näin maitoproteiineja voidaan tuottaa ilman karjatalouden rakenteellisia ympäristövaikutuksia – ja silti säilyttää ne ominaisuudet, jotka ovat ratkaisevia esimerkiksi juustonvalmistuksessa ja ravitsemuksessa. Tämä avaa tien ekologisempaan ruoantuotantoon.
Sesilja Aranko on Aalto-yliopiston apulaisprofessori, joka kehittää mikrobien ja proteiinien muokkaukseen menetelmiä, jotka mahdollistavat uusien proteiinipohjaisten sovellusten kehittämisen. Sovelluskohteisiin lukeutuvat proteiinipohjaiset materiaalit, ruokaproteiinit ja entsyymit. Aranko kuuli lukioikäisenä biotekniikasta ja tiesi heti haluavansa tehdä sitä. Emil Aaltosen Säätiön rahoitus mahdollistaa väitöskirjatyön maitoproteiinien tuotannosta mikrobeissa.
Hyvinvoinnin kasvua –
luovaa tieteellistä tutkimusta tukemalla
© Emil Aaltosen Säätiö 2025