Biosähkö kasvitieteessä
Sähköllä on tärkeä rooli lähes kaikessa nykyteknologiassa, mutta sillä on myös keskeinen osa biologiassa.
Esimerkiksi kasveissa vauriot tai taudinaiheuttajat saavat aikaan aktiopotentiaalin muodostumisen, mikä leviää muihin kasvin osiin aktivoiden puolustusmekanismeja. Solun polaarisuus määrittää kasvun suunnan sekä nopeuden ja kasvi reagoi sähkökenttiin elektrotropismin avulla. Fotosynteettisissä soluissa tylakoidikalvojen välille muodostuu elektrokemiallisia gradientteja. Fotosynteesi voi tuottaa sähköä biofotovoltanisissa laitteissa tai sitä voidaan muokata biotuotteiden valmistukseen elektrosynteesin avulla. On myös esitetty hypoteesi, että elämä olisi kehittynyt sähkökenttien vaikutuksessa. Turun yliopiston Biosähkö tutkimusryhmä, jota johtaa tutkijatohtori Laura Wey, tutkii perustavanlaatuisia fotobioelektrokemiallisia mekanismeja kasvitieteissä. Projektit keskittyvät (1) fotosynteettisiin bakteereihin, (2) kasveihin ja (3) symbioottisiin maaperän bakteereihin. Tutkimuksen tavoitteena on hyödyntää näistä opittua tietoa (1) foto-bio-paristojen ja (2-3) sähkökasvatusten kehittämiseen ja näin vaikuttaa kestävän energian tuotantoon ja satoisuuden parantamiseen.
Lue lisää
Fotosynteettiset bakteerit voivat siirtää elektroneja solun ulkopuolelle. Tätä fotosynteesin sivutuotteena tapahtuvaa ilmiötä voidaan hyödyntää vihreän sähkön tuotantoon biofotovoltanisten järjestelmien avulla. Tarkkaa mekanismia tämän prosessin takana ei kuitenkaan vielä tunneta. Photo-e-microbes-projektin tavoitteena on selvittää, miten tämä solunulkoisen elektroninsiirron reitti on vuorovaikutuksessa fotosynteettisten mikrobien muiden elektroninsiirtoreittien kanssa. Kehitämme yhdistettyä biofilmi spektroskopiaa ja fotoelektrokemiaa fotosynteesin ja sähköntuoton samanaikaiseen tutkimiseen, ja teemme yhteistyötä mallintajien kanssa lisätäksemme solunulkoisen elektroninsiirron olemassa oleviin fotosynteesin ja solumetabolian matemaattisiin malleihin. Teemme yhteistyötä materiaalitieteen tutkijoiden kanssa selvittääksemme kestävien elektrodimateriaalien vaihtoehtoja, jotta biofotovoltanisten systeemeiden abioottiset komponentit olisivat ympäristöystävällisiä.
Photo-e-microbes projektin rahoitus: Novo Nordisk -säätiön postdoc-apuraha ja Maj ja Tor Nesslingin säätiö (2023–2026)
Uudet tutkimukset viittaavat siihen, että fotosynteettiset bakteerit kykenevät kuljettamaan elektroneja niin solun sisälle kuin sen ulkopuolelle. CyanoSWITCH -projektin tavoitteena on tunnistaa solunulkoisen elektroninsiirron molekulaarisia toimijoita ja selvittää, miten sen voimakkuutta ja suuntaa säädellään. Tutkimme muun muassa “tioliredoksikytkimiä” ja sirkadiaanista rytmiä. Ymmärtämällä näitä säätelymekanismeja, projektin tavoitteena on kehittää uusia strategioita solunulkoisen elektroninsiirron hyödyntämiseksi uusiutuvan energian bioteknisissä sovelluksissa.
CyanoSWITCH-projektin rahoitus: Suomen Akatemian akatemiatutkijan tutkimusrahoitus luonnontieteiden ja tekniikan alalla (2025-2029)
Fotosynteettisten bakteerien kyky kuljettaa elektroneja solun sisälle ja ulkopuolelle luo mahdollisuuden hyödyntää tätä kaksisuuntaista elektroninsiirtoa foto-bio-paristoissa sähkön varastoimiseksi ja purkamiseksi. Photo-bio-batteries projektin tavoitteena on selvittää, kuinka fotosynteettiset bakteerit vaihtavat elektroninsiirron suuntaa riippuen ympäristöolosuhteista, kuten sokerien saatavuudesta, valosta ja lämpötilasta. Teemme yhteistyötä materiaalitieteen tutkijoiden kanssa kehittääksemme ”älykkäitä” elektrodeja, jotka muuttavat muotoaan ja toimintaansa valon ja lämpötilan mukaan, tukien näin fotosynteettisien bakteerien dynaamista toimintaa foto-bio-paristoissa.
