Bioteknologia 2020 -hyvinvointia suomalaisille Linjaukset bioinnovaatioiden hyödyntämiseksi 1
Sisällysluettelo 1. Johdanto 1.1 Visio 2020 1.2 Bioteknologian määritelmä ja bioteollisuus 2.Osaaminen antaa hyvän lähtökohdan 2.1 Bioteknologian hyödyntäminen suomalaisessa yritystoiminnassa 2.2 Tutkimuksen verkosto ja rahoitus 3. Bioteknologia vastaa kuluttajien tarpeisiin ja globaaleihin ongelmiin 3.1 Ympäristön sietokyvyn rajat ovat tulleet vastaan 3.2 Energian ja raaka-aineiden riittävyys on ongelma 3.3 Terveys ja hyvinvointi ohjaavat valintoja 4. Tulevaisuuden tärkeät sovellusalueet 4.1 Vesien käyttö ja puhdistaminen 4.2 Maaperän puhdistus ja ennallistaminen 4.3 Jätteiden ja sivutuotteiden käsittely 4.4 Uudet biomassan lähteet 4.5 Biomassojen uudet käyttösovellukset biojalostamoissa 4.6 Bioenergian tuotanto 4.7 Terveellinen ravitsemus 4.8 Yksilöllinen ennaltaehkäisy, diagnostiikka ja hoito 4.9 Tutkimuksesta palveluliiketoimintaa 5. Toimintaympäristö tukee valittujen sovellusalueiden kehitystä 5.1 Kansainvälinen vertailu eri maiden toimintaympäristöistä 5.2 Toimintaympäristöjen kustannuskilpailukyky eri maissa 5.3 Tunnettuus ja hyväksyntä (kansalaisten silmissä) 5.4 Poliittiset tavoitteet ja sääntely 5.5 Osaaminen 5.6 Osaamisen hyödyntäminen 5.7 Julkinen ja yksityinen rahoitusympäristö 6. Liitteet 6.1 Ohjausryhmän kokoonpano ja sihteeristö 2
1. Johdanto Kauppa- ja teollisuusministeriö asetti 13.4.2007 laaja-alaisen ohjausryhmän johtamaan bioteknologiastrategian valmistelua. Ohjausryhmässä oli edustettuina yrityksiä, ministeriöitä ja eri organisaatioita (ohjausryhmän kokoonpano liite 1). Työn tavoitteeksi: asetettiin tunnistaa ne vahvuudet, joilla Suomen innovaatiojärjestelmä saadaan parhaiten tukemaan bioteknologian kehitystä ja käyttöönottoa. Strategialla pyritään myös siihen, että bioteknologian mahdollisuudet tarjota ratkaisuja politiikan eri alueiden tavoitteiden saavuttamisessa tullaan käyttämään täysimittaisesti hyväksi. Laaja-alaisen tarkastelun tavoitteena on varmistaa, että kaikki lupaavat kehitys- ja sovellusalueet tulevat huomioiduiksi. Samalla tulee virittää koko Suomen järjestelmää siihen, että innovaatiopolitiikka tukee koko pitkää kehitysprosessia tutkimuksesta kehitykseen, tuotteiden saattamiseen markkinoille ja niiden käyttäjien tarpeista lähtevään bioteknologian ratkaisujen hyödyntämiseen. Bioteknologia 2020 hyvinvointia suomalaisille antaa suuntaviivat bioteknologian hyödyntämiselle sekä kotimaassa että kansainvälisillä markkinoilla. Useille eri osa-alueille tehtyjä selvityksiä ja strategioita hyödynnettiin työn pohjana. Tavoitteena oli käsitellä laajasti kaikkia biotekniikkaa hyödyntäviä alueita ja valita ne, joista uskotaan syntyvän teollisia sovelluksia ja uutta liiketoimintaa. Linjaukset on tehty melko lyhyelle aikajänteelle - vuoteen 2020. Ajatuksena on hyödyntää ja kehittää nykyisiä vahvuuksia uuden luomisen pohjana poikkitieteellisesti. Linjausten pohjaksi tehtiin SWOT-analyysit laajasti sekä tutkimuksen, että yritysten näkökulmista kaikilta bioteknologiaa hyödyntäviltä toimialoilta. Analyysien laatimiseen osallistuivat alan asiantuntijat, tutkimusorganisaatiot ja yritysten asiantuntijat sekä ohjausryhmän jäsenet taustaorganisaatioineen. Bioteknologia on liitetty viime vuosien ajan lähes kokonaan lääkekehitykseen ja geeniteknologiaan. Bioteknologia 2020-linjauksissa laajennetaan sovellusalueita ja valitaan kolme hyödyntämisaluetta, joissa jokaisessa on erittäin laajat kansainväliset liiketoiminnan mahdollisuudet. Suomi toimii näiden sovellusten koe- ja kotimarkkinana, jolloin luodaan hyvinvointia myös kansallisesti. Bioteknologian monialaisuus luo mahdollisuuksia Bioteknologiaa voidaan soveltaa monilla alueilla, se on yksi teknologia muiden joukossa (kuva1). Bioteknologiset sovellukset ovat merkittävässä osassa etsittäessä vastauksia aikamme keskeisiin ongelmiin. Bioteknologian yhdistäminen muiden teknologioiden kanssa luo tulevaisuudessa uusia mielenkiintoisia mahdollisuuksia. Biotekniikkaa on perinteisesti hyödynnetty mm. elintarviketeollisuudessa, kasvin- ja eläinjalostuksessa sekä jätevesien puhdistuksessa, joissa Suomi on ollut edelläkävijä. Modernin biotekniikan hyödyt ovat lääketeollisuudessa, diagnostiikassa, biomateriaaleissa ja uusilla alueilla kuten kemikaaliteollisuudessa ja ympäristösovelluksissa. Biomassaa jalostetaan suoraan myös hyödykkeiksi, esimerkiksi liikenteen polttoaineiksi. 3
BIOPROSESSIT Biokatalyysi Materiaalit Lääketieteelliset biomateriaalit Raaka-aineiden muokkaus Biohajoavat materiaalit Lääketiede Lääkkeet Rokotteet Diagnostiikka ja bioanalytiikka Uudet hoitomuodot Fermentointi Ympäristö Biojätteiden käsittely Biopolttoaineet Puhdistusteknologiat Metsäteollisuus Biosaostumien hallinta Kuitujen modifiointi Selluloosan valkaisu Jätevesien käsittely BIOTEKNOLOGIAN SOVELLUSALUEET Maatalous Kasvi- ja eläinjalostus Eläinten terveys Rehut Elintarviketeollisuus Perinteiset elintarvikkeet Terveysvaikutteiset elintarvikkeet Elintarvikeanalytiikka Ainesosat Kemikaalien tuotanto Mikrobituotanto BIOPROSESSIT Entsyymien tuotanto Kuva 1. Bioteknologian laajat sovellusalueet eri toimialoilla Vaikka soveltavan tutkimuksen ja akateemisen perustutkimuksen luonne on yleensä toisistaan poikkeava, on biotekniikan alueiden perustutkimus on usein sovelluslähtöistä. Tästä huolimatta haasteena on suomalaisen innovaatiotoiminnan tukeminen ja koordinointi niin, että pystytään kehittämään kaupallistettavia tuotteita samalla kuitenkin turvaten akateemisen tutkimuksen vapaus. Korkeakoulujen ja yritysten välissä toimiva teknologian ja tiedon siirto sekä sen tehokkuus on ratkaisevan tärkeää. Panostuksia on kohdennettava -valitut sovellusalueet Lupaavimpien bioteknologian sovellusalueiden valinnassa on yhdistetty suomalaisten kannalta tärkeät kansalliset ja globaalit haasteet, joiden ratkaisemiseen tarvitaan uusia innovaatioita. Mahdollisuuksia on arvioitu osaamisen, sovellusten ja kaupallistamisen näkökulmista. Kuluttajien ja markkinoiden tarpeista johdetuiksi sovellusalueiksi on tunnistettu ympäristön tila, biomassojen hyödyntäminen sekä hyvinvointi ja terveys yhdistettynä turvallisuuteen. Kullekin näistä sovellusalueista on identifioitu vielä kolme lupaavinta kehitysaluetta bioteknologian hyödyntämisen näkökulmasta. Bioprosessit, diagnostiikka ja bioanalytiikka sekä laskennallisten tieteiden menetelmät kuten bioinformatiikka tukevat kaikkia näitä valittuja sovellusalueita ja niiden kehittäminen luo uutta poikkitieteellistä osaamista (taulukko 1: Valitut bioteknologiastrategian sovellusalueet). 4
