TIETOTEKNIIKASTA TERVEYTTÄ?

Transkriptio

1 VTT Impulssi LEHTI TIETEESTÄ, TEKNOLOGIASTA JA LIIKETOIMINNASTA VTT LEHTI TIETEESTÄ, TEKNOLOGIASTA JA LIIKETOIMINNASTA TIETOTEKNIIKASTA TERVEYTTÄ? KASVIJÄTTEET KÄYVÄT ENERGIAKSI S. 18 GRAFEENISTA UUSI PII? S. 48 SUOMI PARAS PORTTI VENÄJÄN MARKKINOILLE S. 78 TIEDE & TULEVAISUUS

2 PÄÄKIRJOITUS Hans Söderlund tutkimusprofessori VTT Terveysteknologiaa parempaa elämää varten Molekyylibiologian ja perinnöllisyystieteen nopea kehitys on luonut vankan pohjan, jolta nyt etsitään uusia lääkeaineita ja diagnostisia markkereita. Saatavilla on nyt uusia lääkeaineryhmiä, kuten terapeuttisia proteiineja. Biotieteiden synnyttämä valtava tietomäärä on puolestaan vauhdittanut laskentatieteiden kehitystä. Elektroniikan ja mikrofl uidistiikan kehitys on tuonut mukanaan tehokkaita työkaluja diagnostiikkaan. Nykymenetelmien avulla kehostamme voidaan kerätä valtavasti tietoa. Bioteknologiaa sekä tieto- ja viestintäteknologiaa yhdistämällä voidaan luoda edistyksellisiä, elämänlaadun parantamiseen tähtääviä ratkaisuja. VTT:n roolina terveys- ja hyvinvointiverkostossa on moninaisten teknologioiden tarjoaminen, kun taas kliinisestä tutkimuksesta vastaavat yhteistyökumppanimme. Ydinosaamistamme on muun muassa systeemibiologiaksi kutsuttu tieteenala. Sen keskeinen ajatus on, että jokaisen elävän organismin toiminnan taustalla on äärimmäisen monisyinen viestien ja toisiinsa liittyvien reaktioiden verkosto monitahoisessa järjestelmässä kaikki vaikuttaa kaikkeen. Systeemibiologiassa pyritään saamaan organismista, kudoksesta ja yksittäisen solun tilanteesta mahdollisimman kattava kuva: mitkä geenit ovat aktiivisia, mitkä proteiinit ovat läsnä ja mitkä aineenvaihduntareitit ovat toiminnassa. Käytännössä tämä tarkoittaa laajoja analyysejä, joilla selvitetään, mitkä biokemialliset yhdisteet löytyvät kudoksesta ja kuinka paljon niitä on. Seuraavassa laskennallisessa vaiheessa tavoitteena on mallintaa, mitä kudoksessa tapahtuu. Me VTT:llä sovellamme systeemibiologiaan perustuvaa lähestymistapaa monin tavoin. Yhtenä esimerkkinä mainittakoon solupohjaiset seulontajärjestelmät, joiden avulla pyritään löytämään syöpälääkkeitä. Etsinnöissä hyödynnetään automatisoituja solunviljelyjärjestelmiä ja elimiä jäljitteleviä kolmiulotteisia soluviljelmiä. Tiedon keräämistä varten on kehitettävä uusia analysointimenetelmiä. Systeemibiologian mahdollisuudet eivät rajoitu lääkeaineiden etsintään, vaan sen avulla voidaan kehittää myös diagnosointityökaluja. Niiden avulla taas voidaan löytää biomarkkereita eli elimistössämme olevia molekyylimerkkejä, jotka kertovat tietystä sairaudesta tai alttiudesta sairastua tiettyyn tautiin. Tietoja voidaan soveltaa elämäntapojen riskianalyysissä esimerkiksi ruokavalion terveysvaikutusten tutkimiseen. Teknologian avulla voidaan siis sekä parantaa sairauksien hallintaa että edistää terveyttä. Kun hoidetaan ihmisiä, tekniset ratkaisut eivät kuitenkaan saa olla pääroolissa. Teknologian tehtävä on auttaa kohenta maan elämän laatua ei johtaa tai hallita sitä. Keskipisteessä on ihminen, ei teknologia. Terveydenhoitokustannukset kasvavat jatkuvasti. Jos kaikki käytettävissä olevat hoitovaihtoehdot hyödynnetään, kustannusrakenne voi muodostua kestämättömäksi. Teknologian kehittämisessä onkin aina otettava huomioon, että uusista teknisistä apuvälineistä pitää olla hyötyä kaikille. Muutoin on vaarana paluu aikaan, jolloin terveydenhuolto oli ainoastaan pienen vähemmistön saatavilla.

3 VTT Impulssissa nyt 2 Polttopisteessä 4 Lyhyesti 8 Kohtaamisia 10 Tietotekniikasta terveyttä Lääkkeitä tulevaisuuden terveydenhuollon resurssipulaan etsitään kuumeisesti. Yhdessä reseptissä lukee tietotekniikka. Jo nyt tekniikka mahdollistaisi omasta terveydestä huolehtimisen ja keskusteluyhteyden ammattilaisiin. s. 10 TIEDE JA TULEVAISUUS 18 Mikrobeissa on tulevaisuus Solutehtaat tuottavat polttoainetta ja kemikaaleja uusiutuvista luonnonvaroista. Tutkimusprofessori, filosofian tohtori Merja Penttilä, VTT 26 Rinnakkaislaskenta pian ulottuvillamme? Nykyaikaiset mikrotietokoneet ovat saamassa lisätehoa rinnakkaislaskennasta. Johtava tutkija, tekniikan tohtori Kaj Juslin, VTT 32 Biomassasta suuren mittakaavan uusiutuva lämmön ja sähkön lähde Biomassa on merkittävä vaihtoehto, kun tavoitellaan ehtyvien fossiilisten polttoaineiden käytön ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistä energiantuotannossa. Teknologiajohtaja, tekniikan lisensiaatti Satu Helynen, VTT 38 Pienhiukkasten terveyshaitat kuriin Hengitysilman sisältämät pienhiukkaset muodostavat merkittävimmän ympäristöterveysongelman teollisuusmaissa. Tutkija, diplomi-insinööri Aimo Taipale, VTT 18 VTT IMPULSSI

4 OSAAMINEN JA UUSI TEKNOLOGIA 44 Ennakoivaan ja yksilölliseen terveyden- ja sairaanhoitoon Tulevaisuuden visiossa sairauksien hoito päästään usein aloittamaan jo ennen kuin oireita on edes näkyvissä. Sairaudet on ennustettu jo vuosia aikaisemmin ehkä jo lapsuudessa. 48 Hiiliatomikerros muuntuu moneen käyttöön Materiaalitieteiden kuumimpiin tutkimuskohteisiin lukeutuva grafeeni haastaa piin elektroniikassa Lääkintälaitteen pitkä tie markkinoille Monen sairaalasta tai apteekin hyllyltä löytyvän laitteen kyljessä on merkintä CE Tämä tarkoittaa, että VTT on todennut tuotteen täyttävän EU:n asettamat viranomaisvaatimukset. Mitä varhaisempi diagnoosi, sitä parempi potilaalle. 54 Alzheimerin tauti taistelua aikaa vastaan Tutkijat etsivät keinoja havaita tauti mahdollisimman varhaisessa vaiheessa Nanosellu taipuu moneksi Nanokuiduiksi jalostettu selluloosa on tulossa täysin uusille toimialoille, muun muassa kosmetiikkateollisuuteen. 60 Rakkaudesta biotekniikan haasteisiin Mascoma kehittää täydellisiä teknologiapaketteja etanolin tuottamiseksi lignoselluloosapitoisista kasvimateriaaleista. 60 VTT IMPULSSI

