Akatemiaprofessori Ykä Helariutan tutkimusryhmä Helsingin ja Cambridgen yliopistoissa muokkasi kasvavan puun kemiallisen koostumusta lisäämällä siihen kalloosia, luontaisesti kasveissa esiintyvää sokeripolymeeriä. Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää, voiko puuhun tuoda uudentyyppisiä kemiallisia rakenteita, ja miten tällaiset uuden rakenteet vaikuttaisivat puun ominaisuuksiin.

Tutkimus osoitti, että kalloosin lisääminen puuhun on mahdollista, ja aikaansaadut puumateriaalit sisälsivät kalloosia jopa 10 prosenttia. Tämä antaa viitteitä siitä, että puu voi ottaa vastaan uudentyyppisiä kemiallisia rakenteita, mikä avaa ovia monenlaisille sovellusmahdollisuuksille, erityisesti puumateriaalia hyödyntävässä teollisuudessa.

Tutkimustulokset ovat merkittäviä, sillä puu on tärkeä luonnonmateriaali, erityisesti Suomessa. Kalloosin lisääminen puuhun lisää puun huokoisuutta ja tekee siitä helpommin hajotettavaa teollisuuden prosesseissa, kuten sellun valmistuksessa tai mahdollisesti biopolttoaineiden tai muiden jalosteiden tuotannossa. Tämä puolestaan vähentää energiakustannuksia ja voi lisätä puun hyödyntämisen tehokkuutta.

– Tärkeä kysymys on, vaikuttaako kalloosin ymppääminen puun rakenteeseen puun kasvuun tai terveyteen. Alustavat tutkimukset osoittavat, että alhaisen tason kalloosipitoisuus ei näyttäisi vaikuttavan puun kasvuun, mutta lisätutkimuksia tästä tarvitaan edelleen, toteaa Ykä Helariutta Helsingin yliopistosta.

Alkuperäinen julkaisu

• Nat. Plants 9, 1530–1546 (2023) Ectopic callose deposition into woody biomass modulates the nano-architecture of macrofibrils

Millainen on puun rakenne ja mitä on kalloosi?

Puulla on paksut solunseinät, jotka antavat puulle tukea kasvaa korkeaksi. Nämä solunseinät koostuvat erilaisista polymeereistä eli sokerien tai aromaattisten yhdisteiden muodostamista suurimolekyylisistä komplekseista. Puun keskeisimmät polymeerit ovat selluloosa (noin 50%), hemiselluloosa (noin 25%) sekä ligniini (noin 25%). Aiemmin puun vakiopolymeerien määrää, erityisesti ligniinin pitoisuutta, on säädelty bioteknisesti. Ykä Helariutan tutkimusryhmän työssä pyrittiin selvittämään voiko puuhun tuoda kokonaan uudenlaisia polymeerejä, ja jos voi, miten ne muuttavat puun ominaisuuksia. Tutkimuksessa siirrettiin poppelipuuhun geeninsiirrolla kalloosipolymeeriä tuottava entsyymi.

Kalloosi (b-1,3-glukaani) on kasveille luontainen polymeeri, joka esiintyy erityisesti jakaantuvissa soluissa tai solukommunikaatiokanavissa tai itävän siitepölyhiukkasen siiteputkessa. Tutkimuksessa havaittiin, ettei kalloosi asetu puun rakenteessa kontaktiin selluloosan tai muiden polymeerien kanssa, vaan vaikuttaa etäämmältä muodostaen nanotason huokosia puun rakenteiden väliin.