Kuluttajalähtöiset mega-trendit sovellusten pohjana Ympäristön tila Ympäristön sietokyvyn rajat ymmärretään. Saastuminen (Itämeri, maaperä, jätemäärät) edellyttää toimenpiteitä Kuluttaja odottaa ympäristöarvojen noudattamista yritystoiminnassa ja tekee ostopäätöksiä sen perusteella Kestävä kehitys otetaan huomioon säädösvalmisteluissa Biomassojen hyödyntäminen Uusiutumattomia energiavaroja korvaavia biomassalähteitä ja niiden hyödyntämiseen sopivia teknologioita on löydyttävä Uusiutuvien energiaraakaaineiden riittävä saatavuus voi olla ongelma Hyvinvointi ja terveys Hyvinvointiin liittyvien tuotteiden kysyntä lisääntyy Kuluttajan valintoja ohjaavat turvallisuus-, terveys- ja ympäristönäkökulmat Ikääntyvät ovat kasvava, ostovoimainen ryhmä Terveyden- ja palvelutuotteiden tarve kasvaa Lupaavimmat bioteknologian sovellusalueet liiketoiminnan pohjaksi Vesien käyttö ja puhdistaminen (Itämeri) Maaperän puhdistus ja ennallistaminen Jätteiden ja sivutuotteiden käsittely Uudet biomassalähteet Geeniteknologian hyödyntäminen Biomassojen (eri osien)uudet käyttösovellukset biojalostamoissa Bioteknologia bioenergian tuotannon tehokkuuden parantajana Terveellinen ja turvallinen ravitsemus Yksilöllinen ennaltaehkäisy, diagnostiikka ja hoito Hyvinvointiin liittyvä (tutkimuksen ja kehityksen) palveluliiketoiminta Läpileikkaavat bioteknologiamenetelmät Bioprosessiteknologian (entsyymi- ja mikrobituotanto) ja diagnostiikan ja bioanalytiikan menetelmien uudet sovellukset kaikilla valituilla alueilla Toimintaympäristö tukee sovellusalueiden kehitystä Bioteknologian imagon ja tunnettuuden vahvistaminen - Viestinnän eri tasot Lainsäädännön ennakoitavuus ja läpinäkyvyys Valittujen sovellusalueiden koordinointia tehostetaan yli eri hallinnon alojen Eri toimijoiden välinen yhteistyö (tutkimus ja yritykset) tehostuu ja esteet poistetaan (teknologian ja tiedon siirto) Alan osaaminen ja koulutus vahvistuu poikkitieleelliseksi ja kansainväliseksi Julkinen ja yksityinen rahoitus tukevat toisiaan - Julkinen sektori asiakkaana ja pääomasijoittajana Taulukko 1: Valitut bioteknologiastrategian sovellusalueet 5
Suomen toimintaympäristö maailman parhaita? Kansainvälisten vertailujen mukaan yritysten toimintaympäristö on Suomessa maailman parhaita. Siitä huolimatta osaamisen hyödyntäminen ei ole riittävän tehokasta, eivätkä bioalan yritykset ole menestyneet odotetusti. Suurimmat panostukset on ohjattu terveydenhuollon sovelluksiin kuten lääkekehitykseen ja muut sovellusalueet ovat jääneet vähemmälle. Valituille sovellusalueille on tehty joukko suosituksia, jotka ohjausryhmä katsoi parantavan niiden tehokkaampaa hyödyntämistä ja kaupallistamista. Tavoitteena on yleisten toimintaympäristöä koskevien suositusten avulla mahdollistaa, että bioteknologia tarjoaa merkittäviä ratkaisuja valituilla sovellusalueilla vuonna 2020. Kaikilla sovellusaloilla yhteisiä, painotettavia alueita ovat: - kohdentaminen: Tutkimusta ja rahoitusta on koordinoitava nykyistä tehokkaammin keskittämällä hajanaista toimintaa. - yhteistyö ja poikkitieteellisyys: Bioteknologia-ala tarvitsee poikkitieteellisyyttä, yhteistyötä ja verkottumista alan sisällä ja muiden alojen kanssa. - käyttäjätarpeet: Tuotteiden ja palvelujen kehittämisen on lähdettävä todellisista tarpeista. - teknologian ja tiedon siirto: Tutkimustiedon hyödyntämistä yrityksissä on edesautettava tehokkaalla teknologian ja tiedon siirrolla Osaamista hyödynnettävä Biotekniikkaa hyödynnetään Suomessa laajasti. Erityisesti elintarviketeollisuudessa bioteknisillä valmistusmenetelmillä on vahvat perinteet jo 1900-luvun alkupuolelta. Lääketieteelliset sovellukset ovat viime vuosina saaneet kuitenkin eniten huomiota. 1980-luvulla alkanut määrätietoinen panostus moderniin bioteknologiaan on synnyttänyt huippuluokan osaamista, jota on mahdollista hyödyntää entistä kohdennetummin. Teollisen biotekniikan rooli on vahvistunut etenkin kemianteollisuudessa. Bioteknologian avulla saadaan aikaan kustannustehokkuutta, parempaa laatua ja innovatiivisia tuotteita. Yksi tunnetuimmista viime vuosien esimerkeistä on nikkelikaivos, jossa koko liiketoiminta on rakentunut edullisen ja ympäristöystävällisen bioliuotustekniikan varaan. Panostukset eivät ole tuottaneet 2000-luvulla odotetusti. Uusia yrityksiä ei ole perustettu entiseen tahtiin, eikä yritysten kasvu ole ollut odotettua. Osaaminen ei ole siitä huolimatta kadonnut, vaan sitä voidaan hyödyntää toimialojen yli poikkitieteellisesti ja kohdennetusti valituilla alueilla. Rajaukset harkittuja Bioteknologia-linjausten valmistelussa tehtiin selkeitä rajauksia. Parhaillaan on käynnissä useita merkittäviä innovaatio-, tutkimus- ja korkeakoulupolitiikan uudistuksia, jotka vaikuttavat bioalan toimintaympäristöön. Kehitettävien alueiden valinnassa on otettu huomioon, että rajallisilla resursseilla on mahdotonta saavuttaa ja ylläpitää huippuosaamista monilla alueilla. Myös tiede- ja teknologianeuvoston (nyk. tutkimus- ja 6