5 INNOVAATIOT JA LIIKETOIMINTA 64 Moniteknologisuus mahdollistaa innovaatioita tapaus painettu äly Monialainen osaaminen on avainsana painetun älyn hankkeissa. 68 Kuidusta kuntoa Terveellisen kuidun lisääminen ruoka-aineisiin on elintarviketeollisuudelle sekä haaste että mahdollisuus. 74 Yhteistyö tuottaa tulosta Piilaaksossa Kansainvälistyvä VTT on ottanut tukevan jalansijan Piilaaksosta. 78 Portti Venäjälle vetää Suomi on kirkkaasti paras väylä Venäjän markkinoille. Kehitettävää kuitenkin riittää. 64 VTT on Pohjois-Euroopan suurin soveltavaa tutkimusta tekevä organisaatio, joka tuottaa monipuolisia teknologia- ja tutkimuspalveluja sekä kotimaisille että kansainvälisille asiakkailleen, yrityksille ja julkiselle sektorille. Laaja-alaista osaamista yhdistämällä VTT voi auttaa asiakkaitaan ja yhteistyökumppaneitaan luomaan uusia tuotteita, tuotantoprosesseja ja -menetelmiä sekä palveluja ja näin lisätä elinkeinoelämän kansainvälistä kilpailukykyä sekä yhteiskunnan hyvinvointia. Laajan kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön ja verkostoitumisen avulla VTT varmistaa tiedon ja teknologian tehokkaan siirron ja hyödyntämisen. Teknologiapainopistealueet Sovellettu materiaalitekniikka Bio- ja kemianprosessit Energia Tieto- ja viestintäteknologiat Teolliset järjestelmät Mikroteknologiat ja elektroniikka Yhteiskunnan teknologiat Liiketoimintatutkimus VTT Impulssi on VTT:n julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta. Ilmestyy kaksi kertaa vuodessa suomeksi ja englanniksi. Julkaisija: VTT, Vuorimiehentie 5, Espoo, PL 1000, VTT. Puhelin Päätoimittaja: Olli Ernvall, puhelin Toimitusneuvosto: Erkki KM Leppävuori, Jouko Suokas, Jorma Lammasniemi, Kari Larjava, Tapio Koivu, Laura Apilo, Petri Kalliokoski ja Paula Bergqvist. Toimitus: Cocomms Oy. Ulkoasu: MCI Press oy. Paino: Edita, Helsinki Tilaukset ja osoitteenmuutokset: ISSN Julkaisussa esitetyt mielipiteet ovat haastateltavien esittämiä eivätkä välttämättä vastaa VTT:n kantaa. VTT IMPULSSI

6 POLTTOPISTE PEKKA PUSKA TEKNOLOGIA HELPOTTAA TERVEELLISIÄ VALINTOJA w.valtteri.net Teksti Marjo Kosonen Kuva Valtteri Kantanen Suomen ikäpyramidi vinoutuu hurjaa vauhtia. Jatkossa työikäisillä on täällä elätettävänään suhteessa enemmän eläkemummoja ja -vaareja kuin muissa Euroopan maissa. Onko terveydenhuolto kuitenkaan kriisin edessä? Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen pääjohtaja Pekka Puska huomauttaa, että ikääntyminen ei automaattisesti lisää terveydenhoitopalvelujen kysyntää. Ikääntyvät ovat tulevaisuudessa aiempaa terveempiä. Suuri muutos ja haaste on diabeteksen kaltaisten pitkäaikaisten tautien kasvu. Niiden hoidossa tarvitaan aivan uudenlaista osaamista, palvelujen järjestämistä ja työnjakoa. Suuri saavutus Puska korostaa, että väestön ikääntyminen ei ole vain kielteinen asia. Vielä 30 vuotta sitten työikäiset miehet kuolivat saappaat jalassa. Noista ajoista keskimääräinen elinikämme on pidentynyt kymmenellä vuodella. Suomalaiset eivät ole koskaan olleet niin terveitä kuin nyt. Pekka Puska Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen pääjohtaja tunnetaan suomalaisen lääketieteen pitkäaikaisena vaikuttajana. Hän tuli tunnetuksi vuonna 1972 käynnistyneestä Pohjois- Karjala-projektista, joka viitoitti tien sydän- ja verisuonitautikuolleisuuden vähentämiseen Suomessa. 2 VTT IMPULSSI

7 Valtteri Kantanen Kansanterveystyö ei tähtää ikuiseen elämään. Tavoitteena on, että mahdollisimman moni voisi elää terveenä mahdollisimman pitkään, Pekka Puska sanoo. Ongelma, jota ei rahalla ratkaista Teksti Marjo Kosonen Kuva Jari Tikka Loistava saavutus on suuressa määrin uuden tiedon, valistuksen ja sen seurausten ansiota, Pohjois-Karjala-projektista tunnettu Puska toteaa. Tieto yksin ei saa ihmisiä muuttamaan käyttäytymistään. Teknologia voi auttaa tekemään terveet elämäntavat ihmisille helpoiksi. Sairauksien ehkäiseminen on tehokkainta terveydenhoitoa. Teknologia on yhä keskeisemmässä asemassa niin ennaltaehkäisevässä terveydenhuollossa kuin sairauksien hoidossa. Mikään teknologia ei kuitenkaan ole kaikkivoipa, Puska sanoo. Syömällä terveeksi Sairauksien ehkäisyssä suurin merkitys on elintarviketeknologialla. Funktionaaliset elintarvikkeet voivat auttaa alentamaan kolesterolia, lisätä elimistön luontaista vastustuskykyä tai ehkäistä hampaiden reikiintymistä. Kansanterveydellisesti avainasemassa ovat kuitenkin peruselintarvikkeet ja niiden kehittäminen esimerkiksi suolaa vähentämällä. Nykyihmiselle erilaiset uudet terveystuotteet ovat usein helppo vaihtoehto. Teknologia muuttaa myös terveysasioista viestimistä. Internet on avannut kansalaisten valistustyössä aivan uudet ulottuvuudet mahdollistamalla interaktiivisuuden. Terveydenhuollossa verkkoon ovat siirtyneet potilaskertomukset tulevaisuutta ovat tietokonelaskelmat potilaan sairastumisen riskeistä ja hälytysrajoista. Teknologiaa hyödynnetään yhä enemmän myös liikunnassa ja tapaturmien ennaltaehkäisyssä. Sairaanhoidon teknologiassa on otettu suuria edistysaskeleita aina diagnostiikasta instrumentteihin. Lääkärit ja hoitajat tekevät ratkaisut inhimillistä vuorovaikutusta unohtamatta, mutta teknologian osuus diagnostiikassa ja hoidossa on hyvin ratkaiseva. Työ- ja elinkeinoministeriön kansliapäällikkö Erkki Virtanen tiivistää hoivasektorin tulevaisuudenkuvan kahteen lauseeseen: Kyse ei ole vain rahan riittävyydestä. Meiltä yksinkertaisesti loppuvat tekevät kädet. Keskivertosuomalainen tarvitsee tilastojen mukaan perusteellista hoitoa kahden viimeisen elinvuotensa aikana. On sinänsä ihan sama, onko hoidokki 70- vai 100-vuotias. Yli 65-vuotiaiden osuus väestöstä kasvaa seuraavan 30 vuoden aikana 70 prosenttia. Samaan aikaan työikäisten osuus kutistuu lähes kymmenen prosenttia. Mistä silloin riittää väkeä elinkeinoelämän palvelukseen, Virtanen kysyy. Ongelma ei poistu, vaikka syntyvyys yhtäkkiä kääntyisikin rakettimaiseen kasvuun: vuonna 2040 töitä paiskivat ikäluokat ovat jo syntyneet. Vajetta ei korvaa myöskään paljon puhuttu maahanmuutto. Mitään yhtä lääkettä ongelmaan ei ole löydettävissä. Erkki Virtanen näkee yhtenä mahdollisuutena tuottavuuden kasvattamisen. Vaikka tehokkuuden mittaaminen onkin hoivatyössä vaikeaa, sielläkin voitaisiin saada enemmän aikaan samalla työpanoksella. Perinteisessä pohjoismaisessa mallissa yhteiskunta vastaa hoivasektorin palveluista ja myös tuottaa ne. Tätä mallia pitäisi Virtasen mukaan täydentää yksityisen sektorin palveluilla myös perusterveydenhuollossa. Yrittäjä haluaa viivan alle tulosta. Hän on siksi todennäköisesti terveyskeskuslääkäriä kiinnostuneempi tuottavuudesta ja sen parantamiseen tähtäävistä investoinneista. Terveydenhuollossa tarvitaan investointeja muun muassa diagnostiikan ja sairaanhoidon teknologiaan. Myös rakenteita ja prosesseja on uusittava. Hoitoprosessien tehostaminen voidaan huomioida esimerkiksi sairaalarakennusten suunnittelussa. Sairaalat voisivat myös erikoistua erityyppisiin leikkauksiin, jolloin syntyisi mittakaavaetuja ja laatu paranisi. Laitosten resurssit eivät kuitenkaan tulevaisuudessa riitä, vaan vanhuksia on hoidettava kotona nykyistä selvästi pidempään. Avuksi tulevat kodin apuvälineet ja kotona pärjäämisen mahdollistava teknologia, Erkki Virtanen sanoo. Työurien pidentäminen on sekin yksi näkökohta. Eläkeikää on nostettava nykyisestä ikävuodesta. Ei kuitenkaan mitään niin pahaa, ettei jotain hyvääkin. Eläkkeelle jäävät ovat aiempaa terveempiä ja vauraampia, heillä on pitkä elämä edessään. Erilaisia hyvinvointi- ja matkailupalveluja tarjoaville yrityksille tässä on selkeä mahdollisuus. VTT IMPULSSI 3

