Kurssi 5 tehtävät
Tältä sivulta löydät vanhoja ylioppilastehtäviä sekä muita hyviä haastavampia tehtäviä kurssi 5:een liittyen.
Tässä vielä sivun sisällysluettelo:
Monivalintatehtävät:
1. Virus koostuu … (yo syksy 2018)
Viruksissa voi olla perintöaineksena joko DNA:ta tai RNA:ta.
2. Mikä seuraavista ei ole biotekniikan käytännön sovellus? (yo syksy 2018)
Leivinjauheella taikinan kohottaminen on ennen kaikkea kemiallinen reaktio, siinä ei tarvita mikrobeja tai entsyymejä.
3. Geenisaksilla (ns. CRISPR/Cas9-tekniikka) voidaan … (yo kevät 2019)
4. Mitä seuraavista aineista tarvitaan PCR:ssä eli polymeraasiketjureaktiossa? (yo kevät 2019)
DNA:n kaksoiskierre avautuu lämpötilan kasvaessa tarpeeksi korkeaksi, liittäjäentsyymille ei ole tarvitta, sillä kaikki DNA-polymeraasi voi toimi 5′-3′ suuntaan.
5. Käänteiskopioijaentsyymi katalysoi … (yo syksy 2018)
Käänteiskopioijaentsyymiä tavataan retroviruksilla eli viruksilla, joiden perimä on RNA:ta.
6. Mikä seuraavista väitteistä on virheellinen? (kevät 2018)
Geenikirjasto on tietyn eliölajin monistettujen DNA-jaksojen kokoelma, josta geenit ja niiden osat ovat eristettävissä ja monistettavissa.
7. Mikä/mitkä väitteistä pitää paikkaansa? Jäteveden puhdistuksen biologisissa vaiheissa … (lääk. pääsykoe 2015)
Please select 2 correct answers
Jos halutaan puhdistaa esim. sokerijäämät jätevedestä, parhaiten se onnistuu aerobisissa olosuhteissa, sillä silloin aerobinen soluhengitys on mahdollista.
8. Haluat tuottaa ihmisen proteiinia bakteerissa. Mitä eristetylle ihmisen lähetti-RNA:lle on ensimmäiseksi tehtävä, ennen kuin proteiinin tuottaminen bakteerissa voi onnistua? (lääk. pääsykoe 2017)
Lähetti-RNA:sta täytyy tehdä vastin-DNA:ta, jotta se voidaan liittää plasmidiin, joka voidaan viedä yhdistelmä DNA-tekniikalla bakteeriin. Eristetty lähetti-RNA on silmukoitu jo ennen, kuin se voidaan eristää, joten sitä ei tarvitse enää tehdä.
9. Mikä/mitkä väitteistä pitävät paikkaansa? Geeninsiirrosta tumalliseen soluun tiedetään, että … (lääk. pääsykoe 2016)
Please select 2 correct answers
Geeninsiirron onnistumisen todentaminen antibioottivalinnalla myös kasveilla perustuu siihen, että kasveihin voidaan siirtää geenejä agrobakteerien avulla. Antibioottivalinnalla voidaan varmistaa, että geeninsiirto agrobakteeriin on onnistunut.
10. Oheinen kaavio esittää kaalin ja retiisin välistä hybdridijalostusta. Mikä/mitkä seuraavista väittämistä on/ovat oikein? (lääk. pääsykoe 2014)
lääk. pääsykoe 2014Please select 4 correct answers
Hybridi- eli risteytysjalostuksessa kaksi eri lajia risteytetään. Kasveilla polyploidia lisää monesti kasvin elinvoimaisuutta.
11. Kuva A esittää plasmidia, jonka koko on 20 000 emäsparia (20kb) ja jonka voi pilkkoa restriktioentsyymeillä kuvan mukaisesti. Kuvassa B on standardinäyte (I) ja neljä eri entsyymeillä pilkottua näytettä, joiden eripituiset DNA-fragmentit on eroteltu elektroforeesin avulla. Missä näytekuopassa (II-V) oli Bam HI-entsyymillä pilkottu näyte? (lääk. pääsykoe 2018)
lääk. pääsykoe 2018Kuvassa yhdessä restriktioentsyymin pilkkomispaikassa lukee Eco RI, ei BAM HI. Näin ollen BAM HI pilkkoo plasmidin kolmeen osaan.
12. 2000-luvun alussa suomalaiset tutkijat löysivät laktoosi-intoleranssiin liittyvän pistemutaation C > T 13910, joka on paikannettu kromosomiin 2, laktaasigeenin läheisyyteen. Tässä kohdassa sytosiinin (C) muuttuminen tymiiniksi (T) saa laktaasin tuotannon säilymään ohutsuolessa läpi elämän. Oheisissa DNA-sekvenssikuvaajissa on esitetty koehenkilön perimä alueelta, jolta sekvenssit pystyttiin lukemaan. Laatikoissa olevat numerot osoittavat saatujen sekvenssien alku- ja loppukohdat. DNA-sekvenssien perusteella tutkittava henkilö todennäköisesti … (lääk. pääsykoe 2018)
lääk. pääsykoe 2018Henkilöllä on paikassa 13910 tymiini T, ei sytosiini C.
13. Jos oheisen DNA-pätkät analysoidaan geelielektroforeesilla restriktioentsyymikäsittelyn jälkeen (katkaisukohta GAT/GTA), DNA-fragmenttien pituudeksi saadaan … (lääk. pääsykoe 2018)
lääk. pääsykoe 2018Molemmat pätkät menee yhdestä kohdasta poikki, joten lopputuloksena on neljä fragmenttia.
Mikrobiologia
1. Useita haitallisia viruksia vastaan on kehitetty toimivia rokotteita. Toisaalta on osoittautunut erittäin vaikeaksi kehittää rokotteita esimerkiksi ebola- ja HI-viruksia vastaan.
a) Millainen on virusten rakenne?
b) Valitse yksi virustyyppi ja kuvaa sen lisääntymistapa.
c) Miksi joitakin viruksia vastaan on vaikea kehittää rokotetta? (yo kevät 2016)
a)
- Koska viruksilla ei ole solurakennetta eikä omaa aineenvaihduntaa, viruksia pidetään elottoman ja elollisen välimuotona.
- Virukset ovat pieniä (kooltaan nanometrien luokkaa) ja muodoltaan vaihtelevia: pallomaisia, nauhamaisia, särmikkäitä tai rakettimaisia (bakteriofagit).
- Virusten perimä on joko RNA:ta (RNA‐virukset ja retrovirukset) tai DNA:ta (DNA‐virukset). Perintöaines voi olla yksi‐ tai kaksisäikeistä, ja niiden genomi on kooltaan huomattavasti pienempi kuin eukaryootti‐ tai bakteerisoluilla.