innovaationeuvosto) linjauksessa 2008 korostetaan, että pääperiaatteena on koulutus-, tiede- ja innovaatiopolitiikan ja innovaatiojärjestelmän koordinoitu kehittäminen nykyisiä vahvuuksia vaalien. 1.1 Visio 2020 Bioteknologiaa hyödynnetään terveys-, hyvinvointi-, energia- ja ympäristöhaasteiden ratkaisemisessa. Yritykset menestyvät ja kasvavat Suomessa sekä kansainvälisillä markkinoilla tukeutuen korkeatasoiseen tutkimus- ja liiketoimintaympäristöön. Uusia tuotteita, palveluja ja toimintatapoja otetaan aktiivisesti käyttöön. 1.2 Bioteknologian määritelmä OECD:n määritelmän 1 mukaan bioteknologia on tieteen ja teknologian soveltamista eläviin eliöihin tai niiden osiin, tuotteisiin ja malleihin tarkoituksena muuttaa eläviä tai elottomia aineksia tiedon, tavaroiden ja palvelujen tuottamista varten. 1 The application of science and technology to living organisms, as well as parts, products and models thereof, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services. 7
2. Osaaminen antaa hyvän lähtökohdan Elintarvikkeet Rehuteollisuus Lääketeollisuus Eläinlääkintä *GTU-teknol. mm. rokote Kasvinjalostus Parkinsonin tauti Interferoni Biohajoavat implantit Eläinrauhoite detomidiini Siipikarjan rehuparanteet Terveysvaikutteiset: Laktoosin hydrolyysi Immobil.teknologia Probiootit-Täsmämikrobit Sterolit/Stanolit Ksylitoli Kasvien jalostus Sulfiittiviina HI-virukseen Hapanmaitotuotteet, juustot, leivät,olut, hapatteet AIV-rehu Mikrobit Homeet Hiivat Entsyymit Viruksille vastustuskykyiset kasvit Värimuuntelu kukkiin Villan Kasvien käsittely mikrolisäys entsyymeillä, Kukkimaton proteaasit koivu Rehuhiiva Pekiloproteiini Sellu Perinteinen biotekniikka Teolliset entsyymit Moderni biotekniikka Sellun valkaisu Saastuneen maaperän ja jäteveden puhdistus bakteereilla Metsäteollisuus Ympäristö *GTU=Gene Transport Unit (GTU ) Geenitekniikka Tekstiiliteollisuus Entsyymit Kuva 2. Esimerkkejä suomalaisista bioalan perinteisistä ja moderneista innovaatioista 2.1 Bioteknologian hyödyntäminen suomalaisessa yritystoiminnassa Suomessa on korkeatasoista bioteknologian osaamista monilla aloilla: entsyymien ja mikrobien tuotanto ja niiden soveltaminen metsä-, kemian-, rehu- ja tekstiiliteollisuudessa, elintarvike- ja panimoteollisuuden bioteknologiset tuotantomenetelmät sekä bioprosessiosaaminen. Myös ympäristöpuolen sovellukset kuten jäteveden puhdistus on merkittävä sovellusalue. Terveydenhoitoon liittyvät sovellukset muodostavat vahvan bioteknologisen osaamispohjan, sillä niiden osuus on yli 60 prosenttia suomalaisista alan julkaisuista. Kestävän kehityksen periaatteet alkavat vaikuttaa teollisuuden toimintaan ja teknologisiin valintoihin. Tulevaisuudessa kasvibiomassa muodostaa huomattavan osan teollisuuden raaka-aineista. Uusiutuvien luonnonvarojen ja prosesseissa syntyvien sivuvirtojen tehokkaampi hyödyntäminen sekä uudet raakaaineet tai jätteiden hyödyntäminen uusina raaka-ainelähteinä antavat mahdollisuuksia sekä perinteisen teollisuuden uudistamiselle että kilpailukyvyn vahvistamiselle. Tämä tarjoaa uudistumismahdollisuuksia esimerkiksi metsäteollisuudessa sekä biopolttoaineiden ja biokemikaalien tuotannossa. Perinteisesti bioteknologiaa on hyödynnetty elintarvike- ja juomateollisuudessa, kuten hapatettujen 8
maitotuotteiden, juustojen, makkaroiden, leipien ja oluen valmistuksessa. Näitä yrityksiä ei kuitenkaan luokitella bioteollisuuteen, vaan lopputuotteensa mukaisesti elintarvike- tai juomateollisuudeksi. Tämä vaikeuttaa bioteknologian merkityksen analysointia. Tässä raportissa bioteollisuuteen katsotaan kuuluvan bioteknologiaa ja/tai tieteitä hyödyntävät yritykset seuraavilla alueilla: tuotannollinen ja ympäristöbioteknologia, maatalouden ja elintarvikebioteknologia sekä funktionaaliset elintarvikkeet, rehut, lääkekehitys, diagnostiikka/bioanalytiikka sekä lääketieteelliset ja diagnostiset laitteet ja biomateriaalit, bioinformatiikka sekä biologian, bioteknologian ja biotieteiden hyödyntäminen palvelutoiminnassa, bioenergia. Alueellisesti bioteollisuus on keskittynyttä: yritykset ovat sijoittuneet yliopistojen välittömään läheisyyteen lähinnä Helsingin seudulle, Turkuun, Tampereelle, Kuopioon ja Ouluun. Iältään bioteollisuus on nuorta, sillä 70 prosenttia yrityksistä on aloittanut toimintansa vuoden 1995 jälkeen. Alan yritysten määrä ei ole enää viime vuosina kasvanut kuten 2000-luvun vaihteessa, jolloin uusia yrityksiä perustettiin runsaasti. Bioteollisuuteen kuului Suomessa vuonna 2007 yhteensä noin 200 yritystä 2. Bioalan yritysten osuus segmenteittäin on esitetty taulukossa 2. Diagnostiikka 10 5 5 25 Lääkekehitys Elintarvikkeet ja rehut 10 Biomateriaalit Entsyymit 10 25 Bioinformatiikka Ympäristö Taulukko 2. Bioalan yritykset segmenteittäin, %-osuuksina Bioalan yritysten kokonaisliikevaihto oli vuonna 2006 vajaat 1,4 miljardia euroa ja henkilöstön määrä noin 6 300. Suomessa on paljon pieniä ja keskisuuria bioyrityksiä, kuitenkin muutaman suuren lääke- ja entsyymiyrityksen osuus toimialan liikevaihdosta ja henkilöstöstä kattava 60-70 prosenttia. Alan jalostusarvo (vajaat 300 milj. euroa) muodosti noin 0,2 prosenttia maamme kokonaistuotannosta. Kannattavuus on ollut bioteollisuuden yrityksissä melko heikkoa. Yksittäisten yritysten välillä on kuitenkin merkittäviä eroja. Monet yrityksistä toimivat edelleen tutkimuspainotteisesti, osittain avustusmuotoisen rahoituksen avulla. Niiden tutkimus- ja kehitysmenojen osuus liikevaihdosta on korkea, noin 17 prosenttia vuonna 2006. 2 The application of science and technology to living organisms, as well as parts, products and models thereof, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services. 9