8 LYHYESTI BIOTEKNIIKKA Bioetanolia yhteiseurooppalaisin voimin LISÄTIETOJA: MERJA PENTTILÄ, VTT on mukana kehittämässä maa- ja metsätalouden jätteistä esimerkiksi oljesta ja hakkeesta ja energiakasveista biopolttoaineen valmistukseen soveltuvaa raaka-ainetta. VTT:n käynnistämä NEMO-hanke kokoaa yhteen eurooppalaiset tutkimuslaitokset ja yritykset. Nelivuotisen projektin budjetti on 8,2 miljoonaa euroa, josta EU-rahoituksen osuus on 5,9 miljoonaa euroa. Maa- ja metsätalouden jätteet koostuvat pääasiassa lignoselluloosasta, jonka sokeriyhdisteitä mikrobit eivät voi sellaisenaan hyödyntää etanolin tuotannossa. Projektissa kehitetään entsyymejä, joilla lignoselluloosa voidaan pilkkoa käymiskelpoisiksi sokereiksi. Tavoitteena on myös räätälöidä mikrobien aineenvaihduntaa niin, että ne voivat tuottaa sokereista suuria määriä etanolia taloudellisesti ja tehokkaasti. Projektissa testataan entsyymien ja hiivakantojen soveltuvuutta biopolttoaineen teollisiin valmistusprosesseihin. 4 VTT IMPULSSI

9 LÄÄKETIEDE Tuoretta tietoa syöpäsolujen leviämisestä LISÄTIETOJA: JOHANNA IVASKA, VTT:n ja Turun yliopiston yhteinen tutkimusryhmä on löytänyt keuhkosyövistä mekanismin, jota syöpäsolu käyttää levitessään elimistöön etäpesäkkeinä. Lisäksi yhteistyössä Heidelbergin yliopiston kanssa on löytynyt tekijä, joka säätelee useiden eri syöpien leviämistä. Löydökset antavat uutta tietoa siitä, miten syöpäsolujen tappava kyky ottaa jalat alleen syntyy ja miten syöpä pääsee leviämään alkuperäisestä kasvaimesta muualle elimistöön. Yhdessä nämä löydökset lisäävät tietoa syövän leviämisestä ja saattavat vaikuttaa syöpätutkimusten suuntaamiseen tulevaisuudessa. Syövän tappavuus perustuu sen kykyyn levitä elimistöön ja muodostaa etäpesäkkeitä. Aiemmin on ajateltu, että syöpäsolut irrottautuvat ja kulkeutuvat muihin kudoksiin menetettyään tekijät, joilla ne sitoutuvat kasvaimen muihin soluihin. VTT:n uusi rakenne lisää teknologian vaikuttavuutta ja asiakashyötyjä VTT siirtyy uuteen VTT Group -rakenteeseen vuoden 2010 alussa. Muutos on sekä rakenteellinen että toiminnallinen. Jatkossa VTT pystyy aiempaa tehokkaammin hyödyntämään laaja-alaista tieteellistä ja teknologista osaamistaan, suuntaamaan sitä asiakkuuksiin ja siten lisäämään vaikuttavuuttaan. Uusi rakenne mahdollistaa myös VTT:n pitkäjänteisen kehittämisen ja tehokkaan asiakasliiketoiminnan. VTT Groupiin kuuluvat tutkimus ja kehitys, asiakasratkaisut, strateginen tutkimus ja IP-omaisuuden kehittäminen ja hallinta. Yhtiöt toimivat itsenäisesti ja tuottavat muun muassa asiantuntijapalveluita liittyen teknologioiden soveltamiseen, testaukseen, sertifiointiin ja uuden spin-off-liiketoiminnan käynnistämiseen. Myös kansainvälinen verkottuminen ja liiketoiminta VTT International Oy:n kautta lisääntyy. ELEKTRONIIKKA LÄÄKETIEDE Bayer Schering ja VTT kehittämään syöpälääkkeitä LISÄTIETOJA: MARKO KALLIO, VTT ja Bayer Schering Pharma AG ovat allekirjoittaneet kaksivuotisen tutkimusyhteistyösopimuksen, joka koskee lääkeyhtiön uusien syöpälääkkeiden tutkimus- ja kehitystyötä. Hankkeessa hyödynnetään VTT:n kehittämiä, ainutlaatuisia geenien ja syöpäsolujen tutkimusmenetelmiä. VTT:n kehittämä syöpäsolujen kolmiulotteinen kasvatusmenetelmä mahdollistaa solujen tutkimisen ihmisen kudosta muistuttavassa kasvuympäristössä. Mallissa solujen keskinäiset vuorovaikutukset ja yhdessä muodostamat rakenteet jäljittelevät ihmisruumiin omia solukkoja perinteistä, kaksiulotteista tutkimusmenetelmää paremmin. Mallin avulla saadaan poikkeuksellisen arvokasta tietoa syöpäsolujen leviämiskyvystä ja aggressiivisuudesta sekä kehitteillä olevien uusien lääkkeiden syöpäsolujen kasvua hillitsevistä vaikutuksista. Urbaaneja älypalveluja LISÄTIETOJA: TUOMO TUIKKA, Eurooppalaisessa Smart Urban Spaces -yhteishankkeessa kehitetään yhteentoimivia, helppokäyttöisiä kaupunkipalveluja, jotka hyödyntävät mobiilitekniikoita ja jokapaikan tietotekniikkaa. Pääpaino on mobiililaitteilla käytettävissä tilanne- ja paikkasidonnaisissa palveluissa. Mukana on yhdeksän kaupunkia Ranskasta, Espanjasta, Kreikasta ja Suomesta. Suomesta mukana ovat Helsinki ja Oulu. Tavoitteena on paitsi eurooppalaisten ICT-järjestelmien yhteentoimivuus ja kaupunkien toiminnan kustannustehokkuuden lisääminen, myös kansalaisten arjen helpottaminen. Liikenne-, matkailu-, tapahtuma- ja koulutuspalveluja ja niiden yhteentoimivuutta testataan eri kaupungeissa. Projektia koordinoi Suomessa VTT, joka tekee myös siihen liittyvää tutkimusta. VTT IMPULSSI 5

10 LYHYESTI TIETOTEKNIIKKA LISÄTIETOJA: JUHA MANNILA, ICT-teknologian synnyttämät eettiset ongelmat kartoitetaan LISÄTIETOJA: VEIKKO IKONEN, Uudet informaatio- ja viestintäteknologiat voivat hyödyistään huolimatta synnyttää yllättäviä eettisiä ongelmia esimerkiksi tietoturvan ja yksilön vapauden kannalta. Täysin uusia haasteita luovat yleistyvät supernopeat kvanttitietokoneet, paikantamisjärjestelmät ja teknologian sulautuminen voimakkaammin ihmisten arkeen. VTT on mukana eurooppalaisessa ETICA-hankkeessa, jossa kartoitetaan vuoden kuluttua laajassa käytössä olevat informaatio- ja viestintäteknologiat ja niiden eettiset ongelmat. Teknologioiden aiheuttamia ongelmia voidaan ehkäistä jo niiden kehitysvaiheessa. Tulevaisuuden teknologiat saattavat tuoda mukanaan uudenlaisia haittavaikutuksia käyttäjilleen ja yhteiskunnalle. Erityisesti on valmistauduttava muutoksiin, jotka vaikuttavat tietoturvaan, tasa-arvoon ja yksilön oikeuksiin. 6 VTT IMPULSSI

