HAMBI/FBCC -sienikokoelma tutkimuksen apuvälineenä talikääpä prof. Annele Hatakka Helsingin yliopisto Mikrobiologian ja biotekniikan osasto (MIB), Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos
FBCC = Fungal Biotechnology Culture Collection kantasieniä: puuta lahottavia, kariketta hajottavia ja mykorritsasieniä, ja kotelosieniä: pelloilta eristettyjä sieniä Pycnoporus cinnabarinus punakääpä (puuta lahottava valkolahosieni) Agrocybe praecox piennarsieni (karikkeenlahottajasieni)
FBCC:n lyhyt historia 1. kokoelma 1970-luvulla Kerääjät Annele Hatakka ja Tuula Kokko (Pirhonen) Eristykset vanhoista metsistä, jossa lahoavaa puuta (pääosin Perniöstä, Joutsasta ja Helsingin seudulta) 6.9.-26.10.1975 Eristykset laboratoriossa itiöemistä (käävistä) tai lahopuusta Kokko, Tuula. 1977. Puuta lahottavien sienten soveltuvuus lignoselluloosajätteiden hyväksikäyttöön. Pro gradu työ. Mikrobiologian laitos, Helsingin yliopisto. 122 s. + liitteet Yli 160 puuta lahottavaa kantasientä N. 10 sientä identifioitiin CBS:ssa, Baarnissa, Hollannissa, Osa identifioitiin Aino Käärikin avustuksella SLUssa Upsalassa Seulottiin ensin selluloosan hajotusta
FBCC:n lyhyt historia 1. kokoelma 1970-luvulla,jatkoa Tutkittiin 7 lupaavimman sienen ligniininhajotus Phlebia radiata 79 (rusorypykkä) osoittautui parhaaksi ligniininhajottajaksi (paras 14 CO 2 : n tuotto 14 C-leimatusta ligniinistä) Eristetty Vantaalta leppäpuusta 21.9.1975 Hatakka, A. & Uusi Rauva, A.K. 1983. Degradation of 14 C labelled poplar wood lignin by selected white rot fungi. European Journal of Applied Microbiology and Biotechnology 17:235 242. (nykyisin: Applied Microbiology and Biotechnology) (viitattu 104 kertaa)
Väitöskirjoja, joissa Phlebia radiata ja muita 1. kokoelman sieniä Annele Hatakka (1986) Degradation and conversion of lignin, lignin related aromatic compounds and lignocellulose by selected white rot fungi Taina Lundell (1993) Ligninolytic system of the white-rot fungus Phlebia radiata: Lignin model compound studies Tamara Vares (1996) Ligninolytic enzymes and lignin-degrading activity of taxonomically different white-rot fungi Pauliina Lankinen (2004) Ligninolytic enzymes of the basidiomycetous fungi Agaricus bisporus and Phlebia radiata on lignocellulose-containing media Outi Niemenmaa (2008) Monitoring of fungal growth and degradation of wood Miia R. Mäkelä (2009) The white-rot fungi Phlebia radiata and Dichomitus squalens in wood-based cultures: expression of laccases, lignin peroxidases, and oxalate decarboxylase Muualla väitelleitä Markku Saloheimo (VTT) (1991) Molecular biology of lignin-degrading enzymes from Phlebia radiata. HY Perinnöllisyystiede Anne Kantelinen (VTT) (1992) Enzymes in bleaching of kraft pulp. TKK
FBCC lyhyt historia, osa 2 2. kokoelma 1990-luvun lopulla Tekesin rahoittama projekti Puuhakkeen mikrobiologiset esikäsittelyt (1998-2002) Konsortiossa mukana VTT (koordinaattori Liisa Viikari), TKK (nyk. Aalto), Åbo Akademi Keruuretkiä Ylläkselle Lappiin, aarnialueille jne. Olimme mukana kun sienitutkijat kartoittivat Lapin (Ylläksen) laskettelukeskusten laajentamisen vaikutusta Useat käävät ovat vanhojen metsien indikaattorilajeja Eristykset paikan päällä maastossa Sienitaksonomien (esim. Reijo Penttilä, Tuomo Niemelä) avulla saimme ilmaista identifiointia
Tekes-projektin tavoitteena oli löytää tehokkaita sieniä kuusipuuhakkeiden esikäsittelyyn eli biopulppaukseen (biopulping). Wood Harvest, transport Debarking, chipping Screening Chips Inoculation Cooling Decontamination Wood chip pile Fungus, nutrients, water Air Steam Aeration Softened chips to pulp refining
Isolation of fungal strains Mika Kalsi ja Pekka Maijala eristävät sieniä The best source for isolating white-rot fungal strains are old forests with lots of decaying material The culture collection of the Lignin group: 1500 strains of white-rot, brown-rot and litter decomposing fungi Physisporinus rivulosus T241i (talikääpä) was isolated in 1998
Kari Steffen ja Taina Lundell sienisatoa inventoimassa
Martin Hofrichter etsii karikkeenlahottajia
Sienten keruussa tarvitaan kunnolliset varusteet: polvisuojukset, puukko Kari Steffen maastossa.
