Entsyymit teollisuudessa

Miksi entsyymejä käytetään?

Teollisuudessa entsyymit saavat aikaan energiasäästöjä, kuten muutkin katalyytit. Lisäksi säästetään laitehankinnoissa, kun vältytään kalliiden painetta ja korroosiota kestävien laitteistojen käytöltä. Tuotantoprosessin tehokkuus kasvaa ja syntyy taloudellisia säästöjä, kun entsyymejä käyttämällä vältytään tarpeettomilta sivutuotteilta.

Periaatteessa entsyymit voivat katalysoida reaktiota kerta toisensa perään. Käytännössä kuitenkin entsyymien teho pikkuhiljaa laskee. Elimistö tuottaa jatkuvasti uusia entsyymejä hajoavien tilalle, teollisuudessa entsyymit ovat kertakäyttöisiä. Esimerkiksi pesuaineet huuhdotaan käytön jälkeen huuhteluveden mukana viemäriin ja leivottaessa käytetyn hiivan entsyymit tuhoutuvat viimeistään uunissa kuumennuksen aikana.

Entsyymeistä ei ole haittaa ympäristölle, ne ovat täydellisen biohajoavia, esiintyyhän niitä luonnostaankin kaikissa eliöissä. Niillä voidaan lisäksi korvata monia haitallisempia aineita eri prosesseissa, tällöin ympäristön lisäksi työntekijöiden turvallisuus kasvaa. Elintarviketuotannossakin on itseasiassa jo vuosituhansia käytetty entsyymejä - eri alkoholijuomien valmistuksessa.

Entsyymeihin törmää jo hyvin monissa kotoakin löytyvissä tuotteissa: piilolinssien pesunesteet, eri pesu- ja puhdistusaineet, hajunpoistajat, viemärinaukaisijat, kompostikiihdyttimet, lannoitteet...

Entsyymit geeniteknologiassa

Eliöiden perimää voidaan nykyään tutkia ja muokata ilmentämään halulunlaisia ominaisuuksia. Tutkimustuloksia käytettään useaan tarkoitukseen, kuten ihmisten perinnöllisten sairauksien tutkimiseen ja hoitoon, eläinten ja kasvien jalostukseen sekä monien entsyymien teolliseen kehittämiseen ja tuottamiseen.

Kasvien jalostuksella pyritään mm. lisäämään sadon määrää, parantamaan säänkestävyyttä, tautien sietoa ja tuotteen laatua, kuten jyvän proteiinipitoisuutta. Myös eläinten jalostuksella pyritään saamaan kasvattajan tarpeisiin parhaiten soveltuvia kotieläimiä. Lehmän maidon proteiinipitoisuus, sekä alhainen rasvapitoisuus ja lihaa tuottavalla karjalla kasvunopeus ovat haluttuja ominaisuuksia. Jokaista muunneltavaa ominaisuutta ohjaa tietyt geenit ja geenit puolestaan ohjaavat solut tuottamaan oikeita entsyymejä. Entsyymit ohjaavat solut reaktioita saaden halutut ominaisuudet toteutumaan ja näkymään kasvatettavaan yksilöön.

Yleisin ja merkittävin sovellus tällä hetkellä on proteiinien tuottaminen soluviljelmässä. Nykyään on eristetty satoja eri eliöiden geenejä, joiden tuottamilla valkuaisaineilla on potentiaalia kauppalliseen tuotantoon. Lähes kaikenlaisia soluja voidaan viljellä ja niihin voidaan siirtää toivottuja reaktioita ohjaavia geenejä. Esimerkiksi Saccharomyces cerevisae -hiivan avulla voidaan tuottaa ksylitolia. S. cerevisae ei käytä ksyloosia ravinnokseen, mutta kun siihen on lisätty luonnostaan ksyloosia ravinnokseen pilkkovan eliön geeni, C. cerevisae voi muokata ksyloosista ksylitolia ja erittää sen ulkopuolelleen. Ksylitoli kerätään talteen ja käytettään esim. purukumien valmistuksessa. Samalla tavoin mm. Escherichia coli -bakteerien avulla voidaan tuottaa pesuaine-entsyymejä ja juuston valmistuksessa käytettävää kymosiinia. Mikrobien lisäksi myös kasvi- ja eläinsolumassassa voidaan tuottaa esim. rokotteita; tällöin biologinen aktiivisuus on parhain ihmisille tarkoitettuihin lääke- ym. valmisteisiin.

Geenien käsittelyssä käytetään luonnosta löydettyjä entsyymejä. DNA voidaan paloitella entsyymillä, joka on alunperin toiminut bakteerissa katkoen bakteeriin tunkeutuneet vieraat DNAt. Liittäjäentsyymillä vastaavasti voidaan liittää katkaisuentsyymeillä katkaistut DNA-juosteet uudelleen yhteen. DNA-polymeraasi kahdentaa DNA-juosteen ja kyseistä entsyymiä löytyy kaikista kasvavista soluista. Käänteiskopijoijaentsyymi on peräisin RNA-viruksilta; sen tarkoitus on kääntää RNA-juoste DNAksi, jolloin virus voi lisääntyä tartuttamassaan (eläin)solussa. Kyseinen entsyymi on käytössä esim. kun halutaan tuottaa eläimestä peräisin olevaa proteiinia bakteerissa (käänteiskopioinnilla poistetaan introni-jaksot tumallisen eliön DNAsta, jotta se toimisi tumattomassa bakteerissa.)