Opiskelijoiden virittämä bakteeri paljastaa antibioottijäämät

Vedenpuhdistuslaitokset eivät tällä hetkellä pysty poistamaan antibiootteja kokonaan, mikä on vaarallista paitsi ympäristölle, myös antibioottien teholle. 

Siksi monitieteinen opiskelijaryhmä Aalto-Helsinki 2020 kehittää biosensoriprototyyppiä, joka havainnoi makrolidi-antibioottijäämiä jätevedestä. Biosensori on mittalaite, jossa signaalin havaitsemiseen käytetään joko biomolekyylejä, elävää eliötä tai eliön osia.

Samalla Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston opiskelijoiden yhteinen tutkimusryhmä osallistuu yhdysvaltalaisen iGEM-säätiön tiedekilpailuun tutkimusprojektilla, jonka tavoitteena on auttaa estämään antibioottien pääsy luontoon.

Tutkimusryhmä päätti keskittyä projektissaan ympäristöongelmien ratkaisemiseen. Ympäristöaiheeksi valikoitui luontevasti vesi, koska Suomessa on paljon vesistöjä ja ryhmällä oli kokemusta vedenpuhdistusprosesseista opintojen ja töiden kautta.

Antibioottien ja lääkkeiden pääsy ympäristöön nousi esille, kun tiimi kysyi vedenpuhdistuksen eri asiantuntijoilta, mitkä ovat ajankohtaiset haasteet jätevedenpuhdistuksessa. Antibiootit päätyvät ympäristöön joko jätevesien kautta tai väärän kierrätyksen tuloksena.

Luonnossa antibiootit saattavat muun muassa päätyä eläimiin ja sitä kautta takaisin ihmisiin. Tämä kehitys voi johtaa antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien kehittymiseen, ja sitä kautta lääkkeiden toimivuuden heikentymiseen.

Opiskelijoiden kehittämä biosensori auttaa parantamaan antibioottien poistamisprosessia vedenpuhdistuslaitoksissa tulevaisuudessa.

Tutkimusryhmän tiiminvetäjät, bioteknologian opiskelija Tytti Jämsä ja evoluutiobiologian opiskelija Carla Coll Costa ovat innoissaan opiskelijavetoisesta ja opettavaisesta projektista.

Vuoden pituista tutkimusprojektia työstetään keväällä ja syksyllä opintojen ohella. Kesällä projekti on palkattu kesätyö, jota yliopistot ovat rahoittaneet.

– En voisi kuvitella parempaa kesätyötä opiskelijalle. Tässä projektissa oppii paljon ja samalla voi pitää myös hauskaa, Jämsä kertoo.

– Työtä on paljon, mutta projekti on hyvin palkitseva, Coll Costa komppaa.

Bakteeri tunnistaa antibiootit

IGEM-kilpailussa opiskelijajoukkueet ympäri maailmaa ratkovat ajankohtaisia ongelmia synteettisen biologian avulla. Synteettisellä biologialla tarkoitetaan ihmisen suunnittelemia ja rakentamia biologisia systeemejä, joita ei löydy luonnosta.

Aalto-Helsinki 2020-ryhmä kehittää parhaillaan bakteeripohjaista biosensoria laboratoriossa.

– Käytämme biosensorina E. coli -bakteeria, jota parhaillaan muokkaamme havainnoimaan makrolidi-antibiootteja, Jämsä sanoo.

Bakteerin muokkaus onnistuu rakentamalla plasmideita eli ympyränmuotoisia geeninpätkiä, joita lisätään bakteeriin, jotta siitä voi tulla biosensori.

– Lopputuotettamme voisi ajatella pienenä analyysirasiana, jossa on bakteereita pohjalla. Vedenpuhdistamo ottaa vesinäytteen ja kaataa sen sisään rasiaan. Jos näyte on puhdas, mitään ei tapahdu. Mutta jos vedessä on antibioottia, solut alkavat tuottaa fluoresenssia eli vihreää valoa, jonka avulla voidaan määrittää, kuinka paljon antibioottia näytteessä on, Coll Costa kertoo.

Vastaavaa biosensoria ei ole markkinoilla. Jos vedenpuhdistamo haluaa määrittää lääkejäämien määriä jätevedessä, on näyte vietävä laboratorioon.

Tavoitteena on tehdä vedenpuhdistus tutuksi

Aalto-Helsinki 2020-ryhmä aloitti tutkimusprojektin helmikuussa. Korona viivästytti laboratorio-osuuden alkamista, ja samalla kaikki tapaamiset muuttuivat etätilaisuuksiksi. Samoin iGEM-loppukilpailu, jonka piti olla marraskuussa Bostonissa, muuttui virtuaaliseksi kilpailuksi.

–  On hyvä, että kilpailu on lämminhenkinen, koska myös oikeassa elämässä tutkijat työskentelevät yhdessä.

Koronasta huolimatta tutkimusryhmä on tehnyt yhteistyötä muun muassa pohjoismaisten, saksalaisten ja intialaisten tiimien kanssa. IGEM-kilpailun ideana onkin kansainvälinen verkostoituminen.

–  On hyvä, että kilpailu on lämminhenkinen, koska myös oikeassa elämässä tutkijat työskentelevät yhdessä. Saamme paljon tukea mentoreiltamme ja yliopistosta sekä muilta yhteistyökumppaneiltamme, Coll Costa sanoo.

Tutkimusryhmäläiset ovat päässeet hyödyntämään monipuolisesti opintojaan ja vahvuuksiaan, kun biotieteiden, teknologian, fysiikan ja kemian opiskelijat ovat tuoneet osaamisensa tiimiin ja oppineet toinen toisiltaan.

Lisäksi tutkimusryhmän jäsenet ovat oppineet projektissa uusia asioita luonnontieteiden ulkopuolelta, kuten varainhankintaa, markkinointia ja graafista suunnittelua.

Koska tutkimusryhmä haluaa kertoa eri-ikäisille kierrätyksen ja vedenpuhdistuksen tärkeydestä, ryhmä on kehittänyt myös Fix the Flow -mobiilipelin, jossa pelaaja saa puhdistaa jätevedenpuhdistamon virtauksia. Mobiilipelin tarkoitus on tutustuttaa lapset ja lapsen­mieliset vedenpuhdistukseen hauskalla tavalla, ja ryhmä tuleekin markkinoimaan peliä kouluissa.

Jämsää ja Coll Costaa motivoi projektissa eniten itsenäisyys, ja että biosensorille on kysyntää.

– Parasta on, että suunnittelemme ja toteutamme tämän projektin alusta loppuun. On ollut hauskaa kehittää konkreettisesti jotain, mitä on itse ollut ideoimassa, Coll Costa sanoo.

–  Jos päädyn tutkijaksi, haluaisin tehdä juuri tällaisia asioita, eli ratkaista olemassa olevia ongelmia tieteen avulla, Jämsä lisää.

Haku seuraavaan iGEM-tiimiin alkaa joulukuussa, seuraa Aalto-Helsingin Instagramia @aaltohelsinki_igem. 

Tutkimusryhmän kehittämän Fix the flow -mobiilipelin löytää Google Play-kaupasta tai App Storesta nimellä Fix the Flow.

Fix the Flow -pelin QR-koodi

Lue lisää projektista Aalto-Helsingin sivuilta

Lue lisää kilpailusta iGEMin sivuilta