Photo-bio-batteries projektin rahoitus: Novo Nordisk -säätiön Emerging Investigator -apuraha teollisen bioteknologian ja ympäristöbioteknologian kategoriassa (2025–2031).
1800-luvun puolivälistä lähtien viljelijät ja tutkijat ovat yrittäneet lisätä kasvien kasvua hyödyntäen sähkökenttiä. On käytetty esimerkiksi (i) “maaparistoja”, joissa metallilevyjä asetetaan (kosteaan) maahan (joka sisältää bakteereita, kuten nykyaikainen mikrobinen polttokenno) ja (ii) “ilmakehän sähköä”, jossa johtoja asetetaan kasvien ylle. 1880-luvulla Helsingin yliopistossa revontulia tutkiva geofysiikan professori Karl Lemström jopa esitti hypoteesin, että ilmakehän sähkö vaikutti pohjoisessa Suomessa kasvien nopeaan kasvuun luonnossa lyhyestä kasvukaudesta huolimatta. ePlants-projektin tavoitteena on selvittää sähköisten kenttien kasvien kasvua edistäviä bioelektrokemiallisia mekanismeja, erityisesti fotosynteesiin liittyen. Alustavat tulokset ovat lupaavia, ja projekti hakee parhaillaan rahoitusta.
Etsimme aina kunnianhimoisia, motivoituneita ja lahjakkaita opiskelijoita sekä tutkijoita, joilla on vahva tausta, kasvitieteessä, mikrobiologiassa, biokemiassa, spektroskopiassa, elektrokemiassa tai mikroskopiassa.
Kaikista vapaana olevista rahoitetuista paikoista (tutkijatohtorit, jatko-opiskelijat, tutkimusavustajat, harjoittelijat) ilmoitetaan Turun yliopiston avoimet tehtävät- sivuilla:
Otamme vastaan ehdotuksia ulkoisesti rahoitettavista väitöskirja- tai postdoc-apurahoista.
Voimme ohjata tutkimusprojekteja kandi- ja maisteritasolla:
- KABI4010 Pro gradu -tutkielma, Molekulaarinen kasvibiologia
- KABI4019 Project in Photosynthesis
- DIBT0101 Projektityö, Biotekniikka
- BKEM1064 Laboratory Project in Biochemistry
- BKEM1107 Molekyylibiotieteiden tutkimuksen esittely
Jos olet kiinnostunut liittymään ryhmään, lähetä sähköpostia Laura Weylle ja liitä mukaan CV, potentiaaliset rahoitus- tai kurssityömahdollisuudet ja mahdollisen aloituksen ajankohta.
Huomioithan, että suuren yhteydenottojen määrän vuoksi, vastauksia ei välttämättä voida antaa kaikille hakijoille. Kaikki hakemukset tullaan kuitenkin arvioimaan. Hakijat, joilla on (i) erinomainen akateeminen tausta, (ii) selvä motivaatio liittyä ryhmään ja (iii) mahdollinen rahoitussuunnitelma, voidaan kutsua haastatteluun.
Teemme mielellämme yhteistyötä fotosynteesiin ja fotobioelektrokemiaan liittyvissä projekteissa myös muiden tutkimusryhmien kanssa. Ota rohkeasti yhteyttä!
Ryhmän jäsenet
Dr Pablo Ortega-Martínez, PhD, aloittaa elokuussa 2025.
1x rahoitettu väitöskirjapaikka, aloitus lokakuussa 2025
2x rahoitettua väitöskirjapaikkaa, aloitus huhtikuussa 2026
- Pulmu Eloranta, yhdessä dos. Pia Damlinin kanssa, Materiaalikemian tutkimusryhmä, kemian laitos
- Eba Itafa, väitöskirjatutkija,yhdessä professori Yagut Allahverdiyeva-Rinteen kanssa, Fotosynteettiset mikrobit tutkimusryhmä, bioteknologian laitos
- Michaela (Kayla) Crosbie, väitöskirjatutkija, yhdessä dos. Lauri Nikkasen kanssa, Syanobakteerien bioenergetiikan säätelyn tutkimusryhmä bioteknologian laitos
Venla Orpana, tutkimusavustaja (2025)
Mithila Ray, tutkimusavustaja (2023-2024)
Johanna Vaino, harjoittelija (2023-2024)