- Viruksilla on ulkopinnallaan isäntäsolun tunnistukseen liittyvä proteiinikuori (kapsidi). Osalla viruksista on proteiinikuoren lisäksi isäntäsolusta saatu lipidi‐proteiinivaippa.
b)
- Virukset lisääntyvät ainoastaan tietyn isäntälajin soluissa.
- Virus kiinnittyy isäntäsolun pintaan, josta se joko endosytoidaan (solusyönti), tai se ruiskuttaa perimänsä soluun (bakteriofagi).
- Seuraavaksi virus valjastaa solun tuottamaan virus‐DNA:ta / RNA:ta ja viruksen rakennusaineita.
- Valmiit virukset vapautuvat solusta joko eksosytoosilla tai hajottamalla isäntäsolun siirtyäkseen seuraaviin soluihin tai vapautuakseen elimistöstä. Virukset aiheuttavat usein infektoituneen solun kuoleman.
c)
- Rokotteiden tarkoituksena on aktivoida yksilön immuunijärjestelmä tuottamaan vasta-aineita tietyn taudinaiheuttajan rakenteita (antigeenia) vastaan. Virusvasta‐aineet estävät taudinaiheuttajan pääsyn soluun, mikä estää viruksen lisääntymisen. Virusrokote sisältää yleensä tiettyä viruksen heikennettyä pintaproteiinia.
- Joidenkin virusten perimä muuttuu koko ajan mutaatioiden ja geneettisen aineksen rekombinaation seurauksena. Rekombinaatiossa viruksen perimään voi liittyä muiden virusten tai isäntäsolun perimää.
- Viruksen genomissa kutakin geeniä on vain yksi kappale, minkä seurauksena myös resessiiviset geenimutaatiot tulevat nopeasti näkyviin esimerkiksi pintarakenteiden muuttumisena, mikä vaikeuttaa tehokkaiden rokotteiden kehittämistä.
Rakennemuutosten vuoksi alkuperäinen vasta‐aine ei tunnista viruksen pintarakenteita ja virus pääsee infektoimaan solun.
2. “Sairaalabakteeri aiheutti epidemian keskussairaalassa”, otsikoi sanomalehti. Mitä tarkoittaa käsite sairaalabakteeri, miten tällaiset bakteerit ovat todennäköisesti kehittyneet, ja miten uusien sairaalabakteerien kehittymistä voidaan hillitä? (yo syksy 1998)
- Sairaalabakteerit ovat bakteereja, joille on kehittynyt vastustuskyky eli resistenssi monia eri antibiootteja vastaan.
Sairaalabakteerit ovat kehittyneet luonnonvalinnan seurauksena ympäristössä, jossa käytetään paljon antibiootteja. - Antibioottiresistensseillä bakteereilla on valintaetu, ja suuntaavan valinnan seurauksena antibiooteille resistenssit bakteerit yleistyvät nopeasti.
- Bakteerien perinnöllinen muuntelu on nopeaa, sillä lisääntyminen on tehokasta. Bakteereilla perimä on haploidinen, joten muutokset perimässä näkyvät heti.
- Bakteerien lisääntyminen on suvutonta, mutta ne jakavat perimäänsä keskenään muilla tavoilla:
- Transformaatiossa bakteeri ottaa sisäänsä geenejä ympäristöstään, aiemmin kuolleilta bakteereilta.
- Konjugaatiossa bakteeri saa geenejä toiselta elävältä bakteerilta.
- Transduktiossa bakteeri saa geenejä bakteerissa lisääntyvältä virukselta, bakteriofagilta.
- Uusien sairaalabakteerien kantoja voidaan hillitä vähentämällä antibioottien käyttöä. Jos sairauden hoitamiseen tarvitaan antibiootteja, tulisi antibioottikuuri syödä aina loppuun asti, jotta jäljelle jääneet bakteerit eivät alkaisi lisääntymään uudestaan.
3. Hiivojen, maitohappobakteerien ja homeiden käyttö bioteknologiassa. (yo syksy 2013)
- Hiivat ovat yksisoluisia sieniä, jotka käyttävät energialähteenään sokereita.
- Aerobisissa oloissa hiivat nostattavat taikinan tuottamalla soluhengityksen avulla hiilidioksidia ja vettä. Hapekkaissa olosuhteissa hiivasolut jakaantuvat vilkkaasti ja saadaan runsaasti hiivamassaa, jota käytetään mm. leivinhiivana ja rehuna. Taikinajuuressa elää bakteerien lisäksi villihiivoja. Taikinajuuren idea on siirtää kyseiset mikrobit seuraavaan taikinaan, jotta leipien maku pysyy samana.
- Anaerobisissa oloissa tapahtuu alkoholikäyminen (glykolyysi + etanolikäyminen), jota tarvitaan viinien, oluen ja muiden alkoholijuomien valmistukseen. Hiivasoluja hyödynnetään myös bioetanolin tuotannossa ja monissa laboratorioteknologioissa (kuten geeniteknologia).
- Maitohappobakteereja käytetään elintarviketeollisuudessa. Meijereissä maitohappokäymisen (glykolyysi + anaerobinen maitohappokäyminen) avulla tuotetaan monia piimä-, jogurtti-, viili- ja juustolaatuja. Maitohappobakteereita käytetään myös suolakurkkujen, kestomakkaroiden (meetvurstien) ja hapankaalin valmistuksessa. Maitohappobakteerivalmisteita tuotetaan bioteknologisesti esimerkiksi vahvistamaan ihmisen kykyä torjua haitallisia suolistobakteereja.
- Homeet ovat monisoluisia, rihmamaisia, itiöitä tuottavia sieniä. Homeiden avulla valmistetaan antibiootteja (esim. penisilliini), jotka ovat myrkkyjä, joilla torjutaan bakteeritauteja. Homeita käytetään homejuustojen valmistukseen aerobisissa olosuhteissa. Myös viilin samettimainen pinta on hometta. Parmankinkun pinnalla oleva home suojaa kinkkua säilytyksessä. Kompostoinnissa hyödynnetään homeita hajottajina.
4. Kompostointi on suositeltava tapa käsitellä kotitalouden jätteitä. Jätteiden kompostointi onnistuu parhaiten siihen tarkoitetussa kompostorissa.
a) Selvitä esimerkkien avulla, millaisia jätteitä voi kompostoida.
b) Mihin kompostin toiminta perustuu, ja miten oheiset ohjeet edistävät kompostin toimintaa?
c) Mitä hyötyä kompostoinnista on kotitalouksille? (yo syksy 2017)
a)
- Kompostiin soveltuu kaikki maatuva eli orgaaninen jäte: ruuantähteet, kananmunan kuoret, puutarhajäte ja vähäiset määrät pehmopaperia.