11 LIIKETOIMINTA INNOVAATIOT Yrityskauppa on bisnesmahdollisuus LISÄTIETOJA: PEKKA MAIJALA, Yritysjärjestelyjen ja uuden liiketoiminnan synnyttämisen välinen yhteys on korostunut viime vuosina. Yritysjärjestely on yksi strateginen tapa selviytyä muuttuvassa liiketoimintaympäristössä. VTT ja Turun kauppakorkeakoulu kehittävät yhdessä työkaluja yritysjärjestelyjen onnistuneeseen hallintaan. Hankkeessa tutkitaan, miten yritykset voivat parhaiten toteuttaa yrityskaupan strategisesti aina päätöksenteosta integrointiin siten, että samalla turvataan liiketoiminnan jatkuvuus. Hanke päättyy joulukuussa INNOVAATIOT Sooligeelimenetelmällä räätälöityjä ominaisuuksia pinnoitteisiin LISÄTIETOJA: AMAR MAHIOUT, Nanorakenteiset pinnoitteet suojaavat tuotteita kulumiselta, likaantumiselta ja hapettumiselta. VTT kehittää metallituotteiden pinnoittamista räätälöityjen pintaominaisuuksien luomiseksi. Sooligeelimenetelmällä voidaan valmistaa erittäin ohuita, nanorakenteisia pintoja ja saada aikaan materiaaleja, jotka kestävät kulutusta, ehkäisevät hapettumista, hylkivät likaa ja ovat helposti puhdistettavia. Pinnoitteita voidaan käyttää muun muassa rakennusmateriaaleissa, kuljetusvälineissä ja prosessi- ja elintarviketeollisuudessa. VTT:n kehittämässä energiatehokkaassa ja edullisessa menetelmässä sooligeelipinnoitus voidaan tehdä kuumasinkitysprosessissa. Pinnoite suojaa kuumasinkittyjä tuotteita valkoruosteen muodostumiselta, vähentää tuotteiden likaantumista sekä auttaa säilyttämään tuotteen alkuperäisen ulkonäön. Pinnoitekemikaaleja valmistava Millidyne Oy on lisensoimassa VTT:n kehittämän valmistusmenetelmän. Tehokas varoitusjärjestelmä suuronnettomuustilanteisiin LISÄTIETOJA: VEIKKO ROUHIAINEN, VEIKKO Uusi suuronnettomuustilanteita varten kehitetty varoitusjärjestelmä tehostaa pelastustoimintaa. Varoitus- ja tilannekuvajärjestelmän ovat kehittäneet VTT, Ilmatieteen laitos, Teknillinen korkeakoulu ja Helsingin yliopisto. Järjestelmä perustuu olemassa olevien menetelmien yhteensovittamiseen ja tiedonkulun varmistamiseen eri järjestelmien kesken. Sen avulla pelastustoimia voidaan etukäteen harjoitella todellista tilannetta silmällä pitäen. VTT on kehittänyt järjestelmään langattoman anturiverkon, joka mittaa tehtaan kemikaalipäästöjä ja säätietoja ja välittää ne Ilmatieteen laitokselle mahdollista kemikaalipilven kulkeutumisen arviointia varten. Tilannekuva onnettomuudesta muodostetaan asiantuntijoiden avulla. Tilannekuvajärjestelmä tuottaa valmiiksi analysoitua tietoa pelastustoimia varten. Onnettomuuden vaikutusaluearvioon yhdistetään myös asukas- ja läsnäolotiedot. Nopeasti saatava tieto uhan alla olevasta ihmisjoukosta parantaa evakuointivalmiutta ja nostaa sairaankuljetuskapasiteetin ja sairaaloiden valmiustilaa. TALOTEKNIIKKA ˆ Opas talotekniikan käytettävyydestä Suhteellisen yksinkertaisetkin talotekniikan käytettävyyden parannukset voivat merkittävästi edistää ihmisten tyytyväisyyttä lämmitykseen, jäähdytykseen, ilmanvaihtoon, valaistukseen ja muuhun talotekniikkaan. Talotekniikan hyvä käytettävyys parantaa myös energiatehokkuutta, sillä se vähentää laitteiden epätarkoituksenmukaista käyttöä. VTT:n julkaisema opas kertoo, miten tyypillisimmät käytettävyysongelmat voidaan välttää. Julkaisu verkossa: VTT IMPULSSI 7

12 KOHTAAMISIA JAANA LEIKAS SUUNNITTELUN LÄHTÖKOHTANA IHMISEN ELÄMÄ Teksti Paula Bergqvist Kuva Ari Ijäs Perinteinen kohderyhmäajattelu ei riitä ICT-tuotteita ja palveluja suunniteltaessa. VTT:n erikoistutkijan Jaana Leikkaan mukaan suunnittelun pitää olla monitieteistä. Sen eri vaiheissa on otettava huomioon käyttäjän biologia, psykologiset ja sosiokulttuuriset valmiudet, elämäntilanne ja -ympäristö. On vaarana, että suljemme joitakin käyttäjäryhmiä pois uudesta, hienosta teknologiamaailmastamme, jos suunnittelussa ei oteta huomioon ihmisen koko olemusta, painottaa Leikas. Hän on havainnut, että tuotekehityksessä ei ole riittävästi tai on vanhentunutta tietoa siitä, mikä on esimerkiksi ihmisen tiedonkäsittely- tai hahmotuskyky tai miten muisti toimii. Leikkaalla itsellään on monitieteinen tausta: hän on perehtynyt kognitiotieteeseen, aikuiskasvatustieteeseen, toimintaterapiaan ja yrityshallintoon. Hän työskentelee VTT:llä erilaisissa ICT-tekniikan kehityshankkeissa ja on erikoistunut ikääntyvien tarpeisiin ja kykyyn ottaa uutta teknologiaa käyttöönsä. Ihmisen olemusta etsimässä Jaana Leikkaan mukaan yritykset ovat havahtumassa huomaamaan, että perinteiset markkinaja trenditutkimukset eivät riitä. Tarvitaan tietoa myös ihmisen perimmäisestä olemuksesta. Jaana Leikas on mukana Jyväskylän yliopiston kognitiotieteen, Tietotekniikan tutkimuslaitoksen HIIT:n ja VTT:n yhteisessä Theseus -hankkeessa, jossa pyritään hyödyntämään käyt tä jä psykologista tutkimustietoa tuotekehitystyössä. Projektissa etsitään hyvää suunnittelumallia, ja siinä on ratkaistu yritysten ongelmia toteuttamalla esimerkiksi käyttäjätutkimuksia, muodon arviointeja ja käytettävyysselvityksiä. Tutkijalle itselleen erityisen mielenkiintoisia aiheita ovat olleet hiljaisen tiedon kehittyminen sekä tiedon jalostaminen ja siirtäminen tehokkaaseen käyttöön. ICT-tuotteiden ja -palvelujen suunnittelussa on tunnettava kohderyhmä kokonaisvaltaisesti. Toisin sanoen selvitetään kohderyhmän elämänmuodon ominaispiirteet ja valmiudet ottaa vastaan uutta teknologiaa. Näihin valmiuksiin vaikuttavat biologiset, psykologiset ja sosiokulttuuriset tekijät. Teknologian omaksumiseen vaikuttavat myös koulutus ja kokemukset teknologiasta. Leikas korostaa ihmisten arkipäivän tarpeiden ja elämänmuodon tuntemisen tärkeyttä suunnittelussa. Jokaisella meistä on erilaisia elämänmuotoja esimerkiksi mökkeilijän tai matkailijan elämänmuoto ja me kaikki kommunikoimme eri elämänmuodoissa olevien ihmisten kanssa. Ihmisen biologialla on erityisen suuri merkitys: ikä, terveys, näkökyky, kuulo ja sorminäppäryys vaikuttavat valmiuteen ottaa teknologia haltuun. Jos käyttäjä kokee, ettei hän hallitse teknologiaa, hän ei sitä käytä. Tämä tuli hyvin esiin, kun Leikas haastatteli ikääntyviä VTT:n Idealiike-projektissa. Hankkeessa haastettiin kansalaiset ideoimaan arkea helpottavia mobiiliratkaisuja. Kukin teknologiasukupolvi on määritettävissä sen mukaan, minkälaista teknologiaa olemme käyttäneet vuotiaina. Tällä hetkellä vanhat henkilöt ovat sitä teknologiasukupolvea, joka käytti kiekkopuhelinta ja kirjoituskonetta. Jos tämä joukko pitäisi saada nopeasti käyttämään nykyteknologiaa, laitteiden pitäisi muistuttaa sitä, mihin he ovat tottuneet. 8 VTT IMPULSSI