Lääketeollisuus Lääketeollisuus on bioteknologian merkittävä soveltaja. Ensimmäinen lääkealan bioteknologiayritys, Genentech perustettiin Kaliforniassa vuonna 1976. Kolmekymmentä vuotta myöhemmin USA:lla on johtava asema bioteknologisten eli biologisten lääkkeiden tuottajana. Myös eurooppalaiset lääketehtaat ovat merkittäviä bioteknologian soveltajia. Modernia bioteknologiaa on hyödynnetty uusien biologisten lääkkeiden valmistuksessa (insuliini ja uudet reumalääkkeet), aineenvaihduntatutkimuksessa, oikean potilasryhmän valinnassa (farmakogenetiikka) ja pitkälle kehittyneissä hoidoissa (geeni-, solu- ja kudosmuokkausterapiat). Suomessa lääkesovelluksiin keskittyvä bioteollisuus on nuorta. Suuri osa yrityksistä on aloittanut toimintansa 1990-luvun lopulla, jolloin ala kasvoi nopeasti. Meillä on parikymmentä lääketutkimuksen ja kehityksen yritystä, jotka ovat pieniä ja suurin osa on edelleen tuotekehitysvaiheessa lääkealalle ominaisten pitkien kehitysaikojen vuoksi. Yritysten tavoitteena on tehdä lääkekehityksen vaiheet keksinnöstä siihen asti, että lääkkeen kliininen toimivuus saadaan osoitettua. Tämän jälkeen lääkeehdokas lisensioidaan kolmannen vaiheen potilastutkimuksiin. Lääkeaineita on valmistettu pääsääntöisesti kemiallisen synteesin avulla, eläinmateriaalista eristämällä tai kasveista uuttamalla. Biologiset lääkeaineet on tuotettu biologisissa organismeissa, kuten bakteereissa tai elävissä soluissa. Kiinnostus bioteknologisesti valmistettuihin lääkkeisiin kohtaan on kasvanut. Biolääketieteen nopea kehitys on lisännyt ymmärrystä sairauksien syntymekanismeista ja paljastanut uusia lääkehoidon kohteita. Lääkemarkkinat suosivat bioteknologisia täsmälääkkeitä yksilöllisen hoidon takaamiseksi. Viidennes nykyisistä ja puolet kehitteillä olevista lääkkeistä on bioteknologisia. Palveluliiketoiminta Eurooppalaiset lääkeyritykset ovat perinteisesti kohdanneet kilpailua Yhdysvalloista, mutta viime vuosina Kiinan ja Aasian lääketeollisuus on kehittynyt voimakkaasti. Maailmalla vallitseva tutkimus- ja kehitystoimintojen ulkoistaminen on synnyttänyt myös Suomeen lääkealan palveluliiketoimintaa, johon kuuluu mm. prekliinisiä ja kliinisiä tutkimuspalveluja tarjoavia yrityksiä, lääkeaineiden ja tutkimuslääkkeiden sopimusvalmistajia sekä analyysipalvelujen tuottajia. Kliinisiä lääketutkimuksia teettävät Suomessa myös kansainväliset lääkeyritysten tytäryhtiöt. Diagnostiikkateollisuus Tässä raportissa diagnostiikkateollisuuden tarkastelun pääpaino on lääketieteellisessä in vitro diagnostiikassa, jolla tarkoitetaan ihmisen elimistön näytteiden analysointia. Diagnostiikalle on tyypillistä monitieteisyys ja poikkiteknologisuus. Lääketieteellinen tutkimus tuottaa uusia diagnostiikkaan tai sairastumisriskien ennustamiseen soveltuvia merkkiaineita. Monet testien raaka-aineet tuotetaan bioteknisin menetelmin. Molekyylimuokkauksen avulla on mahdollista kehittää entistä paremmin toimivia reagensseja, mikä mahdollistaa testien suorituskyvyn parantamisen. Bioteknologiset raaka-aineiden tuotantomenetelmät lisäävät diagnostisten tuotteiden ja tuotantomenetelmien turvallisuutta, koska niiden avulla voidaan vähentää eläinperäisten materiaalien käyttöä. Diagnostiikkateollisuuden raaka-aineiden, esimerkiksi vastaaineiden valmistus, on kannattavaa liiketoimintaa. Suomessa on noin kolmekymmentä in vitro diagnostiikkayritystä. Noin puolet niistä on perustettu 1990-luvulla ja niiden toiminta on tuotekehityspainotteista; ensimmäiset tuotteet ovat lanseerausvai- 10
heessa tai vasta päässeet markkinoille. Pitkät perinteet omaava suomalainen diagnostiikka on suurelta osin perustunut omiin suojattuihin keksintöihin. Kansainvälisesti merkityksellisiä diagnostisia innovaatioita on tehty 1970-luvulta lähtien. Koska diagnostiikkayritykset ovat pieniä ja resurssit ovat rajalliset, ne keskittyvät niche-alueille, joissa niillä on vahvaa osaamista ja ne ovat kansainvälisesti kilpailukykyisiä. Diagnostiikkayritykset kattavat tyypillisesti arvoketjun tutkimuksesta ja/tai tuotekehityksestä tuotantoon, myyntiin ja markkinointiin. Koska diagnostiikka käsittää testien lisäksi mittalaitteita, laboratorioautomaatiota, testitulosten analysointia ja tiedonsiirtoa, diagnostiikkateollisuudella on raaka-ainevalmistuksen ja alihankintaverkostojen kautta huomattavia välillisiä vaikutuksia muihin teollisuusaloihin. Lääketieteellisiin tarpeisiin kehitettyä osaamista tulisi hyödyntää myös nopeasti kasvavilla diagnostiikan osa-alueilla, elintarvike- ja teollisessa diagnostiikassa. Mielenkiintoisia mahdollisuuksia on myös eläin- ja ympäristödiagnostiikassa. Biomateriaaliteollisuus Biomateriaalit ovat keinotekoisia tai biologisia materiaaleja, joista valmistetaan tuotteita terveydenhuollon käyttöön, esim. proteettiseen tai terapeuttiseen tarkoitukseen. Tyypillisesti tuotteita käytetään kontaktissa kudokseen tai kudosnesteisiin, mikä asettaa vaatimukset niissä käytetyille materiaaleille: Suurin tuoteryhmä ovat ortopedian biomateriaalit: valtaosa tuotteista on edelleen hajoamattomia implantteja, mutta biohajoavien osuus on kasvussa. Suomessa on kansainvälisesti kilpailukykyisiä biomateriaalialan tutkimusryhmiä ja noin 15 biomateriaaliyritystä, joista moni on vielä tuotekehitysvaiheessa. Yritykset tähtäävät omaan implantti- tai materiaalivalmistukseen ja tuotteisiin globaaleille terveydenhuollon markkinoille. Ala on viime vuosina kehittynyt voimakkaasti. Terveydenhuollon laitteita ja tarvikkeita kehittävät ja valmistavat biomateriaaliyritykset toimivat verkostossa alihankkijoiden, mm. raaka-ainetoimittajien, instrumenttivalmistajien ja sterilointipalveluja tuottavien yritysten kanssa. Tuotteiden markkinointiin vaikuttavat kohdemaan terveydenhuoltojärjestelmä ja sairausvakuutusjärjestelmät. Tyypillistä on, että biomateriaaliyritys kehittää yhteistyökumppaniensa kanssa implantin lisäksi myös hoitomenetelmän ja hoidossa tarvittavat oheislaitteet tai asennusinstrumentit. Elintarviketeollisuus Elintarviketeollisuus on suurin perinteistä bioteknologiaa hyödyntävä teollisuuden ala. Suomessa on joukko elintarvikeyrityksiä, jotka valmistavat maitopohjaisia fermentaatiotuotteita (juustot ja hapanmaitotuotteet). Mikrobifermentaatioita hyödynnetään myös leivän raskituksessa ja kestomakkaroiden valmistuksessa. Panimo-osaaminen on hyvin korkealla