- Kompostiin tarvitaan myös kosteutta sitovaa seosainetta, esimerkiksi haketta.
b)
- Kompostin toiminta perustuu siihen, että mikrobit ja muu maaperän eliöstö hajottavat orgaanista ainetta hapellisissa oloissa. Syntyy multaa, ja samalla vapautuu ravinteita (esim. typpi, fosfori) kasvien käyttöön. Hajotustoiminta on vilkkainta lämpimässä, kosteassa ja aerobisessa eli hapekkaassa ympäristössä.
- Kompostorin seinien ja kannen lämpöeristys estää hajotustoiminnassa syntynyttä lämpöä karkaamasta, mikä edistää hajotustoimintaa. Pohjan ilmanvaihto tuo hajotustoiminnassa tarvittavaa happea (muutoin tapahtuu mätänemistä). Kansi estää haittaeläinten (linnut, jyrsijät) pääsyn kompostoriin ja kompostin liiallisen vettymisen sateella.
c) Kompostointi hyödyttää kotitalouksia
- vähentämällä kaatopaikkajätteen määrää
- tuottamalla multaa istutuksille ja viljelyksille
- vähentämällä lannoitteiden tarvetta puutarhassa (ravinteiden kierrätys)
- säästämällä jätehuollon kustannuksia
- auttamalla osaltaan hillitsemään kasvihuoneilmiötä (kaatopaikalla biojätteen hajotessa hapettomissa oloissa vapautuu metaania).
Geeniteknologia
5. DNA-tekniikassa käytetään useita erilaisia menetelmiä ja työvaiheita. Yhdistä oheisen luettelon kukin työvaihe (1–6) yhteen siihen liittyvään molekyylibiologian menetelmään tai työkaluun (A–F). Perustele valintasi lyhyesti. Kunkin menetelmän tai työkalun voi yhdistää vain kerran. (yo kevät 2016)
1. DNA:n paloittelu ja yhteen liittäminen
2. DNA-palojen erottelu
3. DNA:n emäsjärjestyksen selvittäminen
4. geenin siirto bakteeriin
5. DNA-palojen monistaminen
6. mutatoituneen geenin etsiminen genomista
A. geelielektroforeesi
B. katkaisu- ja liittäjäentsyymit
C. polymeraasiketjureaktio (PCR-reaktio)
D. fluoresoiva DNA-koetin
E. sekvensointi
F. plasmidivektori
1–B. Katkaisu eli restriktioentsyymejä käytetään DNA‐juosteen katkaisemiseen tietyn emäsjärjestyksen (nukleotidijakson, yleensä 4–6 emästä) kohdalta. (Katkaisukohtaan muodostuu lyhyt yksijuosteinen DNA‐jakso, tarrapinta). Liittäjä‐ eli ligaatioentsyymejä käytetään DNA‐juosteiden vapaiden päiden liittämiseksi yhteen. Molempia entsyymejä käytetään yhdistelmä‐DNA‐tekniikoissa.
2–A. Geelielektroforeesissa erotellaan DNA‐paloja niiden koon perusteella agaroosigeelissä (hyytelömäinen geeli) sähkövirrassa. Koska DNA:ssa on negatiivisesti varautuneita fosfaattiryhmiä, DNA‐palat kulkevat elektroforeesissa kohti plusnapaa eli anodia. Pienemmät (lyhyemmät) DNA‐palat kulkeutuvat geelissä nopeammin ja erottuvat hitaammin kulkevista kookkaammista paloista. DNA sitoo geeliin lisättyä fluoresoivaa yhdistettä, jonka avulla DNA‐palat voidaan tunnistaa UV‐valossa ja leikata talteen geelistä.
3–E. DNA:n nukleotidi‐ eli emäsjärjestyksen eli sekvenssin määrittäminen voidaan tehdä DNA‐palasista erilaisilla menetelmillä, yleisimmin kuitenkin sekvensointilaitteella. Saadut sekvenssit tallennetaan geenitietokantoihin.
4–F. Geenejä voidaan siirtää bakteereihin rengasmaisten plasmidivektorien avulla. Bakteerit ottavat helposti sisäänsä plasmideja, jotka kahdentuvat itsenäisesti. Geenit monistuvat tehokkaasti bakteerien jakaantuessa. Plasmideja voidaan hyödyntää esim. geenien kloonaamisessa.
5–C. DNA:ta voidaan monistaa polymeraasiketjureaktion (PCR) avulla. Siinä vuoroin korkeassa ja matalassa lämpötilassa saadaan DNA:n kaksoiskierre avautumaan, jolloin kuumien lähteiden bakteereista eristetty DNA‐polymeraasi rakentaa emäsjärjestyksen perusteella uuden käänteisen DNA‐kopion. Kun lämpösykli toistetaan useita kertoja, kasvaa uuden DNA:n määrä eksponentiaalisesti.
6–D. Fluoresoiva DNA‐koetin, joka sisältää etsittävän mutatoituneen geenin DNA‐jakson, tarttuu emäspariperiaatteen mukaan DNA‐näytteen vastaavaan (komplementaariseen) kohtaan. Näin voidaan etsiä esimerkiksi perinnöllisten tautien aiheuttajageenejä ihmispopulaatioista (esim. kromosomitasolla).
6. Nimeä neljä erilaista geenitekniikassa käytettävää entsyymiä ja esittele niiden käyttö geenitekniikan työkaluna. (yo syksy 2013)
- Proteaasit (proteinaasit, peptidaasit) pilkkovat valkuaisaineita. Niiden avulla voidaan eristää soluista ja vastaavista näytteistä proteiinivapaata DNA:ta ja RNA:ta.
- Ribonukleaasit pilkkovat RNA:ta. Niiden avulla voidaan esimerkiksi valmistaa RNA:sta vapaa DNA-näyte.
- DNA:n katkaisuentsyymit eli DNA:n pilkkojaentsyymit, joista nk. restriktioentsyymit ovat bakteereista eristettyjä nukleaaseja, pilkkovat DNA:n kaksoisjuostetta tietyn pituisiksi jaksoiksi. Eri restriktioentsyymit katkaisevat DNA:ta tietyn emäsjärjestyksen kohdalta. Muodostuvien DNA-jaksojen päät voivat olla tylppiä tai yksisäikeisiä; jälkimmäiset muodostavat nk. tarrapintoja. Tuotettuja DNA-jaksoja voidaan käyttää geeninsiirroissa (ks. seuraava kohta).
- Liittäjäentsyymit (ligaasit) liittävät katkaistut DNA-juosteet päistään yhteen siten, että samalla entsyymillä katkaistut DNA-juosteet liittyvät toisiinsa (tarrapinnat). Menetelmää käytetään geeninsiirroissa, mukaan lukien vektoreiden valmistus.