13 Jaana Leikas VTT:n erikoistutkija, filosofian tohtori Jaana Leikas väitteli elokuussa aiheesta Elämälähtöinen suunnittelu Elämänmuoto ikääntyville tarkoitettujen ICT-tuotteiden ja palvelujen suunnittelun lähtökohtana. Leikas on työskennellyt VTT:ssä vuodesta Markkina-alueen sosiokulttuuri vaikuttaa siihen, miten uusi tuote tai teknologia hyväksytään. Suomessa kännyköiden omaksuminen tapahtui nopeasti. Espanjassa yleistymistä jarrutti katolinen kulttuuri, jossa laitteiden käyttäjiä pidettiin aluksi pröystäilijöinä. Ratkaisuja hyvään elämään Yksinäisyyden tunne on nykypäivän ikääntyvien suuri ongelma. Kehitämme tekniikkaa helpottamaan kommunikointia. Jos samalla kehitämme käyttöliittymiä, jotka eivät sovellu ikääntyville, jätämmekö ikääntyneet palvelujen ulkopuolelle? Saatamme tahattomasti lisätä yksinäisyyttä sen vähentämisen sijasta, Jaana Leikas sanoo. Tutkija muistuttaa, että elämä ei ole vain sitä, että olet terve tai että sairaudet ovat hallinnassa. Hyvinvointiteknologian ohella tarvitaan arkipäivän teknologiaa. Leikas toivoo ikääntyvienkin käyttöön arjen hyvää elämää parantavia, hauskoja ja mielihyvää tuottavia tuotteita. Länsimaissa iäkkäillä ihmisillä on suhteellisen hyvä terveys ja rahaa. He vaativat tulevaisuudessa teknologialta elämänlaadun parantamista. Ikääntyvien määrä lisääntyy, ja yrityksille on nyt annettava apukeinoja suunnitteluun. Työkaluja on jo tarjolla, mutta paljon on vielä kehittämistä. Theseuksen kaltaisia projekteja tarvitaan lisää. Jaana Leikas vinkkaa tuotesuunnittelijoille: muistamista helpottavaa arjen teknologiaa odottelevat muutkin kuin vanhukset. VTT IMPULSSI 9

14 10 VTT IMPULSSI

15 TIETOTEKNIIK ASTA TERVEYTTÄ? Tulevaisuudessa terveydenhuollon on pystyttävä huolehtimaan yhä isommasta määrästä potilaita nykyisillä, ellei jopa vähemmillä resursseilla. Lääkkeitä etsitään kuumeisesti. Yhdessä reseptissä lukee tietotekniikka, mutta sitäkin tärkeämpi on uusi työnjako potilaan hoidossa ja uudenlainen suhtautuminen omaan terveyteen. Teksti Maija-Liisa Ihanus Kuvat Johanna Viljakainen, Valtteri Kantanen, istockphoto VTT IMPULSSI 11

16 Terveyspalvelut ovat kuin moottoritie. Kun uusi tie val mistuu, liikenne lisääntyy. Terveyspalvelujenkaan kysyn nällä ei ole kattoa. Hyviä ja runsaita palveluja käytetään. Sivistysvaltiossa ei voida ajatella, että tarjottaisiin niukasti huonoja palveluja. Väestö ikääntyy, ja terveydenhuollon palveluiden kysyntä kasvaa. Kuntien on pienenevistä verotuloista huolimatta tarjottava asukkailleen nykyistä enemmän palveluja nykyisillä, ehkä jopa pienenevillä resursseilla. Terveyttä pitäisi saada aikaiseksi kustannuksilla, joihin meillä on varaa. Ratkaisuja etsitäänkin useasta suunnasta, ja VTT on mukana etsinnöissä monella eri tavalla. Kaikki mukaan terveystalkoisiin Tietotekniikkaa tarjotaan säännönmukaisesti lääkkeeksi tehostustarpeisiin. Auttaisiko se terveydenhoidossa? Hankkeiden puutteesta Suomea ei ainakaan voi syyttää. Tietotekniikasta muutosagenttina puhutaan paljon. Sen käyttöönotto on kuitenkin kallista, ja kun konkreettiset tulokset ovat antaneet odottaa itseään, kaikki ovat olleet pettyneitä, tutkimusprofessori Niilo Saranummi VTT:stä sanoo. Saranummi on VTT:n ICT for Health -tutkimuskoordinaattori. Aihepiiri on esillä on useassa VTT:n eri yksikössä, ja Saranummi varmistaa, että samaa asiaa pohtivat löytäisivät toisensa paitsi VTT:ssä mieluusti myös sen ulkopuolella. VTT onkin mukana lukuisissa Tekes- ja yrityshankkeissa. Yksi tuoreimpia on FeelGood-hanke, jonka projektipäällikkö Saranummi on. Projekti rakentaa olosuhteita kansalaiskeskeiselle terveydenhuollolle. Kansalainen ei kuitenkaan voi ottaa hänelle luontevasti kuuluvaa, merkittävää roolia oman terveytensä hoitamisessa, ellei hänellä ole siihen työkaluja. FeelGood-hanke kehittääkin niin sanottua terveystaltiota. Siihen itse kukin voi tallentaa terveyteensä liittyvää tietoa eri tavoin, esimerkiksi internetin tai matkapuhelimen avulla. Taltioon kootaan henkilökohtaista terveystietoa, sellaista, jota ei talleteta hoitojärjestelmän ylläpitämiin potilaskertomuksiin. 12 VTT IMPULSSI

17 Kansalaiset tuottavat itse suuren osan kyseisestä tiedosta kuten painon, verenpaineen ja liikuntatietoja. Tarkoitus on, että kun valtakunnallinen terveydenhuollon sähköinen arkisto on toiminnassa, ihmiset voivat myös katsoa sieltä tiettyjä osia omasta potilaskertomuksestaan. Palvelujärjestelmää on tarkoitus kehittää niin, että se loisi liiketoimintaedellytyksiä suomalaisille yrityksille. Yritykset tarvitsevat näyttöä siitä, että terveyttä on mahdollista edistää vähillä resursseilla, Saranummi lisää. Painopiste sairauksien ehkäisyyn Terveydenhuoltojärjestelmämme perustuu akuuttien sairauksien hoitamiseen. Väestön ikääntyminen yhdistettynä elintapa- ja kroonisten sairauksien yleistymiseen vaatisi kuitenkin painopisteen siirtämisen sairauksien ehkäisemiseen sekä ihmisten omaan vastuuseen. Porkkanaksi kaavaillaan erilaisia tekniikoita ja niiden yhdistelmiä, jotka mahdollistaisivat omasta terveydestä huolehtimisen ja keskusteluyhteyden ammattilaisiin, Saranummi sanoo. FeelGoodissa on mukana 27 tahoa yrityksiä, Kela, Sitra, sosiaali- ja terveysministeriö sekä Tekes. Samoin kansalaiset ovat kiinnostuneita ottamaan itse nykyistä aktiivisemman roolin oman terveytensä vaalimisessa. Mutta miksi muutos silti tuntuu niin vaikealta? Hyviä pilottihankkeitakin on ollut, ja niissä on löydetty toimivia käytäntöjä. Mikseivät ne leviä? Muutos on aina vaikeaa. Terveydenhuollossa muutos tarkoittaisi muun muassa nykyisen, kuntien hoitaman perusterveydenhoidon ja sairaanhoitopiireille annetun erikoissairaanhoidon työnjaon uudistamista. Mielestäni tälle jaolle ei ole perusteita. Siitä lähtien kun terveysvastuu siirtyi kuntiin vuonna 1992, kunnat ovat voineet itse päättää toiminnastaan. Tämä merkitsee valtavaa käytäntöjen kirjavuutta, johon puuttuminen Terveydenhuollossa tarvittaisiin isoja rakennemuutoksia, toteaa Niilo Saranummi VTT:stä. Yritykset tarvitsevat näyttöä siitä, että terveyttä voidaan edistää vähillä resursseilla. VTT IMPULSSI 13

18 Jo nyt tekniikka mahdollistaisi omasta terveydestä huolehtimisen ja keskusteluyhteyden ammattilaisiin. tarkoittaisi väistämättä muutosta jollekin osapuolelle, Saranummi selvittää. Terveydenhuollossa muutos on vaikea juttu, sillä asiantuntijat tekevät usein mitä haluavat. Moni terveydenhuollon uudistus on tyssännyt siihen, ettei ammattikuntien perinteisiä rajoja ole haluttu murtaa. Ne, joilla on vastuuta ja valtaa, eivät haluaisi luopua siitä. Kunnillakaan ei ole yhteistä käsitystä siitä, mihin terveydenhoitoa pitäisi kehittää. Teknologiavastaisuutta niissä ei kuitenkaan ole. Sata prosenttia terveyskeskuksistahan käyttää sähköisiä potilastietojärjestelmiä. Mutta nyt ne ovat ja niitä käytetään ainoastaan dokumentointialustana. Niihin on kirjattava tietoa, mutta niistä ei oikein saa mitään. Jos niistä saisi päätöksenteossa auttavaa tietoa, kiinnostus olisi paljon nykyistä suurempi, Saranummi uskoo. Resursseja keskittämällä säästöä ja laatua Siis entistä parempaa tekniikkaa, toimivampaa työnjakoa, potilas mukaan omaan hoitoonsa, apua varhaisesta diagnostiikasta. Niinkö? Nämä ovat kaikki helppoja heittoja. Se, mikä todella auttaisi, olisi tuloksia oikeasti mittaavien mittareiden kehittäminen. Yksi ratkaisu voisivatkin olla yhdysvaltalaisen liiketaloustieteen professori Michael Porterin ehdottamat IPU:t eli integrated practice units, tauteihin perustuvat integroidut yksiköt. Esimerkiksi lonkkaleikkauksiin erikoistunut sairaala on hyvä esimerkki. Mitä enemmän toistoja, sitä paremmiksi asiantuntijat kehittyvät tehtävässään. Tähän perustuu osaamiskeskittymien teho. Resurssikeskittymien syntyminen olisi järkevää. Sopiikin kysyä, miksi Kööpenhaminassa on diabetessairaala mutta Suomessa ei yhtään? Resursseja keskittämällä syntyy säästöjä. Tällaisia ja muitakin liiketalouden oppeja voi Saranummen mielestä hyvin soveltaa terveydenhoitoon. Kaikki tietävät, että jotain pitäisi tehdä. Tarvittaisiin isoja rakennemuutoksia. Tässä on kyse johtamisesta. Tiedolla johtaminen onkin suuri haaste terveydenhuollossa. Monia asioita onkin käynnissä niin hankekuin valtakunnankin tasolla. Tekes esimerkiksi käynnisti vuonna 2008 ohjelman Innovaatiot sosiaali- ja terveyspalvelujärjestelmässä, joka pyrkii vauhdittamaan uusien palvelujen ja niitä tukevien rakenteiden innovointia. 14 VTT IMPULSSI

