DI Jenni Leppiniemen lääketieteellisen teknologian ja bioteknologian alaan kuuluva väitöskirja

The Development of Novel Biomolecular Tools Based on Avidins, DNA and Chitosan (Uusien molekyylityökalujen kehittäminen avidiineista, DNA:sta ja kitosaanista)

tarkastetaan 16.5.2014 klo 12 Tampereen yliopiston terveystieteiden yksikön luentosalissa, Medisiinarinkatu 3 (T-rak.), Tampere.

Vastaväittäjänä on professori Jouko Peltonen (Åbo Akademi). Kustoksena toimii professori Markku Kulomaa.

Uusien molekyylityökalujen kehittäminen avidiineista, DNA:sta ja kitosaanista

Biologisten makromolekyylien, kuten proteiinien, deoksiribonukleiinihappojen (DNA) ja polysakkaridien, ominaisuudet ovat optimoituneet niiden biologisia tehtäviä varten evoluution seurauksena. Biomolekyylejä hyödynnetään biologisten ja lääketieteellisten sovellusten lisäksi myös lukuisissa teknisissä sovelluksissa bio- ja nanoteknologian aloilla. Jotta biomolekyylit soveltuisivat paremmin uusiin käyttökohteisiin, niiden ominaisuuksia täytyy usein muokata joko geneettisesti tai biokemiallisesti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia ja muokata erilaisten biomolekyylien ominaisuuksia niin, että ne soveltuisivat paremmin molekyylityökaluiksi.

Avidiini-proteiineja käytetään jo laajalti bio- ja nanoteknologian sovelluksissa, sillä ne sitovat poikkeuksellisen voimakkaasti pienmolekyyliä, biotiini-vitamiinia. Tätä tiukkaa sitoutumista hyödynnetään muun muassa erilaisten molekyylien liittämisessä toisiinsa. Tässä työssä muokattiin ryhmässämme aiemmin kehitetyn kaksoisketjuavidiinin toista biotiinin sitoutumispaikkaa muodostamaan kovalenttisen sidoksen tioli-reaktiivisten pienmolekyylien kanssa. Näin aikaansaatu uusi proteiini kykenee sitoutumaan kahdenlaisten molekyylien, tioli-reaktiivisten sekä biotinyloitujen molekyylien kanssa samanaikaisesti. Sitä voitaisiin näin hyödyntää kyseisten molekyylien hallitussa kohdentamisessa ja liittämisessä. Työssä määritettiin myös kahden Bradyrhizobium japonicum-bakteerista peräisin olevan bradavidiinin kiderakenne ja ominaisuudet, joiden havaittiin poikkeavan aiemmin tutkituista avidiineista. Tutkimus johti bradavidiini-spesifisen sitomiskahvan kehittämiseen, jota voitaisiin hyödyntää esimerkiksi muiden proteiinien puhdistamisessa.

Työssä tutkittiin myös kahta erilaista biomolekyylien muodostamaa kompleksia. Ensimmäiseksi hyödynnettiin DNA:n ominaisuuksia kehitettäessä määrätyn kokoinen, itsejärjestyvä DNA-rakenne, joka ohjattiin kullasta valmistettujen nanoelektrodien väliin. Kompleksiin liitettiin proteiineja ja siten osoitettiin, että kehitetty kompleksi voisi toimia alustana, johon kyetään nanometrien (millimetrin miljoonasosa) tarkkuudella sijoittamaan muita molekyylielektroniikan komponentteja. Toiseksi hyödynnettiin kitosaania, jota saadaan luonnossa esiintyvästä polysakkaridista, kitiinistä. Työssä käytettiin kitosaanin ja DNA:n sähköstaattista vuorovaikutusta valmistettaessa kitosaani-DNA nanopartikkeleita geenien kuljettamiksi. Nanopartikkeleihin liitettiin fluoresoivia leimoja ja kohdentavia peptidejä. Soluviljelykokeissa nanopartikkelit kulkeutuivat odotetusti kohdesolujen sisään.

Kokonaisuudessaan tässä työssä tuotettiin monipuolisia molekyylityökaluja, jotka perustuvat muokattuihin avidiineihin, itsejärjestyvään DNA-rakenteeseen ja kitosaani-DNA nanopartikkeleihin. Kehitettyjen työkalujen sovelluskohteet vaihtelevat biosensoripinnoista proteiinien tunnistamiseen ja molekyylitason elektroniikasta geenien kuljettamiseen. Tutkitut ja kehitetyt biomolekyylit lisäävät tietoa, jota tarvitaan parempien molekyylityökalujen valmistamisessa bio- ja lääketieteen sekä nanoteknologian sovelluksiin.

                                               ******

Jenni Leppiniemi on syntynyt Tuusulassa ja hän on suorittanut diplomi-insinöörin tutkinnon Tampereen teknillisessä yliopistossa.

Leppiniemen väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis; 1933, Tampere University Press, Tampere 2014. ISBN 978-951-44-9448-2, ISSN 1455-1616. Väitöskirja ilmestyy myös sähköisenä sarjassa Acta Electronica Universitatis Tamperensis; 1417, Tampere University Press 2014. ISBN 978-951-44-9449-9, ISSN 1456-954X.
http://tampub.uta.fi.

Väitöskirjan tilausosoite: Verkkokirjakauppa Granum, http://granum.uta.fi, tai e-mail: kirjamyynti@juvenes.fi.

Lisätietoja: Jenni Leppiniemi, jenni.leppiniemi@uta.fi