- RNA-polymeraasi rakentaa yksinauhaista RNA-juostetta liittämällä nukleotideja peräkkäin DNA-mallin mukaisessa järjestyksessä kuitenkin niin, että tymiiniemäksen tilalle entsyymi liittää urasiilin. Esimerkiksi tällä tavoin tuotettu lähetti-RNA voidaan siirtää tutkittavaan soluun.
- Käänteiskopioijaentsyymin avulla voidaan tuottaa RNA:sta sille vastaava (komplementaarinen) DNA-kopio (cDNA) käytettäväksi esimerkiksi geeninsiirtoon, kloonaamiseen ja geenikirjaston luomiseen. cDNA ei sisällä introneja, joten tuotettu geeni toimii bakteerissa ja bakteeri voidaan valjastaa esim. tietyn proteiinin (esim. rekombinanttirokotteen) tuotantoon. cDNA:ta voidaan käyttää myös DNA-sirutekniikassa.
- DNA-polymeraasi rakentaa nukleotideista emäspariperiaatteen mukaisesti DNA-ketjua. Toimiakseen entsyymi tarvitsee alukkeet. Esimerkiksi PCR-reaktiossa voidaan DNA-polymeraasin avulla tuottaa suuri määrä DNA:ta käytettäväksi kloonaukseen tai DNA:n sekvensointiin. Menetelmän mahdollistaa kuumissa lähteissä elävistä bakteereista eristetyn DNA-polymeraasientsyymin toimivuus suurissakin lämpötilavaihteluissa.
7. Paljon käytetty termi kloonaaminen (kloonaus) voi käytännössä merkitä erilaisia asioita. Selitä lyhyesti, mitä seuraavat menetelmät tarkoittavat ja mihin niitä voidaan hyödyntää:
a) eläinten kloonaaminen
b) kasvien kloonaaminen
c) geenien kloonaaminen. (yo kevät 2017)
a)
- Eläimen kloonaamisella tarkoitetaan genomiltaan täysin samanlaisten yksilöiden tuottamista.
- Tämä voidaan tehdä niin, että yhdistetään somaattinen solu tai sen tuma ja munasolu, jonka oma tuma on poistettu. Yhdistyminen voidaan saada aikaan sähkökentän tai mikroinjektion avulla. Fuusioituneesta solusta kasvatettu alkio siirretään kohtuun, jossa siitä kehittyy uusi yksilö. Näin tehtiin esimerkiksi Dolly‐lammas.
- Eläimiä voidaan kloonata myös varhaisen alkion solusta. Eläinten kloonaamisen etuna on mm. se, että genomiltaan hyvää yksilöä voidaan monistaa.
b)
- Kasvien kloonaamisella tarkoitetaan genomiltaan täysin samanlaisen kasviyksilön tuottamista.
- Koska monia kasveja voidaan lisätä kasvullisesti eli vegetatiivisesti esimerkiksi pistokkaista, klooneja saadaan näin aikaan helposti. Myös solukkoviljelmien avulla on mahdollista tehdä klooneja kasviyksilöistä: steriloidaan verson kärki ja irrotetaan kasvupiste, jota kasvatetaan keinotekoisella kasvualustalla steriilisti.
- Sopivien kasvihormonien (auksiinihormoni) avulla kasvupiste saadaan tuottamaan suuri määrä versoja, jotka asetetaan juurtumisalustalle. Kun uudet kasvit ovat tarpeeksi suuria, ne voidaan istuttaa multaan ja kasvattaa edelleen taimiksi.
- Kasvien kloonaamista käytetään hyödyksi viljelykasvien tai puutarhakasvien lisäämisessä kaupallisesti. Tämä on tärkeää siksi, että monia jalostettuja kasvilajikkeita ei voida lisätä siemenistä, koska jälkeläisistä ei tule vanhempien kopioita sukusoluissa tapahtuvan geenien uudelleen järjestäytymisen takia.
c)
- Tunnettua geeniä voidaan kloonata eli monistaa siirtämällä geeni bakteerin plasmidiin, joka kopioituu bakteerin jakautuessa. Siten saadaan eksponentiaalisesti kasvava määrä geenin kopioita.
- Tunnettu geeni on mahdollista myös kloonata PCR‐menetelmällä, jossa alukkeen perään voidaan kopioida DNA‐polymeraasin avulla kopio geenistä. Kussakin PCR‐syklissä saadaan uusi kopio geenistä ja siten kopioiden määrä kasvaa eksponentiaalisesti. Näin geenistä voidaan tuottaa suuri määrä kopioita erilaisiin geeniteknologian sovelluksiin (esim. transformaatio).
8. Saat tehtäväksesi tuottaa ihmisen proteiinia bakteerisolussa. Mitä solubiologisia ja geeniteknologiaanliittyviä seikkoja kokeen suunnittelussa tulee ottaa huomioon? (yo kevät 2013)
Solubiologisia näkökohtia:
- Bakteerit ovat yksisoluisia eliöitä, joiden genomi on haploidi.
- Genomi on järjestäytynyt rengasmaiseksi kromosomiksi ja kromosomin ulkopuoliseksi kaksijuosteiseksi plasmidiksi. Plasmidit voivat siirtyä bakteerista toiseen.
- Bakteerit lisääntyvät nopeasti, ja niitä on helppo viljellä.
- Bakteereja ympäröivät solukalvon lisäksi soluseinä ja limakapseli.
Geeniteknologisia näkökohtia:
- Geenisiirtoa varten bakteerien seinämä on muutettava läpäiseväksi.
- Koska bakteereilla ei ole introneja, siirrettävä geeni on tuotettava ensin käänteiskopioija entsyymin avulla komplementaariseksi eli cDNA:ksi.
- Jotta geeni voidaan siirtää plasmidiin, geenin ja plasmidin katkaisussa on käytettävä samaa restriktioentsyymiä.
- Geenin eteen on liitettävä proteiinin geenille ominainen promoottori.
- Geenisiirron onnistumisen seuraamiseksi, geeniin on liitettävä merkkigeeni, kuten antibioottiresistenttisyyden geeni, jonka avulla voidaan karsia bakteerit, joihin geenisiirto ei ole onnistunut (nk. antibioottivalinta).
- Plasmidin genomi muuttuu suhteellisen nopeasti, joten voi olla, että tuotettava proteiini muuttuu nopeasti.
- Bakteereilla on omia katkaisuentsyymejä, jotka voivat pilkkoa siirrettyä DNA:ta kontrolloimattomasti.
- Bakteereille ominaiset rekombinaatiotavat (transduktio, transformaatio ja konjugaatio) voivat muuttaa geenin rakennetta tai poistaa geenin bakteerista.
- On selvitettävä, tuottaako bakteeri toimivan, oikein laskostuneen proteiinin.