19 Ymmärtämällä eri sairauksia ennustavia biomarkkereita ymmärrämme entistä paremmin itse sairauksiakin, VTT:n Matej Orešič sanoo. Diagnoosi yhä aiemmin Mitä paremmin sairauksia ymmärretään ja mitä varhaisemmin niitä päästään hoitamaan, sitä tehokkaampaa hoito on. VTT:llä on huippuosaamista metabolomiikassa, joka tuo uutta tietoa useiden sairauksien synnystä ja hoidosta. Jos et ole koskaan kuullut metabolomiikasta, älä sure. Ei ole moni muukaan. Mutta toivottavasti kuulee, varsinkin lääketieteen maailmassa. Tieteenala tarkoittaa pienikokoisten molekyylien eli metaboliittien pitoisuusmittausta soluissa. Ihmisen elimistön metabolomi on yhtä kuin aineenvaihduntatuotteiden kokonaisuus. Monen sairauden synty voidaan nähdä nykyistä huomattavasti aiemmin metabolomiikan keinoin, kun solutason aineenvaihdunnan muutokset saadaan näkyviin Kymmenkunta vuotta sitten vielä harvempi oli kuullut aiheesta. Kun systeemibiologian ja bioinformatiikan professoriksi VTT:hen vuonna 2007 nimitetty Matej Orešič tuli Suomeen kuusi vuotta sitten, hän sananmukaisesti toi metabolomiikan mukanaan Bostonista. Nyt VTT:ssäkin kaksikymmentä koulutustaustaltaan erilaista henkilöä työskentelee sen parissa. Suomi on ehdottomasti yksi maailman johtavia maita metabolomiikassa, varsinkin lääketieteen alueella. Ylipainon ja metabolisen oireyhtymän tutkimusresurssimme ovat erittäin kilpailukykyiset, Orešič sanoo. Biomarkkeri ennustaa riskin Sana biomarkkeri on monelle tutumpi. Biomarkkeri on mikä tahansa elimistöstä eristettävä merkki sairaudesta tai ennuste riskistä. Yli 90 prosenttia biomarkkereista perustuu metaboliitteihin. Tehtävämme täällä VTT:ssä on yrittää löytää markkereita eri osa-alueille ja ymmärtää syvällisesti biologiaa niiden taustalla. Kun ymmärrämme markkereita, ymmärrämme sairauttakin paremmin, Orešič kuvaa. VTT:n systeemibiologian osastolla keskitytään ylipainoon, metaboliseen oireyhtymään, ykköstyypin diabetekseen, skitsofreniaan, Alzheimerin tautiin ja rintasyöpään. Tyypin I diabeteksen aikainen markkeri on jo patentoitukin, ja muidenkin tutkimisessa ollaan pitkällä. Rintasyövästäkin voi olla luvassa mielenkiintoisia tuloksia. Tähän saakka metabolomiikkaa ei ole juurikaan hyödynnetty rintasyövän synnyn tutkimisessa, Orešič huomauttaa. Metabolomiikan käyttö on kallista. Yksi instrumentti voi maksaa euroa. VTT IMPULSSI 15

20 Biomarkkereiden käytöstä olisi hyvä olla pelisäännöt olemassa. VTT:ssä analysoitavista näytteistä pyritään löytämään uusia biomarkkereita, joita voitaisiin myöhemmin mahdollisesti hyödyntää rutiininomaisesti terveydenhuollossa, aivan kuten nykyisin tutkitaan veren kolesterolipitoisuuksia. VTT on ymmärtänyt tämän tutkimusalueen merkityksen ja investoinut siihen. Meillä on myös paljon EU- ja Euroopan-tasoisia projekteja. Orešičin mukaan ykköstyypin diabeteksessa ja syövässä ollaan jo lähellä tilannetta, että näytteitä voitaisiin tutkia tehokkaasti siihen keskittyneessä laboratoriossa. Itse haluaisin tietää markkereista. On ymmärrettävä, että riski sairastua ja absoluuttinen varmuus sairastumisesta eivät ole sama asia. Jonkin tietyn sairauden biomarkkeri on henkilökohtaista informaatiota, johon voidaan reagoida, esimerkiksi estää sairautta puhkeamasta tai hoitaa sitä. Vakuutusyhtiöiden käyttämä, statistiikkaan perustuva logiikka voi olla ristiriidassa henkilökohtaisten biomarkkereiden hyödyntämisen kanssa. Joka tapauksessa markkereiden käytöstä olisi hyvä olla pelisäännöt olemassa, Orešič sanoo. Varhainen tieto ohjaamaan päätöksiä Jos sairauksien ennustavat merkit saataisiin esille yhä aiemmin, tiedon avulla voitaisiin ohjata päätöksiä terveydenhuollossa, esimerkiksi antaa ehkäisevää terapiaa tai pohtia, millaista hoitoa kannattaa harkita ja tarjota. Näin säästettäisiin rahaa ja resursseja. Mutta kuka tietoa lisää, se tuskaa lisää Haluavatko kaikki tietää, mitä kaikkia sairauksien riskejä kantavat elimistössään? Eettinen aspekti on tällä tutkimusalueella aina läsnä. Halutaanko esimerkiksi kertoa vanhemmille, että lapsenne saa vakavan sairauden, ellei meillä ole tarjota samalla hoitoa? Ei voi vain ennustaa kertomatta samalla, mitä voi tehdä, Orešič huomauttaa. VTT keskittyy työssään metabolomiikan ja systeemibiologian mahdollistamaan sairauksien ennaltaehkäisyyn. Siksi teemme kliinikoiden kanssa tiivistä yhteistyötä. Metaboliset markkerit kertovat tarkasti sanomansa ja ovat lähellä varsinaista sairautta, eli niillä on valtava todistusvoima. Mutta mitä varhaisten merkkien tutkiminen merkitsisi vaikkapa vakuutusalalla? Saisivatko ihmiset, joista on löydetty tietyn sairauden riskitekijöitä, vakuutuksen? 16 VTT IMPULSSI

21 TIEDE JA TULEVAISUUS VTT:n osaaminen konkretisoituu tuotteessa, liiketoimintakonseptissa tai kokonaisratkaisuissa. Kaiken perusta on kuitenkin tutkimustyö, jolla suunnataan tulevaisuuteen. Energiatehokkaat ratkaisut ovat tulevaisuuden ratkaisuja. Sivut 18 42

