(Biomassat kiertoon Koillismaalla -hanke on tuottanut informatiivisen julkaisusarjan hankkeen tuotoksista ja raporteista).
Kanadanvesiruton (Elodea canadensis) lehtien pinnoilla on monenlaisia bakteereja. Niiden ominaisuudet ja merkitys tunnetaan huonosti. Tässä Biomassat kiertoon Koillismaalla -hankkeen Luonnonvarakeskuksen (Luke) osuudessa selvitettiin vesiruttokasvustoista eristettyjen bakteerien hyödyntämis- ja tuotteistamismahdollisuuksia rehu-, elintarvike-, biostimulantti- ja biotorjuntasovelluksiin. Testattavat bakteeri-isolaatit olivat peräisin kesällä 2019 Vuotunki-järvestä Kuusamosta kerätyistä näytteistä ja niistä luodusta 129 isolaattia käsittävästä kokoelmasta.
Kolmekymmentä mielenkiintoisinta bakteeri-isolaattia sekvensoitiin. Niistä valtaosa pystyttiin tunnistamaan sukutasolle 16S rRNA -geenin sekvenssianalyysin perusteella. Tunnistetut isolaatit edustivat yhdeksää eri sukua.
Entsyymiaktiivisuus selvityksen kohteena
Entsyymit ovat luonnossa, ihmisissä, eläimissä, kasveissa ja mikrobeissa esiintyviä proteiineja, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita siinä itse muuttumatta. Eri entsyymit toimivat erilaisilla lämpötila-, suolapitoisuus- ja pH-alueilla. Nykyisin entsyymejä hyödynnetään laajasti eri teollisuudenaloilla valmistusprosessien nopeuttamiseen, tuotteiden valmistamiseen tai niiden ominaisuuksien muokkaamiseen.
Tässä työssä tutkittaviksi entsyymeiksi valittiin proteaasi, sellulaasi ja lakkaasi, joita käytetään laajalti elintarviketeollisuudessa, sekä fytaasi, jota käytetään rehuteollisuudessa. Näiden entsyymien käyttö maailmanlaajuisesti kasvaa. Energian hinnan nousun ja ympäristölainsäädännön velvoitteiden vuoksi on tarve vähentää valmistusprosessien energiankulutusta, joten alhaisissa lämpötiloissa toimivien entsyymien tarve kasvaa.
Valituista bakteeri-isolaateista proteaasi-, sellulaasi-, fytaasi- ja lakkaasiaktiivisuus määritettiin agardiffuusio-menetelmällä, jossa entsyymiaktiivisuus ilmenee testattavan kohteen ympärille muodostuneena kirkkaana kehänä. Mitä suurempi kirkas vyöhyke on, sitä voimakkaampaa on entsyymin aktiivisuus. Lakkaasitestauksessa entsyymiaktiivisuus näkyy punaruskeana mikrobikasvustona. Aktiivisuudet vaihtelivat eri bakteerisukujen ja jopa saman suvun eri isolaattien välillä.
Biostimulantti- ja biotorjuntapotentiaali testauksessa
Kasvintuhoojat vähentävät viljelykasvien satoa ja laatua aiheuttaen merkittäviä taloudellisia tappioita ja heikentäen elintarviketurvallisuutta niin kansallisella kuin maailmanlaajuisella tasolla. Kasvintuhoojien torjunta perustuu suurelta osin kemiallisiin torjunta-aineisiin. Torjunta-aineet ovat kuitenkin riski ympäristölle ja ihmisten terveydelle, joten niiden käyttöä pyritään vähentämään. Korvaajiksi tarvitaan vaihtoehtoisia, ei-kemiallisia menetelmiä, joita voisivat olla esimerkiksi mikrobipohjaiset tuotteet.