9. Akvaariokaloina kasvatetuista seeprakaloista on tullut markkinoille geenimuunneltuja kaloja kauppanimellä GloFish. GloFish-kaloja on muokattu geeniteknisesti siten, että kalan lihaskudoksen solut tuottavat fluoresoivaa valkuaisainetta, joka antaa kalan värin. Vihreiden kalojen värin aiheuttava geeni on peräisin eräästä meduusalajista ja keltaisen värin geeni toisesta meduusalajista. Punaisten kalojen geeni on peräisin korallista. Selitä, millaisin geenitekniikan menetelmin GloFish-kaloja on voitu tuottaa. S2015
- GloFish‐seeprakalat ovat siirtogeenisiä eliöitä, jotka on tuotettu yhdistelmä‐DNA‐tekniikalla.
- Fluoresoivaa valkuaisainetta koodaava geeni eristetään ja puhdistetaan kyseisestä meduusa‐ tai korallilajista. Geeni erotellaan elektroforeettisesti muista geeneistä.
- Valittu geeni voidaan kloonata joko perinteisesti plasmidivektorissa bakteereissa käyttäen käänteiskopioijaentsyymillä tuotettua cDNA:ta tai monistamalla geeni alukkeiden avulla PCR‐menetelmällä.
- Eristetyn geenin siirtäminen seeprakalaan voidaan tehdä vektorin avulla tai saattamalla geeniyhdistelmä (promoottori + geeni) suoraan hedelmöittyneen munasolun (esi)tumaan. Vektori on käsitelty samoilla restriktioentsyymeillä, joita käytettiin geenin eristämisessä, ja geeni liitetään vektoriin ligaasientsyymin avulla.
- Siirtogeenissä oleva promoottori (säätelyalue) saa aikaan geenin ilmenemisen lihassoluissa. Geenin tulee liittyä osaksi seeprakalan genomia.
- Kehittyvistä seeprakaloista valitaan ne yksilöt, joissa fenotyypin perusteella geenisiirto oli onnistunut. Genomiin siirtynyt uusi geeni siirtyy näiden kalojen jälkeläisille.
10. Tutkijat löysivät viljellystä bataatista maaperän bakteeristoon kuuluvien lajien Agrobacterium rhizogenes ja Agrobacterium tumefaciens geenejä. Löydös viittaa siihen, että bakteeri-DNA:ta on joutunut bataatin genomiin jo hyvin kauan sitten.
Ilmiö vahvistaa oletusta, että geenit voivat luonnossa siirtyä lajista toiseen eivätkä pelkästään vanhemmilta jälkeläisille. Agrobakteeri siirtää DNA-jaksojaan bataattiin samalla mekanismilla, jolla tutkijat luovat laboratoriossa geenimuunneltuja organismeja.
a) Kuvaa agrobakteerien käyttö siirtogeenisten kasvien tuottamisessa.
b) Millä tavoin luonnonoloissa perintöainesta voi siirtyä bakteerista toiseen, ja miten tämä vaikuttaa bakteerien evoluutioon? (yo syksy 2016)
a)
- Maaperässä elävillä agrobakteereilla on erityinen luontainen kyky siirtää plasmideissaan (rengasmainen DNA‐molekyyli) kasveihin (kaksisirkkaisten kasvien vahingoittuneisiin soluihin) geenejä, jotka saavat isäntäkasvissa aikaan syövän kaltaista kasvua (aitosyöpä).
- Agrobakteerin plasmideissa siirtyvät jaksot ovat nk. T‐DNA:ta (eng. transfer DNA). Siirtogeenisten kasvien valmistamiseksi plasmideista poistetaan syöpäkasvua aiheuttavat geenit ja niiden tilalle liitetään sopivilla katkaisuentsyymeillä käsitelty halutunlainen siirtogeeni. Siirtogeeni liitetään plasmidiin ligaasientsyymeillä.
- Yhdistelmäplasmidiin lisätään myös geenisiirron onnistumisen seuraamista helpottava antibioottiresistenssigeeni (tai vastaava tunniste, kuten torjunta-aineresistenttisyysgeeni). Kasvisolut, jotka kasvavat antibiootin (tai torjunta‐aineen) läsnä ollessa, sisältävät siirretyn geenin.
- Yhdistelmäplasmidin saamiseksi kasvisoluun on vaurioitettava solun seinärakenteita. Kasvisoluja, joihin geeni on onnistuneesti siirtynyt, kasvatetaan sopivissa olosuhteissa kasvuhormonien avulla solukoiksi ja taimiksi.
b)
Transformaatio:
- Bakteerin kuollessa (esimerkiksi ravinteiden loppuessa) siitä vapautuu plasmideja ja kromosomaalisen DNA:n paloja, jotka viereinen bakteeri voi ottaa sisäänsä ja liittää genomiinsa.
Plasmidit siirtyvät uuteen isäntäsoluun sellaisinaan. Kromosomaalisen DNA:n jaksot voivat asettua isäntäsolussa vastaavien geenijaksojen tilalle.
Konjugaatio:
- Konjugaatiossa bakteerit siirtävät kahdentamaansa perintöainesta viereiseen vastaanottajabakteeriin erityisen ulokkeen (pilus) välityksellä. Yleisemmin konjugaatiossa siirretään plasmidista tuotettu kopio.
Transduktio:
- Transduktiossa kromosomaalisen perintöaineksen siirtyminen bakteerista toiseen tapahtuu virusten (bakteriofagin) välityksellä. Bakteeri‐DNA:ta virus saa genomiinsa ja siirtää mukanaan aiemmin infektoimastaan isäntäbakteerista.
- Transformaatio, konjugaatio ja transduktio mahdollistavat bakteerien genomin nopean muuntelun ja siten niiden nopean evoluution. Tämä heijastuu mm. bakteerien alati muuttuvana kykynä vastustaa käytössä olevia antibiootteja, antibioottiresistenssinä.
11. Purppurakuusi ja pallokuusi ovat metsäkuusen (Picea abies) eri muotoja. Punahilkkakuusi on saatu aikaan perinteisin kasvinjalostusmenetelmin pallokuusen ja purppurakuusen risteymänä.
Punahilkkakuusella on purppurakuusen tavoin aluksi keväällä purppuranpunaiset vuosikasvaimet, ja pallokuusen tavoin sen kasvutapa on pallomainen.
a) Selitä, miten punahilkkakuusi on voitu saada aikaan perinteisin kasvinjalostusmenetelmin.
b) Miten punahilkkakuusia voidaan lisätä suvuttomasti? Esitä kaksi suvuttoman lisäämisen menetelmää, joiden avulla voidaan tuottaa suuri määrä taimia myytäväksi koristepuina. (yo kevät 2015)
a)
- Risteytys ja sen jälkeinen valinta on perinteinen kasvinjalostusmenetelmä. Kuvatussa tapauksessa tehdään ristipölytys kuusen (Picea abies) kahden eri muodon, eli purppurakuusen ja pallokuusen, välillä.