22 TIEDE TIEDE JA TULEVAISUUS JA TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT Teksti: Merja Penttilä Mikrobeissa on tulevaisuus Solutehtaat tuottavat polttoainetta ja kemikaaleja uusiutuvista luonnonvaroista. Kasviperäinen biomassa kestävä teollinen raaka-aine Elävissä soluissa esiintyvien biokemiallisten reaktioiden määrä on lähes rajaton. Niitä hyödyntämällä voidaan tuottaa monenlaisia ihmisille tarpeellisia yhdisteitä: polttoaineita, kemikaaleja ja materiaaleja. Mikrobisolut kykenevät käyttämään tehokkaasti yksinkertaisia sokereita ravintonaan. Näitä sokeriliuoksia mikrobit käyttävät hiilen lähteenä myös solutason muunnosreaktioissa, joiden tuloksena ne tuottavat bioetanolin ja orgaanisten happojen kaltaisia kemikaaleja. Orgaanisista hapoista voidaan edelleen valmistaa biomuoveja kemiallisilla polymerisaatioreaktioilla. Monet kasvimateriaalit ja -jätteet sisältävät runsaasti bioteknisten käymisprosessien perustaksi soveltuvaa sokeria. Kasviperäinen biomassa on uusiutuva luonnonvara. Edullisen hiilidioksiditaseensa ansiosta sitä voidaan käyttää bioteknologiaan perustuvan, kestävän teollisuustuotannon raaka-aineena. VTT on maailman johtavia biotekniikan menetelmien kehittäjiä. VTT kehittää erityisesti menetelmiä, jotka mahdollistavat biomassan sokereiden hyödyntämisen biopolttoaineiden ja peruskemikaalien tuotannossa. Työssä käy- Energiakasvit Maatalousjäte glukoosi Yhdyskuntajäte Metsäfraktiot ksyloosi arabinoosi Lingoselluloosa Elintarvikejäte galakturonihappo Halpa raaka-aine muuttuu solun aineenvaihdunnassa hyödylliseksi tuotteeksi Mikrobi Biomuovien lähtöaineet Voihappojohdannaiset -> PHB Maitohappo -> PLA 1,3-propaanidioli -> polyesterit Sukkinaatti ym. Biopolttoaineet Bioetanoli Biodiesel Biobutanoli Erikoiskemikaalit Ksylitoli Lääkeaineet Aminohapot Elintarvikeyhdisteet PUFA, karotenoidit Kuva 1. Mikrobit voivat valmistaa biomassan sisältämistä sokereista monia eri tuotteita: biopolttoaineita, biomuovien lähtöaineita ja erikoiskemikaaleja. 18 VTT IMPULSSI

23 Esimerkkejä perinteisestä teollisesta biotekniikasta ovat etanolin tuotannon lisäksi oluen ja viinin valmistus hiivan avulla. tetään ennen kaikkea eukaryoottisia mikrobeja, hiivoja ja homeita. Työ perustuu vahvaan asiantuntemukseen näiden mikrobien metaboliamuokkauksesta ja tuotantofysiologiasta sekä tehokkaiden käymisprosessien kehittämiseen. Suomen Akatemia on valinnut VTT:n Valkoisen biotekniikan Vihreän kemian tutkimuskokonaisuuden Suomen tieteen huippuyksiköksi vuosiksi Tutkimuksessa etsitään ennen kaikkea uudenlaisia tapoja tuottaa mikrobien avulla erikoismateriaaleja uusiutuvista raaka-aineista. Maailma on uusien haasteiden edessä. Yksi suurimmista haasteista liittyy energian, kemikaalien ja materiaalien tuotannon riippuvuuteen fossiilisista raaka-aineista, erityisesti öljystä. Riippuvuutta on vähennettävä, koska öljyvarat loppuvat jossakin vaiheessa. Lisäksi niistä ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin nettomäärän jatkuva kasvu nopeuttaa ilmaston lämpenemistä. Uusiutuvaa luonnonvaraa eli kasvimateriaalia käytettäessä saavutetaan verrattain neutraali (suljettu) hiilidioksidikierto, koska ilmakehään vapautuva hiilidioksidi sitoutuu fotosynteesissä auringon valon vaikutuksesta takaisin kasvien biomassaan. Energian säästäminen ja kulutustottumusten niukentaminen ovat itsestään selviä keinoja taistelussa ilmastonmuutosta vastaan. Lisäksi on erittäin tärkeää kehittää uutta teknologiaa, joka ei ole riippuvaista öljyvarannoista ja jolla saavutetaan pitkäaikainen ja uusiutuvien raaka-aineiden käyttöön perustuva kestävä ratkaisu. Teollisessa tuotannossa on myös minimoitava kaikkien raaka-aineiden käyttö, käytettävä saastuttamattomia teollisia prosesseja sekä kierrätettävä jätemateriaalit ja prosessien sivutuotteet. Kasvimateriaali mikrobituotannon raaka-aine Suuri osa (45 80 prosenttia) kasvien biomassasta koostuu selluloosasta ja hemiselluloosasta, jotka ovat maapallon yleisimpiä orgaanisen hiilen lähteitä. Nämä kasvipolymeerit puoles- taan koostuvat sokereista: heksooseihin (C6) kuuluvista D-glukoosista, D-mannoosista ja D-galaktoosista ja pentooseihin (C5) lukeutuvista D-ksyloosista ja L-arabinoosista. Kasviperäinen biomassa on erinomainen raaka-aine bioteknistä tuotantoa varten, koska sokereita voidaan käyttää kasvualustana mikrobiologisissa käymisprosesseissa. Klassinen esimerkki tällaisista prosesseista on alkoholijuomien ja teknisen etanolin valmistaminen viljaperäisestä tärkkelyksestä, joka koostuu glukoosista. Koska tärkkelys on tärkeä ravintoaine, polttoaineiden ja kemikaalien tuotannossa suunnitellaan käytettäväksi niin kutsuttuja toisen sukupolven raaka-aineita, jotka koostuvat selluloosasta ja hemiselluloosasta. Monet perinteisesti hyödyntämättä jääneet maatalousjätteet, kuten viljakasvien korret ja muut kuituosat, ovat hyviä selluloosan ja hemiselluloosan lähteitä. Tähän käyttöön sopivat myös elintarviketeollisuuden sivutuotteina syntyvät jätteet, esimerkiksi sokeriruo on ja -juurikkaan puristusjäte ja hedelmien käsittelyssä syntyneet jätteet sekä mahdollisesti jotkin sellu- ja paperiteollisuuden sivuvirrat. Kuva 2. Kasvien pääasialliset rakenneaineet Lehtipuut Havupuut Yksivuotiset kasvit Selluloosa % % % Hemiselluloosa Ksylaani % 5 10 % % lukomannaani 2 5 % % 1 2 % Ligniini % % % Proteiini < 1 % < 1 % 1 5 % Pektiinit vaihtelee Uuteaineet vaihtelee VTT IMPULSSI 19

24 TIEDE JA TULEVAISUUS Erityisen tarkan tutkimuksen kohteina ovat energiakasvit (esimerkiksi ruokohelpi ja sokerihirssi), joita voidaan kasvattaa ruokakasvien viljelyyn soveltumattomilla alueilla. Runsaasti selluloosaa ja hemiselluloosaa sisältäviä lignoselluloosapitoisia kasvimateriaaleja on kuitenkin vaikeampaa hajottaa monomeerisiksi sokereiksi kuin ensimmäisen sukupolven biomassoihin lukeutuvaa tärkkelystä. Maailmalla ja VTT:llä on kuitenkin otettu merkittäviä teknisiä edistysaskelia toisen sukupolven biomassojen, lignoselluloosan, hajottamisessa sokereiksi. Tämän kehityksen ennakoidaan tulevaisuudessa mahdollistavan polttoaineiden ja kemikaalien teknisesti ja taloudellisesti tehokkaan tuotannon. rien tuotannon. Biomassapohjaisia yhdisteitä käyttämällä saatetaan pystyä tuottamaan jopa uudenlaisia ja ominaisuuksiltaan entistä parempia materiaaleja, joiden valmistaminen petrokemiallisista raaka-aineista ei ole mahdollista tai kannattavaa. Kilpailukykyiset tuotantokustannukset Uusiutuvista luonnonvaroista eli biomassasokereista valmistettujen polymeerien menestyminen markkinoilla edellyttää kuitenkin, että niiden valmistus on hinnaltaan kilpailukykyistä tai niillä on hyödyllisiä ominaisuuksia nykyisin tarjolla oleviin tuotteisiin verrattuna. Fossiilisten energianlähteiden käytön ja hiilidioksidipäästöjen vähentämistä koskevien poliittisten vaatimusten odotetaan tulevaisuudessa suosivan biopolttoaineiden lisäksi kaikkia muitakin biopohjaisia tuotteita. Biopolttoaineita koskevat määräykset määrittävät nestemäisten biopolttoaineiden laatukriteerit ja esimerkiksi bioetanolin ja biodieselin suhteellisen osuuden liikennepolttoaineista. Nämä määräykset ovat ohjanneet teknistä kehitystä kohti kustannustehokasta toisen sukupolven biopolttoainetuotantoa, jossa esimerkiksi Bioteknisten tuotteiden tuotanto ja markkinahinnat Bioteknisiä tuotteita Fermentaatio biotekniikan perusta Ihminen on jo pitkään käyttänyt hyväkseen teollista biotekniikkaa, jota kutsutaan myös valkoiseksi biotekniikaksi. Perinteisiä esimerkkejä teollisen biotekniikan käytöstä ovat etanolin tuotannon lisäksi oluen ja viinin valmistus hiivan avulla sekä homeiden hyödyntäminen sitruunahapon, antibioottien ja teollisuusentsyymien valmistuksessa. Mikrobien käytöllä suuren mittakaavan bioteknisissä tuotantoprosesseissa on siis pitkä historia. Tuotantomäärät saattavat olla hyvin suuria. Hyvä esimerkki tästä on etanolin valmistus, jossa käytetään miljoonien litrojen vetoisia fermentoreja eli käymisastioita. Nykyisten valmistustekniikoiden pohjalta voidaan kehittää uusia tekniikoita, joiden avulla voidaan valmistaa muitakin peruskemikaaleja mikrobiologisen käymisen kautta. Yhdysvaltain energiaministeriö on laatinut raportin eniten lisäarvoa tuottavista kemikaaleista, joita voitaisiin valmistaa biomassojen sokereista mikrobifermentaatiolla. Näitä peruskemikaaleja voidaan käyttää lähtömateriaaleina erilaisissa kemiallisissa jatkosynteeseissä sekä materiaalien tuotannossa. Ne soveltuvat öljypohjaisten petrokemikaalien tavoin lukemattomiin teollisiin käyttötarkoituksiin. Tällaisia peruskemikaaleja ovat esimerkiksi karboksyylihapot sukkinaatti, fumaraatti ja malaatti, 3-hydroksipropionaatti, maitohappo ja polyolit ksylitoli ja arabitoli. Monet niistä soveltuvat lähtöaineiksi tärkeiden materiaalien polyesterien, polyamidien ja polyuretaanien synteesiin. Täten ne mahdollistavat nykyiset öljypohjaiset muovit korvaavien biopolymee- Maailmanlaajuinen tuotanto (tonnia/vuosi) Markkinahinta (euroa/kg) Bioetanoli > ,40 L-glutamiinihappo (MSG) ,50 Sitruunahappo ,80 L-lysiini Maitohappo C-vitamiini Glukoonihappo ,50 Antibiootit (yleiset) Antibiootit (erikoiset) Ksantaani L-hydroksyylifenyylialaniini Dekstraani B12-vitamiini Soetaert ja Vandamme 2006 Kuva 3. Esimerkkejä biotekniikan avulla mikrobeilla perinteisesti valmistetuista tuotteista. 20 VTT IMPULSSI