tasolla mm. varastokäymisessä sovellettavan immobilisaatiotekniikan ansiosta. Lisäksi elintarvikkeissa käytetään runsaasti uusia mikrobisovelluksia, kuten terveysvaikutteisia probiootteja ja niiden entsyymejä. Osaamisen puolesta meillä olisi hyvät lähtökohdat uusille sovelluksille ja innovaatiolle. Suomi onkin ollut kansainvälisesti edelläkävijä terveysvaikutteisten elintarvikkeiden kehittäjänä. Terveysvaikutteisten elintarvikkeiden markkinat kasvavat kehittyneissä maissa keskimäärin kymmenellä prosentilla vuodessa, kun peruselintarvikkeiden myynti kasvaa vain 2-3 prosenttia. Terveysvaikutteisten elintarvikkeiden sovelluksissa voidaan mikrobien lisäksi hyödyntää laajasti suomalaisia raaka-aineita männystä marjoihin ja viljoista öljykasveihin. Lisäksi bioteknologinen osaaminen perinteisissä prosesseissa on Suomessa hyödynnetty paremmin kuin tällä yleisesti hyvin konservatiivisella toimialalla muualla maailmassa. Esimerkkeinä laktoosin poistaminen maitotuotteista, ksylitolin ja stano- 11
liesterin tuotanto ja sovellukset sekä erikoisviljakuitujen tuotanto- ja hyödyntäminen tuotteessa. Muu teollisuus Suomella on vahvat perinteet bioprosessitekniikassa, ja olemme edelleen yksi johtavista teollisten entsyymien tuottajista maailmassa. Suomen erinomaista mikrobiosaamista ei ole hyödynnetty entsyymien tapaan. Erikoissovelluksiin kehitettyjen mikrobiviljelmien tuotanto voisi olla uusi mahdollinen tuotannon haara. (rehu-, ympäristö-, jätteiden käsittely-, malminrikastus-, uudet elintarvike- ym. mikrobisovellukset). Metsäteollisuus soveltaa bioteknologiaa vielä verraten rajoitetusti. Pääasiallisia sovelluskohteita on ollut metsänjalostuksen tutkimuksessa sekä sellu- ja paperiteollisuudessa. Bioteknologiaa on hyödynnetty jätevesien puhdistuksessa sekä sellun valkaisussa ja analytiikassa. Muita sovelluskohteita on paperin laatuun liittyvissä tekijöissä, biologisissa paperinpäällysteissä tai kuitusovelluksissa. Metsäteollisuus hyödyntää jatkossa entistä laajemmin bioteknologisia ratkaisuja ja pyrkii etsimään uusia kehittämiskohteita esimerkiksi biomassan jalostuksesta tai puusta eristetyistä komponenteista. Modernia bioteknologiaa hyödynnetään monissa teollisissa valmistusprosesseissa, kuten pesuaineiden valmistuksessa ja tekstiilien käsittelyssä. Eurooppalaisen kemianteollisuuden mukaan noin viisi prosenttia kemiallisista tuotantoprosesseista on korvattu bioprosesseilla ja tulevaisuudessa niiden osuuden arvioidaan nousevan 10-20 prosenttiin. Ympäristösovellukset Merkittävimmät ympäristöbioteknologian sovellusalueet Suomessa ovat jäteveden puhdistus, saastuneen maan ja pohjaveden kunnostus. Ympäristöbioteknologia on suhteellisen nuori tieteenala. Bioteknologiset prosessit ovat nousseet merkittäviksi vasta viime vuosina, minkä vuoksi kehitys ja sovellukset ovat maailmanlaajuisestikin alkuvaiheessa. Muilla bioteknologian alueilla kehitettyjä menetelmiä voidaan hyödyntää ympäristöbioteknologiassa jo lähivuosina. Ympäristöbioteknologian alueella markkinat kasvavat nopeasti ja niiden arvioidaan kaksinkertaistuvan vuodesta 2003 vuoteen 2010. Sovelluksissa siirrytään puhdistus- ja käsittelyteknologioista saastumista ehkäiseviin teknologioihin. Ympäristösovellusten vientimahdollisuuksiin uskotaan, sillä hallitusohjelmassa mainitaan: Suomella on mahdollisuuksia olla ympäristöteknologian yritystoiminnassa vahva kansainvälinen toimija. Tämä varmistetaan panostamalla uusiutuvan energian ja muun ympäristöteknologian tutkimus- ja kehittämistoimintaan ja kaupallistamiseen edistämällä kotimarkkinoita ja julkisia hankintasäästöjä kehittämällä. Maatalous ja kasvibioteknologia Geenitekniikan hyödyntäminen kasvinjalostuksessa on Suomessa vielä vähäistä. Muuntogeenisiä kasveja kasvatetaan koemittakaavassa suljetuissa tiloissa ja kenttäkokeissa. Kaupallisia sovelluksia ei Suomessa vielä ole. EU:n alueella viljellään koisankestävää muuntogeenistä maissia vähäisessä määrin (yhteensä 108 000 ha vuonna 2008) seitsemässä maassa, pääasiassa Espanjassa. Kehitystyö Euroopassa on kohdistunut etupäässä lääkemolekyylien tuottoon tarkoitettuihin kasvisolu- ja kasvisysteemeihin. Maailmalla geeniteknisesti muunneltujen kasvilajikkeiden viljely on kasvanut viime vuodet yli kymmenen 12
prosentin vuosivauhtia. Geenimuunnellun soijan osuus koko maailman tuotannosta oli 64 %, puuvillan 43 %, maissin 24 % ja rapsin 20 % vuonna 2007. Suurin osa maailmanmarkkinoilla olevasta rehusoijasta on muuntogeenistä, minkä vuoksi muuntamattoman soijan saanti alkaa olla vaikeaa. Uusien laatuominaisuuksien ja arvoa lisäävien tuotteiden kehittäminen geenitiedon pohjalta luo kilpailukykyä Suomelle. Uusia raaka-ainelähteitä on kehitettävä erityisesti biomassoille. Geenitekniikan nopeus ja täsmällisyys jalostusmenetelmänä korostuvat sovelluksissa. Kasvintuotannossa tulevaisuuden merkittävänä haasteena on sopeutuminen etenevään ilmastonmuutokseen. Muutos vaikuttaa kasvien tuotannollisiin olosuhteisiin, jotka saattavat muuttua otollisiksi monille uusille kasvilajikkeille. Ilmastonmuutos tuo mukanaan myös uhkia. Metsävarantojen ja raaka-aineen/ viljelykasvien turvaaminen kasvitautien ja -tuholaisten varalta on tulevaisuudessa tärkeää. Bioteknologian hyödyntäminen on merkittävässä roolissa Ilmastonmuutokseen sopeutumisessa. Muita sovelluskohteita Maailman suurin bioliuotusmenetelmää käyttävä nikkelikaivos käynnistyi Suomessa vuonna 2008. Pitoisuudeltaan malmi ei ole erityisen rikasta, minkä vuoksi perinteiset rikastusmenetelmät eivät olleet riittäviä. Malmin bioliuotuksessa luonnossa esiintyvät rautaa ja rikkiä hapettavat bakteerit liuottavat nikkeli-, sinkki-, koboltti- ja kuparisulfidit vesiliukoisiksi metalli-ioneiksi, jotka voidaan ottaa talteen kemiallisesti. 