- Pölytyksessä hedekukinnon siitepölyhiukkasia viedään emikukinnon emilehdelle. Hedelmöityksen seurauksena munasoluista kehittyy siemeniä, joista kasvatetaan
taimia. Taimien geeneistä puolet on purppurakuuselta ja puolet pallokuuselta. Taimista valitaan ne yksilöt, joilla esiintyvät molemmat halutut ominaisuudet, ts. joitakin päiviä kasvu‐
kauden alussa kirkkaanpunaisina erottuvat vuosikasvaimet ja pensasmainen kasvutapa. - (Jos punahilkkakuusta haluttaisiin lisätä siemenistä, valintaa tulisi jatkaa niin kauan, että saataisiin puhdas linja (homotsygootti). Koska kuusella lisääntymisiän saavuttaminen vie vuosia, puhtaan linjan tuottaminen on käytännössä (ja tehtävässä kuvattu
käyttötarkoitus huomioiden) mahdotonta.
b) Punahilkkakuusen suvuton lisääminen voidaan tehdä 3 tavalla:
- Solukkoviljely
Valituista yksilöistä otetaan soluja/solukkopaloja, joista kasvatetaan laboratorio‐olosuhteissa uusia yksilöitä. Kasvihormonien avulla saadaan erilaistumattomat solut erilaistumaan ja kasvamaan.
Suvuttoman lisäämistavan vuoksi tuotetut uudet yksilöt ovat punahilkkakuusen klooneja, ts. niissä kaikissa ilmenevät edellä kuvatut ominaisuudet (pallomainen kasvutapa ja punaiset
vuosikasvaimet). - Varttaminen
Puuvartisia kasveja voidaan lisätä suvuttomasti varttamalla. Tällöin punahilkkakuusesta otettu oksa liitetään jalostamattoman villikuusen varteen. (Varttamisessa kaksi kasviyksilöä liitetään toisiinsa siten, että niiden kuorikerrokset/johtosolukot osuvat ainakin osittain yhteen, jolloin veden ja ravinteiden kulkeutuminen on mahdollista. Huolellinen ja tiukka sitominen
on tärkeää, jotta varte ei kuivuisi.) - Pistokaslisäys
Punahilkkakuusen taimesta leikataan nuoria oksia, jotka pistetään (esim. lämmitettyyn kasvihuoneeseen) kasvatusalustalle juurtumaan. Pistokkaan leikkauskohtaan muodostuu juuri.
Juurtumista voidaan edistää kasvihormonien avulla.
12. Oheinen taulukko esittää jalostukseen ja geenitekniikkaan liittyviä menetelmiä ja niiden avulla tuotettuja eliöitä.
a) Rastita taulukkoon, mitä menetelmiä kunkin eliön tuottamiseen on käytetty.
b) Mitä hyötyä on insuliinin tuottamisesta mikrobeissa, ja mitä etuja voidaan saavuttaa kultaisen riisin viljelyllä? (yo kevät 2016)
a)
b)
Insuliinin tuotto mikrobeissa:
- Sokeritaudin (diabetes) hoitoon tarvitaan insuliinia, jota tuotettiin aikaisemmin eristämällä sitä eläinten (sika, nauta) haimasta. Vaikka ihmisen insuliinin rakenne poikkeaa hieman eläimistä eristetystä insuliinista, se on toiminut melko hyvin myös ihmisessä.
- Ihmisen insuliinigeeni voidaan siirtää mikrobiin (leivinhiiva, kolibakteeri), jolloin mikrobiviljelmissä voidaan tuottaa ihmisen insuliinille täysin identtistä insuliinia.
- Tuottaminen mikrobiviljelmissä on nopeaa ja halpaa, ja tuotettu insuliini on puhtaampaa kuin eläimistä eristetty insuliini.
Kultainen riisi:
- Kultainen riisi on geenitekniikan menetelmillä tuotettu siirtogeeninen riisilajike, joka on saatu aikaan siirtämällä karotenoidien (beetakaroteeni, A‐vitamiinin esiaste) tuotantoon liittyviä geenejä maissista ja bakteerista (alun perin narsissista ja bakteerista).
- Ravinnosta saatavat karotenoidit ovat ihmiselle välttämättömiä, koska niistä elimistömme valmistaa A‐vitamiinia, jota tarvitaan mm. normaaliin kehitykseen ja näkökyvyn ylläpitämiseen.
- Koska perinteinen riisi tuottaa vain vähän karotenoideja, varsinkin kehitysmaissa monet ihmiset kärsivät A‐vitamiinin puutteesta ja siitä johtuvista terveyshaitoista (kehityshäiriöt, sokeutuminen).
13. Muuntogeeninen ravinto herättää paljon ennakkoluuloja. Vääriä käsityksiä voidaan vähentää tieteellisen tutkimuksen avulla.
a) Selvitä perustellen, voiko muuntogeeniä ja sen tuottamaa proteiinia päätyä ihmisen ravintoon seuraavissa elintarvikkeissa:
- muuntogeenistä rehua syöneen lehmän maito
- muuntogeenisestä ohrasta tehty olut
- muuntogeeninen tomaatti.
b) Mitä hyötyjä ja riskejä muuntogeenisiin ravintokasveihin voi liittyä? (yo syksy 2017)
a)
- Kun lehmä syö muuntogeenistä ravintoa, esimerkiksi heinää, jonka soluseinät ovat muunnetun geenin takia helpommin sulavia, se saa enemmän ravintoaineita kuin tavallisesta heinästä. Heinän geenit ja pääosin myös proteiinit hajoavat lehmän elimistössä eivätkä päädy sellaisenaan maitoon. Siten maito ei eroa oleellisesti tavallista heinää syöneen lehmän maidosta. (Sen tuotto voi olla runsaampaa tai sen koostumus saattaa olla erilainen.)
- Muuntogeenisestä ohrasta valmistetussa oluessa on ohrasta vapautuneita sokereita, proteiineja ja makuaineita. Todennäköisesti suuri osa ohran geeneistä on hajonnut oluen tuotantoprosessin aikana, mutta niitä saattaa olla edelleen oluessa. Myös muuntogeenisen ohran proteiineja on edelleen oluessa.
- Muuntogeeninen tomaatti sisältää muunnettua geenimateriaalia ja sen tuottamaa proteiinia. Siten niitä joutuu ihmisenkin ruuansulatuselimistöön, missä geneettinen materiaali ja proteiinit hajoavat nopeasti ja ne käytetään uudelleen ihmisen oman DNA:n ja RNA:n sekä proteiinien tuotannossa.
b) Hyödyt:
- Muuntogeenisten kasvien ravintoarvoa on pyritty parantamaan geenien muokkaamisella (kultainen riisi).
- Muuntogeeniset kasvit saattavat olla paremman makuisia ja tuottaa enemmän satoa.