25 File: Merja Penttilä Tutkimusprofessori, filosofian tohtori Merja Penttilä on toiminut VTT:llä biotekniikan tutkimusprofessorina vuodesta Hänellä on noin 160 alkuperäistä tieteellistä yhteisjulkaisua, noin 60 muuta julkaisua, ja hän on keksijänä yli 50 patenttiperheessä. Penttilällä on erittäin laaja kansainvälinen yhteistyöverkosto. Hän muun muassa koordinoi EU-projektia NEMO, jonka tavoitteena on kehittää uusia entsyymejä ja mikro-organismeja toisen sukupolven bioetanolin valmistamiseksi. Merja Penttilä on myös Suomen Valkoisen biotekniikan Vihreän kemian tieteen huippuyksikön johtaja bioetanolia pyritään valmistamaan lignoselluloosapitoisesta kasvimateriaalista eikä ensimmäisen sukupolven tärkkelyspohjaisesta bioetanolista. Kehitteillä olevat tekniikat mahdollistavat lignoselluloosapitoisen kasvibiomassan tehokkaan hajotuksen käymiseen soveltuviksi sokereiksi. Tätä sokerinlähdettä voitaisiin käyttää polttoaineiden ohella myös muiden tuotteiden valmistamiseen mikrobikäymisen avulla. Tällöin samassa tuotantolaitoksessa voitaisiin valmistaa samoja raaka-aineita ja pääosin samoja käymistekniikoita käyttäen entistä useampia tuotteita. Edellytyksenä on, että kunkin tuotteen tuotantoa varten on kehitetty tehokkaat tuottomikrobit. Näistä muista tuotteista saatetaan saada enemmän lisäarvoa kuin bioetanolin tuotannosta, joten niitä valmistamalla biojalostamot voivat vahvistaa talouttaan. Tulevaisuudessa biojalostamojen toimintamalli perustuu monipuoliseen tuotevalikoimaan ja kasvimateriaalin kokonaisvaltaiseen hyödyntämiseen. Esimerkiksi elintarvikkeiden tai paperin tuotanto voidaan yhdistää sähkön, rehun, liikennepolttoaineiden ja/tai perus- tai erikoiskemikaalien valmistukseen ja vähentää jalostamattoman raaka-aineen määrä minimiin. Yhdysvaltain kemianteollisuus on laatinut vuoteen 2020 ulottuvan vision ja arvion teknologian kehitystarpeista. Tämän mukaan vuoteen 2020 mennessä 20 prosenttia kaikista kemikaaleista ja materiaaleista valmistetaan uusiutuvista luonnonvaroista. Nykyisin luku on noin viisi prosenttia. Vastaavan kehityskartan on laatinut myös Euroopan kemianteollisuus. Kehityskartan laatimisen yhteydessä selvitettiin kattavasti, minkälaista tekniikkaa tulevaisuuden bioyhteiskunnan toteuttaminen edellyttää. Monet selvityksessä määritetyt kehitystarpeet on huomioitu EU:n seitsemännen puiteohjelman tutkimusohjelmassa. Teollista biotekniikkaa pidetään kestävän teollisuustuotannon kehittämisen kannalta yhtenä merkittävimpänä tekniikan alueena. Tutkimusta 1970-luvulta lähtien VTT aloitti alan tutkimuksen jo 1970-luvun öljykriisin aikoihin. Tällöin syntyi perusymmärrys siitä, miten homeiden tuottamien entsyymien avulla voidaan pilkkoa selluloosaa sokeriksi. Tämä tutkimuslinja on jatkunut vahvana. Nykyisin VTT:llä tutkitaan lukuisia lignoselluloosan muokkauksessa ja hydrolyysissä tarvittavia entsyymejä. Viime aikoina tutkijat ovat keskittyneet erityisesti etsimään optimaalisia seoksia erilaisten biomassojen hydrolyyseihin. Entistä tehokkaampia entsyymejä kehitetään myös käyttäen hyväksi entsyymien rakennetietoa ja proteiinien muokkaustekniikoita luvulta lähtien VTT on tutkinut ja kehittänyt Trichoderma reesei -hometta, joka on entsyymien tuotantoon käytettävä mikrobi. Kehitystyön tuloksena on muun muassa opittu ymmärtämään tuottavuuden kannalta tärkeitä solu- ja molekyylitason tekijöitä. Trichoderma-rihmasientä voidaan nykyään hyvällä syyllä pitää yhtenä biojalostamoiden kannalta tärkeimmistä organismeista, sillä sen avulla tuotetaan tehokkaimmat kaupalliset entsyymiseokset, joita käytetään biomassojen hydrolysoimiseen käymiskykyisiksi sokereiksi. Trichoderma-homeen tärkeyden on tunnustanut myös Yhdysvaltain energiaministeriö, joka rahoitti sen geenijärjestyksen selvitystyön (julkaistu vuonna 2003). Toinen erittäin tärkeä teollisessa biotekniikassa ja tulevaisuuden biojalostamoissa käytettävä isäntäorganismi on leipomohiiva Saccharomyces cerevisiae. Tällä mikrobilla tuotetaan etanolia suurimittaisissa tuotantolaitoksissa, ja sillä on monia prosessin kannalta hyödyllisiä ominaisuuksia. VTT:n biotekninen tutkimus keskittyi aluksi panimoteollisuuteen. Entsyymitekniikan ohella käymisprosessien tutkimus on siis jo varhaisesta vaiheesta muodostanut toisen vahvan teollisen biotekniikan tutkimus- ja osaamisalueen VTT:llä. Hiivan molekyylibiologisessa tutkimuksessa keskityttiin jo 1980-luvulla sellulaasientsyymien tuottamiseen hiivassa. Tavoitteena oli tehostaa raaka-aineen hydrolyysia käymisprosessin aikana. Mahdollisia prosessivaihtoehtoja biojalostamoihin ovat esimerkiksi niin kutsuttu samanaikainen hydrolyysi ja fermentaatio (SSF-konsepti) sekä yhdistetty bioprosessointi (CBP, consolidated bioprocessing). Menetelmät ovat tehneet tästä tavoitteesta jälleen erittäin ajankohtaisen. Sittemmin VTT:llä on hyödynnetty monia eri hiivalajeja proteiinien ja kemiallisten yhdisteiden bioteknisessä tuotannossa. Joillakin vähän tutkituilla lajeilla saattaa olla prosessin kannalta suotuisia ominaisuuksia, kuten VTT IMPULSSI 21