Syanobakteerit ratkaisuna elohopean aiheuttamiin ongelmiin – ABOA 2023

Elohopeaa esiintyy kaikkialla, sillä sitä on maaperässä, josta se vapautuu ilmakehään kivihiiltä poltettaessa. Lisäksi se on hitaasti hajoava, biokertyvä ja myrkyllinen aine. Elohopea on jo itsessään haitallista, mutta siitä on olemassa vielä vaarallisempi muoto, metyylielohopea.

Metyylielohopea kertyy elimistöön sen pitkän puoliintumisajan vuoksi. Elohopea aiheuttaa ainakin neurologisia sekä munuais- ja ruoansulatuskanavan oireita, geneettisiä muutoksia, sydän- ja verisuonitauteja, kehityshäiriöitä ja jopa kuolemaa. Haitat eivät rajoitu vain ihmisiin, vaan myös kalaa syövät luonnonvaraiset eläimet kuten kuikat, kotkat ja saukot ovat alttiita elohopean aiheuttamille haitoille. Suurin elohopean aiheuttama huoli eläimiin liittyen ovat niiden kehityshäiriöt.

Suurin osa eurooppalaisten saamasta metyylielohopeasta saadaan kalasta. Tämä johtuu siitä, että metyylielohopea rikastuu ravintoketjussa. Annosten vaihtelu on suurta, mutta aikuisten on arvioitu saavan metyylielohopeaa noin 10-30 % siedettävästä päiväsaannista.

On tärkeää kuitenkin muistaa, että vaikka petokalat ovat metyylielohopean suurin lähde ja metyylielohopea-altistus ei saisi olla liian suurta, on kaloilla myös terveyshyötyjä, eikä niiden käyttöä kannata metyylielohopean takia lopettaa tai vähentää liikaa.  Ongelma voidaan ratkaista vähentämällä elohopeaa vesistöistä ja käyttämällä eri kalalajeja monipuolisesti. Me ehdotamme ratkaisuksi elohopean vähentämiseen syanobakteereja.

Kansankielisesti tunnettuna sinilevät, eli syanobakteerit, eivät ole kovin hyvämaineisia. Sinilevät mielletään monissa yhteyksissä kesien rantapäivien pilaajiksi, mutta todellisuudessa niistä paljon muuhunkin.

Syanobakteerit ovat yksiä tärkeimpiä tuottajia, eivätkä suinkaan hajottajia kuten useimmat muut bakteerit. Tuottajina syanobakteerit yhteyttävät, jolloin fotosynteesin sivutuotteena syntyy monille eliöille korvaamatonta happea samalla, kun hiilidioksidia sidotaan ilmakehästä pois. Syanobakteerien ansiosta maapallon happiköyhä ilmakehä muotoutui sellaiseksi kuin se on – happipitoiseksi, monimuotoisen elämän mahdollistajaksi. Ne vastaavat nykyään yksin noin 20-30:sta prosentista koko ekosysteemin hapentuotannosta.

Luonnossa monien muiden alkuaineiden tapaan myös typpi on jatkuvassa kierrossa. Typen sitominen ilmakehästä on haastava, energiaa vaativa tehtävä, johon syanobakteerit kuitenkin pystyvät. Ne muuttavat ilmakehän typpeä (N₂) orgaaniseen muotoon, mikä edesauttaa biologisia prosesseja vesiekosysteemeissä, joissa typenpuute on rajoittaa tekijä. Toisin sanoen typpi muuntuu sellaiseen muotoon, jossa se on käytettävissä. Tässä voikin piillä ratkaisu myös haitallisen elohopean puhdistamiseen ympäristöstä.

Erilaisia proteiineja esimerkiksi tutkimuskäyttöön voidaan tuottaa bakteereissa. Tämä edellyttää DNA-fragmentin lisäämistä tyypillisesti plasmidivektoriin ja tämän vektorin siirtämistä bakteerisoluihin. Tämän jälkeen, kun soluja viljellään, ne voidaan indusoida tuottamaan haluttua proteiinia. Esimerkiksi Escherichian coli (E. Coli) on yleinen bakteeri jota käytetään tutkimuksessa. Myös syanobakteereja voidaan muokata E. colin tavoin tuottamaan erilaisia proteiineja. Eräs tutkimuksessa käytettävä syanobakteeri on synechocystis. Sitä käytetään koska se on helposti muokattavissa ja sen genomi on julkisesti saatavilla. Tätä syanobakteeria muokkaamalla mekin toteutamme projektimme.

Lämmin kiitos Kemianteollisuudelle projektimme tukemisesta!

ABOA 2023 -joukkue