- Rasvojen koostumusta voidaan muuttaa ihmiselle sopivammaksi.
- Proteiinien aminohappokoostumusta on mahdollista parantaa, niin että aminohappoja saadaan ravinnosta oikeassa suhteessa.
- Kasvisten säilymistä voidaan parantaa, esim. pitkään säilyvä tomaatti (Flavr Savr lajike).
- Muuntogeenisistä kasveista voidaan poistaa allergeeneja.
- Muuntogeenisen kasvin viljely saattaa vähentää torjunta-aineiden ja kasvunsääteiden käyttöä.
Riskit:
- Muuntogeenisten kasvien riskit liittyvät siihen, mitä geenejä geenimuuntelussa on käytetty.
- Uuden geenin mukaan syntynyt proteiini voi aiheuttaa allergiaa, kuten mikä tahansa uusi proteiini.
- Mikäli muuntogeeninen kasvi sietää paremmin rikkaruohomyrkkyä (esim. Roundup Ready -viljelykasvit), siinä saattaa olla rikkaruohomyrkkyjäämiä.
- Rikkaruohomyrkyn sietoa parantava geeni voi siirtyä lähisukuisiin rikkaruohoihin.
- Muuntogeenisessä viljelykasvissa siirretty geeni voi olla sijoittunut perimään siten, että se vaikuttaa toisen geenin ilmentymiseen. Tällöin viljelykasvissa usea ominaisuus voi olla tahattomasti muuttunut. (Uudet geeninsiirtotekniikat mahdollistavat täsmällisen geeninsiirron (CRISPR/Cas-tekniikka).
Bioteknologian sovellukset
14. Alexander Fleming oli skotlantilainen lääkäri, joka keksi Penicillium-homeen erittämän antibiootin käytön bakteereja tappavana lääkkeenä.
a)
- Petrimaljaan on levitetty bakteeriviljelmää, joka on kasvanut ja peittänyt kellertävänharmaana juovikkaana pintana koko petrimaljan (alue 3).
- Petrimaljaan on siirretty viisi siirrännäistä Penicillium-hometta, jotka näkyvät mustina täplinä (alue 1).
- Homeen ympärillä bakteerit ovat kuolleet. Tämä näkyy kuvassa renkaina (alue 2). Fleming päätteli, että Penicillium-
home on erittänyt tehokasta bakteereja tappavaa ainetta (antibioottia), jota voitaisiin käyttää lääkkeenä ihmisen bakteeritauteja vastaan.
b)
- Antibioottihoito perustuu antibioottien bakteereja tappavaan vaikutukseen. Antibiootit estävät bakteerien soluseinämateriaalin synteesin (penisilliini, vankomysiini), proteiinisynteesin (erytromysiini, tetrasykliini) tai nukleiinihapposynteesin (rifampisiini). Ne siis vaikuttavat johonkin bakteerin elintoimintojen kannalta keskeiseen seikkaan, jonka estyessä bakteerit kuolevat. Antibioottien teho perustuu bakteerien ominaisuuksiin, siksi ne eivät tapa eukaryoottisoluja.
- Seerumi- eli vasta-ainehoidossa potilaalle annetaan suoraan vasta-ainetta. Vasta-aineet ovat ihmiselle tai muille eläimille tyypillisiä spesifisiä proteiineja, jotka tarttuvat esimerkiksi
bakteerien pintaproteiineihin eli antigeeneihin (tai bakteerien erittämiin myrkkyihin) sekä auttavat syöjäsoluja tunnistamaan haitalliset bakteerit ja tuhoamaan ne.
15. Geenihoidolla eli geeniterapialla voidaan hoitaa yksittäisistä geenivirheistä johtuvia sairauksia. Esimerkiksi kystinen fibroosi on Suomessa harvinainen, resessiivisesti periytyvä sairaus, jonka hoito perinteisin menetelmin on vaikeaa. Kystisen fibroosin parantamiseksi kehitetään jatkuvasti uusia geenihoitomenetelmiä.
a)
- Geenihoidon eli geeniterapian tarkoituksena on geenivirheestä johtuvan sairauden parantaminen tai ennalta ehkäisy.
- Geenihoidon periaatteena on se, että viallisen geenin alleeli tai
kokonaan puuttuva tai toimimaton alleeli pyritään korvaamaan, tai sen rinnalle asettamaan, normaalisti toimiva geeni. Geenihoidon tavoitteena on saada viallinen proteiini tai proteiinin määrä normaaliksi. - Koska geenien säätelyosat vaikuttavat voimakkaasti geenin ilmenemiseen ja syntyneen proteiinin määrään, geenien säätelyn muokkaaminen voi olla tärkeä geenihoidon kohde.
- Kudosspesifiset promoottorit ovat tärkeitä.
- Geenihoito voidaan tehdä viljelemällä potilaan soluja, joihin siirretään oikein toimiva geeni, ja siirtämällä geenimuunnellut solut takaisin potilaaseen (epäsuora geeninsiirto).
- Oikein toimiva geeni voidaan myös pyrkiä siirtämään suoraan potilaan soluihin viemällä vektoriin sidottu geeni potilaaseen (suora geeninsiirto).
- Geenin monistamiseksi se siirretään ensin bakteerin plasmidiin, jolloin bakteerien jakautuessa myös ko. geeni kopioituu. Plasmidi voidaan sulkea liposomeihin, jotka räätälöityjen pintaominaisuuksien ohjaamina liittyvät kohdesolujen solukalvoon vapauttaen plasmidin solun
sisään. Haluttu geeni voi siirtyä osaksi genomia. - Geeninsiirtoon voidaan käyttää myös virusvektoreita, jotka pystyvät siirtämään geenin osaksi isäntäsolun genomia.
- (Halutun geenin sisältäviä plasmideja voidaan siirtää eristettyihin soluihin myös elektroporaation eli sähkökäsittelyn avulla, jolloin solukalvon läpäisevyys kasvaa hetkellisesti.)
b)
- Nykymenetelmin siirretty geeni ei poista perityn, viallisen alleelin vaikutusta. (Antisense‐menetelmällä viallisen alleelin tuottamat lähetti‐RNA:t voitaisiin vaimentaa. Voi olla vaikeaa
saavuttaa sopiva tasapaino virheellisen ja virheettömän geenituotteen välillä.) - Geenisiirto haluttuun kudokseen ei aina onnistu.
- Geeni voi siirtyä sellaiseen paikkaan genomissa, että se häiritsee jonkin muun geenin toimintaa.
- Siirretty geeni voi aiheuttaa syövän muodostusta tai muita vakavia haittavaikutuksia.
- Vektorit voivat olla tehottomia, jolloin geeniä ei saada siirrettyä tarpeeksi suureen määrään soluja.
