Biotalouden tulevaisuuden tekijät osa 5: Biopohjaista nahkaa sienirihmaston geneettisellä muokkauksella

Yksittäinen petrimalja kuvan etualalla ja takana petrimaljoja pinossa.

Blogi - Julkaistu 24.6.2021

Muotiteollisuudella on valtava hiilijalanjälki, joka kasvaa kiihtyvällä vauhdilla. NewLeather -projektissa VTT:llä Géza Szilvay ja Manuel Arias Barrantes etsivät ratkaisua tähän haasteeseen kehittämällä sienipohjaista nahkaa. Synteettisen biologian avulla he uudelleen muokkaavat sienirihmastoa tuottamaan ihon kaltaista materiaalia, jolla on ylivoimaisia etuja verrattuna eläinperäiseen nahkaan.

Elämme aikaa, jossa ympäristöhaasteet, kuten ilmastonmuutos ja luonnon monimuotoisuuden kato pakottavat meidät uudelleenarvioimaan tapojamme tuottaa, kuluttaa ja jopa ajatella. Fossiilitalous kääntyy hitaasti kohti uutta kestävämpää kiertotaloutta, mutta kaikkien alojen hiilipäästöjen on laskettava, jos haluamme muutoksen tapahtuvan. Yksi näistä aloista on muotiteollisuus, joka vastaa 10 % globaaleista CO2 päästöistä. Se on enemmän kuin lentoliikenteen ja laivaliikenteen päästöt yhteensä. Yksi suurimmista ongelmista alalla on nahan tuotanto. Sen ympäristövaikutukset johtuvat pääosin karjan kasvatuksesta ja sen päästöjen arvioidaan olevan 130 tonnia vuodessa, mikä vastaa 30 miljoonan henkilöauton vuosittaisia hiilidioksidipäästöjä.

Missä ongelma, siellä ratkaisu

Ratkaisua tähän ongelmaan etsitään VTT:ssä, jossa tutkijat ovat kehittäneet sienipohjaisen nahan kaltaisen materiaalin, joka tarjoaa ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon perinteiselle eläinperäiselle nahalle. Nahan korvaaminen vapauttaisi viljelymaata ruoantuotantoon ja vähentäisi karjan kasvatuksesta aiheutuvia päästöjä. Lisäksi tuotantoprosessin vaatimien kemikaalien käyttö vähenisi. Esimerkiksi nahan tuotannosta aiheutuvat kromipäästöt ovat tutkitusti haitallisia niin ihmiselle kuin ympäristöllekin.

NewLeather -tutkimusprojekti on poikkitieteellinen yhteistyö, jota johtaa vanhempi tutkija Géza Szilvay. Se on osa VTT:n iBex ohjelmaa, joka rahoittaa ratkaisukeskeistä tutkimusta tavoitteenaan tuottaa maailmaa muuttavia innovaatioita. Yhteistyöprojekti on tuonut yhteen muotoilijoita ja tutkijoita kehittämään uutta tapaa tuottaa nahkaa bioteknologian avulla. Yksi projektin muotoilijoista on Manuel Arias Barrantes, joka uskoo, että tulevaisuuden materiaalit suunnitellaan yhä enemmän laboratoriossa yhdessä tutkijoiden kanssa: ”Mielestäni muotoilijoina me ymmärrämme tuotteiden loppukäyttäjiä ja heidän tarpeitaan syvällisemmin ja näin ollen voimme kuroa umpeen tätä kuilua ja luoda tuotteita, joita kuluttajat oikeasti tarvitsevat ja jotka samalla ovat ympäristövastuullisia.”

Kaksi miestä valkoisissa takeissa keskustelemassa laboratoriossa.
Tutkija Manuel Arias Barrantes ja tutkimusryhmän johtaja Géza Szilvay.

Rihmaston uudelleen suunnittelua

Materiaalin tuotannossa tutkijat käyttävät sienestä vain sen rihmastoa, jota kutsutaan myös sienen juurirakenteeksi. Se on säikeittäin kasvava mikrobi itsessään ja synteettisen biologian avulla tutkijat voivat suunnitella lopullisen materiaalin solutasolta lähtien – saavuttaakseen halutut ominaisuudet. He voivat tuoda soluun uusia proteiineja tai muokata sen aineenvaihdunnan reittejä ja näin muuttaa rihmaston rakennetta. ”Me voimme suunnitella rihmastoa ja leikkiä sen lujuudella ja esimerkiksi sen repeytyvyyden ja hankauksen vastustuskyvyllä. Voimme yrittää lisätä siihen funktionaalisuuksia geenimuokkauksen menetelmillä”, selittää Szilvay.

Synteettistä, paperimaisen ohutta ja ruskean väristä nahkaa läpinäkyvän petrimaljan päällä.
Synteettistä nahkaa.

Geenimuokkaus on tutkijoiden keino hallita sienirihmaston mikrorakennetta. He voivat muun muassa tehdä rihmoista vahvempia ja parantaa niiden interaktioita muiden komponenttien kanssa tai jopa tehdä lopputuotteesta kestävämmän. Huolellisen muokkauksen jälkeen rihmastot kasvatetaan hyvin suunnitelluissa olosuhteissa, jotka suosivat niiden kasvua. Lopulta ne käsitellään ja prosessoidaan kuitumaiseksi rakenteeksi, joka muistuttaa arkkia.