2.2 Tutkimuksen verkosto ja rahoitus Tutkimus- ja rahoitusrakenteita on lisätty pitkän ajan kuluessa, minkä vuoksi niistä on tullut monimutkaisia ja päällekkäisiä. Yhteistyön ja poikkitieteellisyyden puute ovat ongelma, joka täytyy ratkaista. Resursseja riittää vain maailman parhaille, eikä parhaita Suomessa ole kovin monta Tapio Koivu VTT, Yrityskehityksen toimialajohtaja Bioteknologian tutkimusta tehdään useissa yliopistoissa ja valtion tutkimuslaitoksissa. Myös muutamat ammattikorkeakoulut antavat alan opetusta ja tekevät soveltavaa tutkimusta. Suomessa toimii useita kansainväliseen kärkeen sijoittuvia tutkimusryhmiä. Tutkimus on kuitenkin hajautunut moniin pieniin yksikköihin, minkä vuoksi kriittisen massan saavuttaminen on vaikeaa. Hallinnon rajojen yli menevä yhteistyö on heikkoa. Yhteistyön ja poikkitieteellisyyden merkittävä lisääminen on haaste sekä tutkimusyhteisölle että yrityksille. Verkoston hajanaisuus ja sijoittuminen eri hallinnon alojen alaisuuteen tulee esille taulukoista 3 ja 4. Myös rahoitusta myönnetään monista eri lähteistä, mikä vaikeuttaa rahavirtojen arvioimista kokonaisuutena. Suomen Akatemia ja Tekes ovat bioteknologian tutkimuksen (julkiset) päärahoittajat. Sitra on ollut merkittävä uusien yritysten pääomasijoittaja, mutta on viime vuosina luopunut bioalan sijoituksistaan 13
(taulukot 3 ja 4). Opetusministeriö on kohdentanut bioalan erillisrahoituksen yliopistojen kautta viidellä paikkakunnalla sijaitseville biokeskuksille. Lisäksi alueiden muut julkiset toimijat ovat rahoittaneet biokeskusten toimintaympäristön rakentamista. Sosiaali- ja terveys-, maa- ja metsätalous-, ympäristö- sekä työ- ja elinkeinoministeriö rahoittavat bioteknologiaa soveltavaa sektoritutkimusta. Maa- ja metsätaloutta koskevaa tutkimusta tehdään Maa- ja elintarviketeollisuuden tutkimuskeskuksessa ja Metsäntutkimuslaitoksessa. VTT on keskittynyt etenkin teolliseen bioteknologiaan. Lääketieteellistä tutkimusta tehdään Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksessa (THL) sekä lukuisissa tutkimusryhmissä yliopistojen lääketieteellisissä ja luonnontieteellisissä tiedekunnissa. Ympäristöalan tutkimusta tehdään Suomen Ympäristökeskuksessa. Erilaiset säätiöt ja rahastot rahoittavat erityisesti lääketieteen tutkimusta. Eurooppalaisen yhteistyön syventyminen tutkimusohjelmien kautta muokkaa voimakkaasti tutkimuspolitiikan kenttää. EU:n 7. tutkimuspuiteohjelma panostaa tuntuvasti bioteknologian eri sovellusalueisiin. Puiteohjelmaan kuuluva Innovatiivisten lääkkeiden aloite (IMI) edustaa uudenlaista teollisuuden ja julkisten tutkimusrahoittajien yhteenliittymää, jossa teollisuus rahoittaa puolet tehtävästä tutkimuksesta. Yhteistyön syventyminen tuo merkittäviä uusia mahdollisuuksia suomalaisille toimijoille. Opetusministeriö OPM Työ- ja elinkeinoministeriö TEM Ympäristöministeriö YM Maa- ja metsätalousministeriö MMM Sosiaali- ja terveysministeriö STM Liikenne- ja viestintäministeriö Yliopistot Valtion tekninen tutkimuskeskus VTT Suomen Ympäristökeskus SYKE Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT Terveyden- ja hyvinvoinnin laitos THL Merentutkimuslaitos Biocenter Finland & Biokeskukset Ammattikorkeakoulu AMK Instituutit (kuten Suomen molekyylilääketieteen instituutti FIMM) Osaamiskeskusklusteriohjelmat OSKE:t: Health Bio Hyvinvointi Elintarvikekehitys Energiateknologia Forest Industry Ympäristöteknologia Strategisen huippuosaamisen keskukset SHOK:it Metsä/Energia- ja Ympäristö/Terveys ja hyvinvointi Metsäntutkimuslaitos METLA Elintarviketurvallisuusvirasto EVIRA Teknologiakeskukset STAKES Suomen Akatemia TEKES Yritykset EU Kunnat Säätiöt Tutkimuksen rahoittajat Työ- ja Maa- ja Opetusministeriministeriö terveysminis- Taulukko 3. Bioteknologian tutkimukseen Ympäristö- liittyvä infrastruktuuri ja toimijoiden perusrahoitus. Sosiaali- ja elinkeinoministeriministeriö metsätalous- OPM YM teriö STM TEM MMM Yliopistot Valtion tekninen tutkimuskeskus VTT Suomen Ympäristökeskus SYKE Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT Terveyden- ja hyvinvoinnin laitos THL Liikenne- ja viestintäministeriö 14 Merentutkimuslaitos
Suomen Akatemia TEKES Yritykset EU Kunnat Säätiöt Tutkimuksen rahoittajat Opetusministeriö OPM Työ- ja elinkeinoministeriö TEM Ympäristöministeriö YM Maa- ja metsätalousministeriö MMM Sosiaali- ja terveysministeriö STM Liikenne- ja viestintäministeriö Yliopistot Valtion tekninen tutkimuskeskus VTT Suomen Ympäristökeskus SYKE Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT Terveyden- ja hyvinvoinnin laitos THL Merentutkimuslaitos Biocenter Finland & Biokeskukset Ammattikorkeakoulu AMK Instituutit (kuten Suomen molekyylilääketieteen instituutti FIMM) Osaamiskeskusklusteriohjelmat OSKE:t: Health Bio Hyvinvointi Elintarvikekehitys Energiateknologia Forest Industry Ympäristöteknologia Metsäntutkimuslaitos METLA Elintarviketurvallisuusvirasto EVIRA Strategisen huippuosaamisen keskukset SHOK:it Metsä/Energia- ja Ympäristö/Terveys ja hyvinvointi Teknologiakeskukset Suomen Akatemia TEKES Yritykset EU Kunnat Säätiöt Suomen Akatemia rahoittaa lähinnä yliopistojen perustutkimusta TEKES:in kilpailtu rahoitus kattaa koko T&K kentän toimijat Taulukko4. Bioteknologian tutkimukseen liittyvä kilpailtu rahoitus. 15