- Siirretyn geenin toiminta saattaa loppua vähitellen.
c)
- Geenihoito on osittain siirtogeenisten ihmisten tekemistä. Lainsäädännöllä on puututtu Suomessa siihen, että sukusoluja tuottaviin soluihin (sukusolulinjaan) geenihoidolla ei saa kajota. Siten geenihoidon vaikutukset eivät periydy seuraavaan sukupolveen.
- Geenihoidon avulla ei vielä voida eliminoida ko. geeniä, vaan viedä soluihin oikein toimiva geeni. Siten vanhempien soluihin voitaisiin periaatteessa viedä oikein toimiva periytyvä geeni, mutta myös viallinen geeni periytyy.
- Uuden CRISPR‐CAS menetelmän avulla voitaisiin periaatteessa poistaa viallinen geeni ja korvata se oikein toimivalla geenillä.
16. Miten geeniteknologisia menetelmiä käytetään ihmisten tunnistuksessa ja mihin niitä voidaan soveltaa? (biologian pääsykoe 2009)
Ihmisen tunnistus geeniteknologian menetelmillä:
- Tunnistus perustuu DNA-toistojaksojen pituuden vaihteluun.
- Pituuden vaihtelu perustuu tietyn ydinjakson (3-12 emäsparia) vaihteluun.
- Erilaisia alleeleja voi olla väestössä useita kymmeniä, kullakin henkilöllä kuitenkin vain kaksi kerrallaan.
- Käytettävät toistojaksot sijaitsevat geenien ulkopuolisilla alueilla. Toistojaksoja sijaitsee runsaasti eri kromosomeissa.
- Koska vaihtoehtoja on erittäin paljon, jokaiselle voidaan määrittää yksilölliset ”DNA-sormenjäljet” .
- Näytteeksi riittää hyvin pieni määrä DNA:ta, esim. veritahra, siemennestetahra, iho- tai limakalvosoluja.
- DNA eristetään näytteestä ja toistoalueita monistetaan PCR-reaktion avulla.
- Erikokoiset DNA-palat erotellaan toisistaan sähkökentässä geelielektroforeesilla.
Sovelluksia:
- Isyystutkimus: Vertaillaan äidin, lapsen ja isäehdokkaan näytteitä
- Sukulaisuuden selvittäminen: Voidaan verrata myös esim. isovanhempien näytteisiin.
- Rikostutkimus: Rikospaikalta löytynyt näyte, uhrin ja epäillyn näytteet.
- Vainajien tunnistaminen, esim. sodan tai katastrofin uhrit.
- Vainajien keskinäisten sukulaisuussuhteiden selvittäminen (jopa muumiot).
- Äidinpuoleisen sukulaisuussuhteen selvittäminen mitokondrio-DNA:n avulla,
koska mitokondrio-DNA periytyy vain äidiltä lapselle. - Ihmisen kehitys- ja asutushistorian tutkiminen.
17. Biopolttoaineet – vaihtoehto fossiilisille polttoaineille (yo kevät 2015)
Biopolttoaineiden ja fossiilisten polttoaineiden määritelmät:
- Biopolttoaineella tarkoitetaan elävästä tai hiljattain kuolleesta eloperäisestä aineesta saatavaa polttoainetta, ja siitä saatavaa energiaa kutsutaan bioenergiaksi.
- Yleensä biopolttoaineilla tarkoitetaan jalostamalla tuotettua (nestemäistä tai kaasumaista) polttoainetta, mutta myös kuivattu ja sellaisenaan poltettava biomassa (puu, olki, hakkuutähteet, ym.) luetaan biopolttoaineisiin.
- Fossiiliset polttoaineet (kivihiili, öljy, maakaasu) ovat syntyneet muinaisten eliöiden jäänteistä. Fossiilisten polttoaineiden uusiutuminen on äärimmäisen hidasta.
- Turpeen määrittely fossiiliseksi tai uusiutuvaksi polttoaineeksi on kiistanalainen kysymys.
Biopolttoaineiden valmistus ja käyttö:
- Nestemäisten ja kaasumaisten biopolttoaineiden raaka‐aineina käytetään mm. maa‐ ja metsätalouden sekä eri teollisuusprosessien eloperäisiä jätteitä, yhdyskuntajätettä, lantaa ja useita viljelykasveja (sokeriruoko, sokerijuurikas, rapsi, rypsi, vehnä, maissi, öljypalmu).
- Bioetanolin valmistus perustuu lähinnä kasvimateriaalista saatujen sokerien alkoholikäymiseen. Bioetanolia käytetään bensiinin seosaineena.
- Biodieseliä tuotetaan rasva‐ ja kasviöljypohjaisista materiaaleista, ja sitä voidaan käyttää polttoaineena dieselöljyn tavoin.
- Biokaasua voidaan tuottaa hajottamalla eloperäistä ainetta hapettomissa oloissa tai kaasuttamalla kiinteää ainesta. Biokaasua tuotetaan mm. kaatopaikoilla ja jätevedenpuhdistamoilla sekä erityisissä mädättämöissä. Biokaasun koostumus vaihtelee raaka‐aineesta ja tuotantotavasta riippuen, mutta pääosa siitä on metaania. Biokaasua käytetään lämmön‐ ja sähkötuotannossa, liikenteen polttoaineena (mm. bussit)
ja korvaamaan maakaasua kaasuverkoissa. - Uutena polttoaineena tutkitaan biovetyä, jota yritetään tuottaa esimerkiksi bioreaktoreissa kasvatettavissa levä‐ tai bakteeriviljelmissä.
Biopolttoaineiden edut ja haitat verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin:
- Biopolttoaineet ovat uusiutuvaa energiaa, jonka avulla voidaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja siitä aiheutuvia hiilipäästöjä, joiltain osin myös mm. hiukkaspäästöjä.
- Fossiiliset polttoaineet ovat rajallinen luonnonvara, ja niille on jo senkin vuoksi kehitettävä muita energiavaihtoehtoja.
- Arvioitaessa polttoaineiden ympäristövaikutuksia ja merkitystä ilmastonmuutoksen hillitsemisessä tulee tarkastella kunkin polttoaineen koko elinkaarta tuotannosta ja
kuljetuksesta polttoaineen käyttöön. Jos esimerkiksi biopolttoaineen tuotanto perustuu peltoviljelyssä tuotettuun raaka‐aineeseen, polttoaineen käyttö voi edistää metsien hävittämistä, ja käytön kokonaisvaikutukset voivat olla silloin haitallisia.
Fossiilisten polttoaineiden käyttö on ongelmallista etenkin kasvihuonekaasupäästöjen kannalta. - Osa biopolttoaineista valmistetaan elintarvikkeiksi kelpaavista raaka‐aineista (ns. ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet), mikä voi aiheuttaa ruokapulaa ja nostaa esimerkiksi viljan hintaa.