Vesirutosta eristettyjen mikrobien taudinesto- ja biostimulanttivaikutuksia selvitettiin malja- ja kasvatuskaappikokeissa. Yli 40 vesirutosta eristetyn bakteeri-isolaatin kasvitaudinaiheuttajien kasvunestovaikutuksia tutkittiin agardiffuusio-menetelmällä. Monet isolaatit pystyivät estämään tai hidastamaan Suomessa yleisesti esiintyvien kasvipatogeenisten sienten tai hidaskasvuisten Streptomyces-bakteerien kasvua. Maljakokeissa lupaavia tuloksia antaneiden bakteeri-isolaattien taudinestovaikutuksien testausta jatkettiin kontrolloiduissa oloissa kasvatuskaappikokeissa. Neljä testatuista isolaateista hillitsi Fusarium-sienen aiheuttaman tyvitaudin oireiden kehittymistä ohralla ja yksi isolaatti möhöjuurioireiden kehittymistä kiinankaalilla, joten näiden isolaattien testaamista kannattaa jatkaa. Isolaattien taudinestovaikutusta ei pystytty linkittämään entsyymiaktiivisuuksiin.
Kasvatuskaappikokeissa testattiin myös isolaattien biostimulanttivaikutuksia, mutta ne osoittautuvat vähäisiksi testikasveina käytetyillä ohralla ja retiisillä.
Hyödyntämis- ja tuotteistamismahdollisuudet
Tulosten ja kirjallisuuden perusteella tässä työssä testatuilla bakteeri-isolaateilla voi olla potentiaalia moniin eri käyttötarkoituksiin erityisesti niiden entsyymituotannon perusteella.
Kiinnostus entsyymien hyödyntämiseen kasvaa jatkuvasti, koska ympäristölainsäädäntö sekä energian ja kemiallisen kuormituksen vähentämistavoitteet kannustavat yrityksiä kehittämään ympäristöystävällisiä prosesseja. Pyrkimys parantaa rehutehokkuutta eläintuotannossa ja vesiviljelyn kasvu lisäävät entsyymien käyttöä rehuteollisuudessa. Nopeasti kasvava valmisruokien käyttö ja ihmisten lisääntyvä terveystietoisuus edistävät entsyymien käyttöä parantamaan prosessoitujen elintarviketuotteiden aistittavaa laatua, säilyvyyttä ja ravitsemuksellista arvoa.
Tässä työssä löydettiin sellaisia sellulaasia ja proteaasia tuottavia isolaatteja, jotka kuuluvat melko tuntemattomiin bakteerisukuihin (Exiguobacterium, Duganella, Pantoea). Näiden isolaattien hyödyntämismahdollisuuksien selvittämiseksi jatkotutkimukset ovat tarpeen.
Kiinnostavaa jatkotutkimuksen kannalta on myös se, ettämonet isolaatit osoittivat jopa suurempaa entsyymiaktiivisuutta 15°C:ssa kuin 20°C:ssa. Tämä antaa viitteitä siitä, että kyseiset isolaatit voivat olla psykrotrofisia bakteereita, jotka kasvavat ja joiden entsyymit toimivat lähellä veden jäätymispistettä. Tuotteistamisnäkökulmasta tämä ominaisuus on hyödyllinen, sillä kylmässä toimivien entsyymien avulla pystytään vähentämään prosessien energiankulutusta monilla eri sovellusalueilla. Jatkotutkimuksia tarvitaan selvittämään näiden mikrobien tuottamien entsyymien määriä ja puhdistusta sekä karakterisoimaan ominaisuuksia kuten toimintakykyä eri lämpötila-, suolapitoisuus- ja pH-alueella.
Lue koko raportti tästä.
Lisätietoja:
Anna-Liisa Välimaa, Elintarvikkeet ja biotuotteet, Luke, Oulu,
Lea Hiltunen, Kasvinterveys, Luke, Oulu,
Lisää luettavaa:
Hiltunen L, Välimaa A-L. 2022. Vesirutosta eristetyt mikrobit. Julkaisussa Nilivaara R, Hiltunen L, Joki-Tokola E, Kahiluoto J, Karvonen J, Kuoppala M, Lötjönen T, Niemistö J, Satomaa M, Tahkola H, Ulvi T, Välimaa A-L, Hellsten S. Vesiruton energia ja ravinteet talteen. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 9/2022. 97 p. SYKEra_9-2022_Vesiruton_energia_ElodeaII.pdf