3. Bioteknologia vastaa kuluttajan tarpeisiin ja globaaleihin ongelmiin inti, terveys rvallisuus) Bioteknologian sovelluksista voidaan löytää vastauksia aikamme globaaleihin ongelmiin. Energia- ja raaka-ainevarojen niukkuus sekä ilmaston lämpenemiseen liittyvät tekijät pakottavat kehittämään ja ottamaan käyttöön uudenlaisia ratkaisuja. Elinympäristön muutokset ja ikääntyneen väestön osuuden kasvu luovat uusia tarpeita. Terveys, turvallisuus ja ympäristö ohjaavat entistä enemmän valintojamme. Samalla yksilölliset tarpeet kasvavat. Kun sairauksien riskiä pystytään ennustamaan, ennaltaehkäisy nousee sairauden hoidon rinnalle ja tietoisuus terveellisestä ravinnosta kasvaa. Ympäristön tila Ympäristön sietokyvyn rajat ymmärretään ja panostetaan uusiutuviin energianlähteisiin Kuluttaja edellyttää ympäristöarvojen noudattamista yritystoiminnassa ja tekee ostopäätöksiä arvojen perusteella Kestävä kehitys ohjaa lakeja ja säädöksiä Hyvinvointi, terveys (ja turvallisuus) Hyvinvointituotteiden kysyntä lisääntyy Kuluttajan valintoja ohjaavat turvallisuus ja terveys- ja ympäristönäkökulmat Ikääntyvät ovat kasvava, ostovoimainen ryhmä terveyden- ja palvelutuotteiden tarve lisääntyy Biomassan hyödyntäminen Energian ja raaka-aineiden saatavuus tulee olemaan pysyvä ongelma, pyritään löytämään uusiutumattomia energialähteitä korvaavia raaka-aineita Kuva 3. Ongelmat ja tarpeet, jotka edellyttävät bioteknologian uudenlaista hyödyntämistä. 3.1 Ympäristön sietokyvyn rajat ovat tulleet vastaan Ympäristöongelmien ratkaisemisessa uudet teknologiat ovat keskeisessä asemassa. Ympäristön tilan seuraaminen ja tehokkaiden menetelmien kehittäminen ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen torjuntaan ja siihen sopeutumiseen ovat seuraavien vuosikymmenten merkittävimpiä haasteita. Ympäristön tilan mittaamiseen käytetään toistaiseksi vielä vähän bioteknologisia menetelmiä. Ympäristöalan kehitystä ohjaavat markkinamekanismien lisäksi kiristyvä lainsäädäntö ja kansainväliset sopimukset. 57% eurooppalaisista on huolestunut eniten ilmastonmuutoksesta, 24% vesien saastumisesta ja 40% ilman saastumisesta Eurobarometer 2008 16
Bioteknologian avulla on mahdollista kehittää ratkaisuja, jotka vähentävät raaka-aineiden ja energian kulutusta, ympäristön saastumista ja jätteiden syntyä perinteisiin prosesseihin verrattuna. Hyödyntämällä entsyymejä ja mikrobeja kemikaalien sijasta perinteinen teollisuus voi tehostaa tuotantoprosessejaan ja lisäämään niiden ympäristöystävällisyyttä. Tehokkaita ratkaisuja löydetään usein silloin, kun bioteknologiaa käytetään muiden teknologioiden rinnalla. Puhtaan veden saannin varmistaminen on globaali haaste. Bioteknologiaa hyödynnetään niin teollisuuden kuin yhdyskuntien vesihuollossa. Jätevesien puhdistuksessa suurin osa orgaanisista yhdisteistä sekä typestä poistetaan biologisin menetelmin. Bioteknologisia menetelmiä sovelletaan myös saastuneiden maa- ja vesialueiden puhdistuksessa. Pilaantuneiden ympäristöjen ennallistamisessa on maailmanlaajuisesti kasvavat markkinat. 3.2 Energian ja raaka-aineiden riittävyys on ongelma Kestävän kehityksen velvoite edellyttää uusiutumattomien luonnonvarojen käytön vähentämistä ja korvaamista uusiutuvilla. Biologisilla prosesseilla voidaan muuttaa erilaisia jäteraaka-aineita sellaiseen muotoon, josta niitä on mahdollisuus ohjata hyötykäyttöön ja siten korvata uusiutumattomia raaka-aineita. Biojalostamot ovat nousemassa merkittäväksi tekijäksi. Niissä raaka-aine ja/tai jäte pyritään jalostamaan ensin mahdollisimman moniksi peruslähtöaineiksi, kuten sokeriksi, kuiduiksi tai uuteaineiksi, jotka jalostetaan edelleen biomateriaaleiksi ja kemikaaleiksi. Energia-ala siirtyy enenevässä määrin uusiutuviin raaka-aineisiin. Bioenergian käytön lisäämistä tavoitellaan maailmanlaajuisesti, kun pyritään vähentämään kasvihuonekaasuja ja parantamaan energiaomavaraisuutta. Runsaiden metsävarojen ansiosta Suomessa on hyvät lähtökohdat puupohjaisen biomassan käyttämiseksi energian raaka-aineena. Peltoenergian tehokas tuotanto muilla kuin elintarvike- ja rehuteollisuuden käyttämillä kasveilla avaa uusia mahdollisuuksia energiantuotantoon. Biomateriaalien ekotaseiden paremmuus fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna ei kuitenkaan ole itsestäänselvyys. Ekologisesti kestävien tuotantoketjujen kehittäminen on tärkeää pyrittäessä kestävän kehityksen mukaiseen yhteiskuntaan. Tärkeitä osa-alueita tässä ovat biomassan tuottokykyä parantavat tekniikat, kuten kasvilajikkeiden kehittäminen, biologinen kasvinsuojelu ja geenimuunnellut kasvit. 3.3 Terveys ja hyvinvointi ohjaavat valintoja Suomalaisten terveys on jatkuvasti parantunut, mutta paineita terveydenhuollon kustannusten kasvulle luovat sekä väestön ikärakenteen muutos että lääketieteen kehitys, joka tuottaa uusia ja tehokkaampia, mutta myös kalliimpia hoitomuotoja. Tautimekanismien ymmärtäminen solutasolla mahdollistaa uusien täsmähoitojen kehittämisen. Terveydenhuollon painopiste siirtyy entistä enemmän sairauksien ennaltaehkäisyyn. Epäterveistä elintavoista johtuvat sairaudet yleistyvät nopeasti. Erityisesti ylipainon aiheuttamat elintapasairaudet lisääntyvät kaikenikäisillä. Terveyden edistämiseen ja sairauksien ennaltaehkäisyyn on monia keinoja, joista ravitsemus ja liikunta ovat tärkeimpiä. 17
Tietoisuus terveyden ja terveiden elämäntapojen yhteydestä lisääntyy ja yksilöllisen tiedon tarve kasvaa. Ravitsemuslääketieteen kehitys on mahdollistanut terveysvaikutteisten elintarvikkeiden kehittämisen. Niiden ympärille syntyvää liiketoimintaa pidetään yhtenä tulevaisuuden mahdollisuuksista. Suomessa on kehitetty terveysvaikutteisia elintarvikkeita esimerkiksi sydän- ja verisuonitautien ja hammaskarieksen vähentämiseen sekä ruuansulatuskanavan terveyden edistämiseen. Hyvinvointiin liittyvien tuotteiden kysynnän ennustetaan lisääntyvän edelleen, kun ikääntyvä väestö on suurena ostovoimaisena joukkona. Suomi on edelläkävijämaa terveellisessä ravitsemuksessa ja terveysvaikutteisissa tuotteissa. Tämä mahdollistaa palvelujen ja tuotteiden kehittämisen myös kasvavalle ikääntyvien ryhmälle maailmanlaajuisesti. Taulukko 5. Suomen väestön ikäpyramidi: yli 65-vuotiaisen osuus nousee n. 1,5-kertaiseksi 30 vuodessa. Ikääntyneiden osuus väestöstä kasvaa nopeimmin Euroopassa. Japanissa tilanne on Suomen kaltainen. 18