Lisää tarvikkeita: kumisaappaita, agarmaljoja, etanolia ulkoiseen käyttöön
Sieniretkellä kurssilaisten ja tutkimusryhmän kanssa Hyytiälän metsäasemalla, jossa on aarnialuerippeitä
Sienten seulonta ja testaus eristäminen > 700 sienikantaa suomalaisista metsistä ja kantakokoelmista I seulonta II seulonta Kuusipuun hajotuskokeita Agarmaljatestejä, kasvu eri oloissa Pihkanpoistokyvyn testaus Kilpailukyky Biokemialliset ominaisuudet (entsyymiaktiivisuudet) Puuhakkeiden käsittely laboratorioskaalassa (sienten kasvatus puuhakkeilla 2 viikkoa)
Parhaaksi biopulppaussieneksi osoittautui harvinainen talikääpä, kanta T241i (Physisporinus rivulosus, nyk. nimi Obba rivulosa) Talikäävän kasvu kuusipuulla Staining with phloroglucinol (white areas do not contain lignin) Confocal laser scanning microscopy picture, photo by Vanamo Salo. WGA AlexaFluor 660 (Molecular Probes)
Freeness, ml Biopulping Energian säästö jopa20% mekaanisen massan valmistuksessa puuhakkeen esikäsittelyn jälkeen. P. rivulosus T241i -sientä kasvatettiin puuhakkeella 2 viikkoa. Treatment time 2 weeks: Ref0, T241i, CZ-3 500 0-Referenssi 400 T241i 300 CZ-3 Reaalireferenssi 200 100 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 SEC, kwh/kg 20%
Physisporinus rivulosusin itiöemä Talikääpä (nyk. nimi Obba rivulosa) - Koko genomin sekvensointi JGIssä (Joint Genome Institute) valmistui kesäkuussa 2014 - Ensimmäinen Suomesta eristetty kantasieni (lahosieni), josta saatiin selville koko genomi Photo: Petri Oinonen Photo: Reijo Penttilä
2. vaiheen tuloksia Väitöskirja Terhi K. Hakala (2007) Characterization of the lignin-modifying enzymes of the selective whiterot fungus Physisporinus rivulosus Patentti Hatakka, A., Maijala, P., Hakala, T., Hauhio, L. & Ellmén, J. Uusi valkolahottajasieni ja sen käyttö puun esikäsittelyssä. Suomalainen patentti No. 112248, myönnetty 14.11.2003.
EU-projekteja ja muuta tutkimusta EU project FP-6 026456-2 Biorenew (White Biotechnology for added value products from renewable plant polymers) (26 partners) (2006-2010) Tutkittu ligninolyyttisiä entsyymejä EU project nr. 222699 NEMO (Novel high performance enzymes and micro-organisms for conversion of lignocellulosic biomass to bioethanol) yhdessä prof. L. Viikarin kanssa (2009-2013) Tutkittu sellulolyyttisiä entsyymejä Useita suomalaisia tutkimushankkeita mm. Removal of organic material from polluted soil using fungi Teollisuusprojekti, Niska & Nyyssönen, Tekesin tutkimusohjelma SymBio 2006-2009 Seulottu yli 100 pilaantuneen maan käsittelyyn sopivaa sientä
Ligniiniä hajottavien entsyymien seulonta EUprojektissa Biorenew Biomek FX Automated liquid handling robot (Beckman Coulter) Laccase assay with 2,6-dimethoxy phenol (DMP) Reactive Black 5 assay for versatile peroxidase type activity
EU-projektissa NEMO seulottiin tehokkaita sellulolyyttisten entsyymien tuottajia, joista jatkotutkimuksiin valittiin salokääpä (Dichomitus squalens) Dichomitus squalens fruiting body Photo: Yu-Cheng Dai Rytioja, J., Hildén, K., Hatakka, A. & Mäkelä, MR. 2013. Transcriptional analysis of selected cellulose-acting enzymes encoding genes of the white-rot fungus Dichomitus squalens on spruce wood and microcrystalline cellulose. Special Issue on "Fungal degradation of Plant Biomass". Fungal Genetics and Biology doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fgb.2013.12.008 (on line)
FBCC lyhyt historia, osa 3 3. kokoelma: kotelosienet (askomykeetit) SUCCESS-konsortion aikana saatiin askomykeettikokoelma (n. 200 kantaa) Konsortiossa mukana HY (Pauliina Lankinen), MTT ja agroteknologian oppiaine Kotelosienet kerätty MTT:n koealoilta Jokioisista, Hilkka Koponen identifioinut mikroskopian perusteella Kotelosieniä kerätty myös Viikin pelloilta
Olkinäytteiden käsittely Kuva: Pauliina Lankinen 15.9.2014 23
Sienten eristys ja tutkimus 15.9.2014 24
FBCC lyhyt historia, osa 4 Mykorritsat ja endofyytit kantakokoelmassa Akatemiatutkija Jussi Heinonsalon mykorritsasienikokoelma N. 200 kantaa Ektomykorritsoja (mm. metsäpuiden mykorritsat) Erikoidimykorritsoja (varpukasvien mykorritsat) Juuriendofyyttisieniä Käytetään erilaisissa laboratoriokokeissa, joissa tutkitaan mykorritsojen (sienijuurisienten) vaikutuksia puiden kasvuun, ravinteidenottoon jne. Käytetty bioaktiivisten aineiden kartoituksessa Erityisominaisuuksia: mykorritsat usein erittäin hidaskasvuisia (hitaimmat kasvavat joitakin millimetrejä kuukaudessa), kaikki eivät kasva ollenkaan maljalla
FBCC vuonna 2014 Koottu n. 40 vuoden aikana (1975-2014) Pääosin Suomesta eristettyjä sienikantoja Mukana myös muiden tutkijoiden eristämiä sieniä Dos. Otto Miettisen eristämiä sieniä eri puolilta maailmaa Suuri määrä sieniä saatu muilta tutkijoilta mm. Puolasta, Venäjältä, Valko-Venäjältä, Ruotsista, Saksasta, Virosta. (Jerzy Rogalski, A. Leonowicz, Ludmila Golovleva, Alexander Kapich, Paul Ander, Martin Hofrichter, Erast Parmasto jne.) Kantasieniä (puutalahottavia basidiomykeettejä) n. 1500 kantaa Kotelosieniä n. 200 kantaa Mykorritsasieniä n. 200 kantaa