Mikrobit ovat huomisen tuotantolinja
Biotekniikan teollinen vallankumous on jo täällä, kertoo Tieteen akateemikko Merja Penttilä. Suomella on siihen hyvät lähtökohdat, eikä tilaisuuksia kannata jättää väliin.
Kuva: Suomen Akatemia, kuvaaja Studio Kari Likonen oy
Nykyinen väriaineiden teollinen valmistaminen tekstiilialan tarpeisiin vaatii runsaasti kemikaaleja. Samalla se kuormittaa ympäristöä. Luonnon tuottamia väriaineita on puolestaan perinteisesti eristetty sienistä ja kasveista. Arvokasta peltoalaa ei kannata kuitenkaan käyttää värin tuotantoon. Väriaineita tuottavat sienet taas kasvavat vain syksyisin hajallaan metsissä.
Entä jos nämä ongelmat voitaisiin ratkaista? Teknologian tutkimuskeskus VTT:llä on menossa hanke, jossa geenimuunnellut mikrobit on saatu tuottamaan sienistä tuttuja väriaineita ympäristöystävällisesti. Punertavat ja kellertävät sävyt onnistuvat jo, sinisessä tai vihreässä on vielä enemmän tekemistä.
Mikrobien tuottamat väriaineet ovat vain yksi esimerkki lähivuosien bioteknologisesta mullistuksesta, kertoo biotekniikan tutkimusprofessori, akateemikko Merja Penttilä.
”Teollisen tuotannon koetaan olevan ikään kuin elävästä luonnosta erillään, mutta tämä on nyt muuttumassa”, Penttilä toteaa.
Meneillään on radikaali muutos, jossa teollinen tuotanto siirtyy bioreaktoreihin, joita voidaan operoida läpi vuoden. Luonnosta löytyvät mekanismit taipuvat tuottamaan niin polttoaineita, uusia materiaaleja, hienokemikaaleja kuin ruokaakin.
Moni näistä on todellisuutta jo nyt. VTT:n toisessa hankkeessa mikrobit tekevät nahankaltaista materiaalia. Suomalainen VTT:n startup Solar Foods valmistaa mikrobien avulla ruokaproteiinia hiilidioksidista aurinkoenergialla tuotetun vedyn avulla.
”Biologia tulee vauhdilla teollisuuteen. Tässä kannattaa nyt olla valppaana”, Penttilä toteaa.
Biotekniikka on osa biotaloutta
Maailmalla biotekniikkaan panostetaan jo kovasti. Britannian valtion tutkimusrahoituslaitos UKRI panostaa yli 950 miljoonaa euroa biotekniikan tutkimukseen viimeisen kymmenen vuoden aikana. EU katsoo biotekniikan ja siihen perustuvan biotuotannon olevan kriittinen teknologia Euroopan tulevaisuuden kilpailukyvylle. Myös Yhdysvalloissa biotekniikka ja bioteollisuus nostettiin viime vuonna yhdeksi tutkimuksen painopistealueista (Bold goals). Kiina ja Etelä-Korea ovat niin ikään kasvattaneet biotieteiden tutkimustaan.
”Suuriin maihin verrattuna Suomi on pieni maa, mutta kokoomme nähden olemme olleet vahvoja biotekniikassa. Meillä on metsäteollisuuden perintönä vahvaa osaamista biopohjaisista raaka-aineista ja biotuotteista”, Penttilä kertoo.
Suomen metsissä kasvaa paljon biomassaa, jolle voitaisiin kehittää uusia jalostusmahdollisuuksia nyt kun paperin kysyntä on maailmalla pienentynyt. Paljon voidaan tehdä myös maataloustuotannon sivuvirroilla.
”Kun vilja puidaan, oljet voidaan käyttää bioreaktoreissa raaka-aineena”, Penttilä sanoo.
Biologian innovaatioista on moneksi
Penttilän ominta alaa on mikrobien − hiivojen ja homeiden − molekyylibiologia. Parhaillaan hän koordinoi Jane ja Aatos Erkon säätiön nelivuotisella apurahalla tutkimusta siitä, miten solujen synteesireaktioita aikaansaavien proteiinien, entsyymien, toimintaa voitaisiin ennustaa tekoälyn avulla. Näin voitaisiin suunnitella uusia entsyymejä, jotka tekevät luonnolle uusia reaktioita. Ja jotta solut tuottavat näitä entsyymejä, tulee suunnitella myös niitä vastaavat uudet geenit. Tästä voisi olla välitöntä hyötyä esimerkiksi uusien mikrobeilla tuotettavien biomuovien valmistuksessa. Pitkän tähtäimen sovellusmahdollisuudet kuitenkin ovat paljon laajemmat, esimerkiksi nykyistä satoisampien viljelykasvien jalostuksessa.
”Eri eliöiden biologiset prosessit muistuttavat hyvin paljon toisiaan. Jos opimme ennustamaan entsyymien toimintaa yhdessä eliössä ja sovelluskohteessa, nopeuttaa se kaikkea biotekniikan kehitystyötä”, Penttilä kertoo.
Molekyylibiologian puolella tekoälyennusteet ovat jo todellisuutta. Proteiinien rakenteen ennustavan tekoälyn kehittäminen toi vuoden 2024 kemian Nobel-palkinnon Demis Hassabukselle ja John M. Jumperille. Palkittu kaksikko työskentelee Googlen tutkimuslaboratoriossa. Tämä on Penttilästä hyvin kuvaavaa.
”Maailmalla on alettu ymmärtää, että biotekniikka vaikuttaa tulevaisuudessa aivan kaikkeen. Jos vaikka haluamme Marsiin, pitää meillä olla ratkaisut sille, miten pitkällä lennolla ja vieraalla planeetalla tuotetaan esimerkiksi ravintoa.”
Ei siis ihme, että biotekniikka kiinnostaa myös tietotekniikan jättiläisiä.
Välivaiheen rahoitus on kysymysmerkki
Suomessa Penttilä toivoisi panostusta perustutkimuksesta kumpuavaan seuraavaan vaiheeseen eli sovelluksiin tähtäävään tutkimusvaiheeseen. Akatemian hankkeet ovat hyviä edistämään biologisten mekanismien perustutkimusta. Toisaalta Business Finlandilta voi saada rahoitusta, kun aletaan suunnitella yritystä tai kasvatetaan jo etabloituneiden yritysten vientipotentiaalia. Näiden välille jää kuitenkin iso aukko, johon Penttilä kaipaisi sopivia tuki-instrumentteja. Siis siihen vaiheeseen, kun pitäisi katsoa voisiko alustavat havainnot jalostaa teolliseksi tuotannoksi. Bioteknologiassa tässä vaiheessa voidaan tehdä paljon hyödyntämällä kaikkea biotietoa ottamalla käyttöön tekoäly ja robotiikka uusien solujen, tuotantoprosessien ja tuotteiden suunnittelussa.
Jo olemassa oleva teollisuus taipuu kokonaan uusiin lähestymisiin usein hivenen jähmeästi. Olemassa olevia malleja ei usein haluta kyseenalaistaa ennen kuin ollaan varmoja uusien tulosten teollisesta käyttökelpoisuudesta.
”Siksi esimerkiksi säätiöt voisivat olla avuksi tässä kohden”, Penttilä toteaa.
Jane ja Aatos Erkon säätiön uutiskirje
Uutiskirjeemme tilaajana saat ajankohtaiset kuulumiset sähköpostiisi neljästi vuodessa.
Tilaamalla uutiskirjeen hyväksyt tietosuojaselosteen.