Ei tarvetta pelloille

Erittäin lupaava näkökulma sienipohjaisissa materiaaleissa on se, että sieniä voi ruokkia orgaanisilla sivuvirroilla. Muitakin etuja on. ”Koska emme tarvitse peltoja, voimme kasvattaa niitä laboratorio-oloissa bioreaktoreissa. Me emme esimerkiksi tuota yhtä paljon hiilidioksidia kuin karjan kasvatuksessa ja lisäksi lopputuote on biohajoava”, sanoo Szilvay.

Biopohjaista nahkaa kehitetään ympäri maailmaa tutkijoiden toimesta ja vaikka joitain tuotteita on jo markkinoilla näkynyt, haasteita riittää uusien materiaalien teolliseen tuotantoon saattamisessa. Tässä kohtaa bioteknologialla on etunsa verrattuna moniin muihin menetelmiin, sillä se on helposti skaalattavissa. Silti myös NewLeather projektin sienipohjaisen nahan tuotantoprosessi tarvitsee vielä viilausta ennen markkinoiden valloitusta, kertoo Szilvay: ”Me haluamme parantaa kasvatusta ja kankaaksi prosessointia tehokkaammaksi kuin se on nyt. Se voisi mahdollistaa näiden materiaalien tuomisen markkinoille nopeammin ja kustannustehokkaasti, niin että hinta ei olisi este markkinoille pääsylle”.

Mies laboratoriossa tutkimassa petrimaljaa.
Tutkimusryhmän johtaja Géza Szilvay työssään.

Kestävien materiaalien kysyntä on valtava ja biomateriaalien kehitys ja tutkimus kuhiseekin uusia innovaatioita. Synteettinen biologia tarjoaa uusia polkuja materiaalien, kemikaalien, lääkkeiden ja jopa ruoan tuotantoon ja tämä tukee monia YK:n kestävän kehityksen tavoitteita, kuten 9 ja 12, jotka tähtäävät kestävän teollisuuden, tuotannon, innovaatioiden ja kulutuksen edistämiseen. Samalla kun ala vauhdilla kasvattaa siihen investoitua pääomaa, sen globaalien markkinoiden arvo on arvioitu useisiin miljardeihin ja ennustettu kasvavan vuosittain jopa 25%. On kiehtovaa ajatella, että joitakin näistä mullistavista innovaatioista kehitellään mikroskooppisen pienissä ympäristöissä. Pienimpien mikrobien ja sienten potentiaalisen voiman valjastaminen materiaalien tuotantoon saattaa hyvinkin näytellä isoa roolia materiaalitalouden vallankumouksessa.

Kati Sointukangas.
Nina Pulkkis.

Kirjoittajat:

Kati Sointukangas on toimittaja ja käsikirjoittaja, joka uskoo, että maailman pelastamiseen tarvitaan sekä tiedettä että taidetta. Hän on ollut mukana muun muassa Suomen Tulevaisuus -tiedesarjan tiimissä ja tekee tällä hetkellä töitä sekä tiedeviestinnän, dokumenttien että kulttuurin parissa.
Yhteystiedot: kati.sointukangas(at)gmail.com, Instagram: @katisoi, Twitter: @KSointukangas.

Nina Pulkkis on suomalainen tiedetoimittaja ja dokumenttiohjaaja. Tiedetoimittajana hän on erikoistunut insinööritieteisiin, synteettiseen biologiaan ja kemiaan, erityisesti liittyen biotalouteen ja biomateriaaleihin. Hän on muun muassa ohjannut ja käsikirjoittanut yhteistyössä Howard Jacobsin kanssa kansainvälisesti palkitun tiededokumenttisarjan Suomen tulevaisuus, joka esitettiin MTV3-kanavalla vuosina 2014-2017. Tiedesarjan lisäksi Nina Pulkkis on ohjannut ja käsikirjoittanut kymmeniä yritys- ja historiadokumentteja.
Yhteystiedot: nina.pulkkis(at)synbio.fi, +358 50 4416714, twitter @NPulkkis.


Agenda2030

Synteettinen biologia tarjoaa uusia polkuja materiaalien, kemikaalien, lääkkeiden ja jopa ruoan tuotantoon ja tämä tukee monia YK:n kestävän kehityksen tavoitteita, kuten 9 ja 12, jotka tähtäävät kestävän teollisuuden, tuotannon, innovaatioiden ja kulutuksen edistämiseen.

Lue lisää artikkeleita samasta kestävän kehityksen tavoitteesta:

9. Kestävää teollisuutta, innovaatiota ja infrastruktuureja12. Vastuullista kuluttamista

Biotalouden tulevaisuuden tekijät

Biotalouden tulevaisuutta rakennetaan nyt. Tässä blogisarjassa esittelemme kestävän kierto- ja biotalouden uraauurtavaa tutkimusta sekä tutkijoita sen taustalla. Miten synteettinen biologia, uuden sukupolven biomateriaalien tutkimus ja korkeamman jalostusarvon uudet lignoselluloosapohjaiset ratkaisut pohjustavat tietä kestävämpään tulevaisuuteen? Tervetuloa kulisseihin tapaamaan loistavia nuoria tutkijoitamme, jotka työskentelevät ratkaistakseen aikamme polttavimpia kysymyksiä.


Lue seuraava artikkeli: Metsäbiotalous luo hyvinvointia kaikille Suomen maakunnille »