4. Tulevaisuuden tärkeät sovellusalueet Tässä raportissa lupaavimmat bioteknologian sovellusalueet on johdettu globaaleista ongelmista ja ihmisten tarpeista. Mahdollisuuksia on arvioitu suomalaisen osaamisen, yritysten tutkimuskapasiteetin ja sovellusten näkökulmista. Lupaavaksi on katsottu sellainen sovellusalue, jolle on kysyntää ja jolle pystytään muodostamaan arvoketju tuotekehityksestä valmiiseen ratkaisuun ja käyttöönottoon. Suomi toimii sovelluksen koelaboratoriona. Kaupallinen kiinnostus voi suuntautua myös sovellusalueisiin liittyvään palveluosaamiseen, jonka merkitys kasvaa nopeasti. Globalisaatio Ympäristön kunto Hyvinvointi, terveys (ja turvallisuus) Ympäristön sietokyvyn rajat ymmärretään ja panostetaan uusiutuviin Kestävä kehitys energianlähteisiin Kuluttaja edellyttää ympäristöarvojen noudattamista yritystoiminnassa ja tekee Kuva 4. Megatrendien perusteella valitut bioteknologiastrategian sovellusalueet ostopäätöksiä on johdettu arvojen perusteella markkinoiden/kuluttajien tarpeista Uudet biomassat ja niiden hyödyntäminen Tekesillä on käynnissä monia ohjelmia, jotka rahoittavat innovaatiotoimintaa tässä esitetyillä sovellusalueilla. Suurin ongelma menestystarinoiden tiellä ei kuitenkaan ole teknologinen osaaminen, Biomassan vaan hyödyntäminen liiketoiminnalliset haasteet. Energian ja raaka-aineiden saatavuus tulee olemaan pysyvä ongelma, pyritään Valitut sovellusalueet ovat: löytämään uusiutumattomia energialähteitä korvaavia raaka-aineita Ympäristön kunto 1. Vesien käyttö ja puhdistaminen 2. Maaperän puhdistus ja ennallistaminen 3. Jätteiden ja sivutuotteiden käsittely Uudet biomassat ja niiden hyödyntäminen 4. Biomassan uudet lähteet 5. Biomassojen uudet käyttösovellukset biojalostamoissa 6. Bioenergian tuotannon ja tehokkuuden parantaminen Ympäristön tila Kestävä kehitys ohjaa lakeja ja säädöksiä Hyvinvointi, te (ja turvallisu Hyvinvointituotteiden kys Kuluttajan valintoja ohjaav terveys- ja ympäristön Ikääntyvät ovat ka ostovoimainen ryhmä t palvelutuotteiden tarv Hyvinvointi ja terveys 7. Terveellinen ravitsemus 8. Yksilöllinen ennaltaehkäisy, diagnostiikka ja hoito 9. Tutkimuksesta palveluliiketoimintaa 19
Kuhunkin sovellusalueeseen on liitetty joukko suosituksia, joiden tavoitteena on yhdessä yleisten toimintaympäristöä koskevien suositusten kanssa mahdollistaa se, että vuonna 2020 bioteknologia tarjoaa merkittäviä ratkaisuja esitettyihin haasteisiin. Bioteknologia tarjoaa uusia mahdollisuuksia useille sovellusalueille ja poikkitieteellisyys tulee varmistaa erilaisin keinoin. Valittuja alueita läpileikkaaviksi osaamisalueiksi on tunnistettu bioprosessit, diagnostiikka ja bioanalytiikka ja laskennallisten tieteiden menetelmät kuten bioinformatiikka. Kuvassa 8 pallot kuvaavat näiden osaamisten käyttömahdollisuuksia eri sovellusalueilla. Bioprosessit, entsyymisovellukset, diagnostiikka ja bioanalytiikka ovat jo hyödynnettyjä osaamisalueita, joita voidaan edelleen laajentaa uusiin sovelluksiin. Mikrobiosaaminen on korkealla tasolla, mutta sitä ei ole hyödynnetty riittävän laajasti eri sovelluksissa. Mikrobien tuotantoa ei Suomessa ole. Erikoissovelluksiin tarkoitetut mikrobiviljelmät voisivat tarjota mahdollisuuksia myös kansainväliselle liiketoiminnalle sisällyttämällä sovelluskohtaiset mikrobiviljelmät/entsyymit uuteen teknologiaan ja tarjottavaan palveluliiketoimintaan. Valitut sovellusalueet 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V e s i M a a p e r ä J ä t t e e t B i o m a s s a t J a l o s t a m o t E n e r g i a R a v i t s e m u s H o i t o P a l v e l u t Läpileikkaavat menetelmät Bioprosessit (ml. mikrobit ja entsyymit) Diagnostiikka ja bioanalyytikka Laskennallinen tiede (tiedon hallinta, mallinnus) Bioinformatiikka Taulukko 6. Läpileikkaavat, eri sovellusalueita tukevat bioteknologiset osaamisalueet. Bioteollisuuden eri sovellusaloista Suomessa painotetaan yleisimmin terveydenhuollon sovelluksia. Kehitys suuntautuu maailmalla yhä voimakkaammin myös teolliseen biotekniikkaan. EU:n ja Japanin asema on korostunut teollisten innovaatioiden kehittäjinä. Maatalouden biotekniikan (esim. kasvinjalostus) kehitys painottuu puolestaan Yhdysvaltoihin, Intiaan ja Kiinaan. Kiina on käynnistänyt vuonna 2008 miljardin euron ohjelman muuntogeenisten kasvilajikkeiden kehittämiseksi. 20
Ympäristön kunto 21
4.1 Sovellusalue 1 Vesien käyttö ja puhdistaminen Veden saannin turvaaminen on maailmanlaajuisesti keskeinen haaste. Rehevöityminen Itämeren pelastamiseksi on edessä suuria haasteita. On vaikeaa nähdä, miten niihin voidaan vastata, jos uudenlaista osaamisen yhdistymistä ei tehdä Lea Kauppi pääjohtaja Suomen ympäristökeskus Ravinteita, typpeä ja fosforia, kulkeutuu vesistöihin monista eri lähteistä. Pistemäistä ravinnekuormitusta aiheuttavat teollisuuden ja yhdyskuntien jätevedet sekä kalankasvatus. Hajapäästöjä vesiin tulee maa- ja metsätaloudesta sekä haja-asutuksen jätevesistä. Yli puolet vesistöihin kulkeutuvista ravinteista on peräisin maataloudesta. Liikenteen päästöissä on runsaasti typpeä, joka huuhtoutuu sadeveden mukana vesistöön. Suuri ongelma-alue on Itämeri, johon kohdistuu edelleen vahva ravinnekuormitus. Suomenlahden typpikuormituksesta yli 50 prosenttia ja fosforista 75 prosenttia on peräisin Venäjältä. Vaikka jätevedenpuhdistamoja on rakennettu, mm. kolmannes Pietarin jätevesistä kulkeutuu edelleen Suomenlahteen täysin puhdistamattomana. Suomen ja Viron osuus kuormituksesta on noin 10 prosenttia. Suomen rannikkoalueille tuleva ravinnekuormitus on lähes kokonaan peräisin omista lähteistämme. Pelkästään bioteknologisia ratkaisuja kehittämällä ja soveltamalla ei lähialueidemme rehevöitymisongelmaa ratkaista. Sisävesienkään rehevöitymistä ei ole saatu kokonaan kuriin, vaikka pistemäisten kuormituslähteiden hoidolla on saatu paljon parannusta aikaan 1970-luvulta lähtien. Kuormitusta tulee edelleen sekä maataloudesta että haja-asutuksesta. Haja-asutusalueiden kuormitukseen liittyvä asetus edellyttää puhdistustehosta annettujen vaatimusten täyttämistä vuoteen 2014 mennessä. Ravinteiden poisto ja hyötykäyttö Biologisia prosesseja hyödyntämällä voidaan vähentää vesistöjen kuormitusta. Bioteknologiaa sovelletaan jo nyt useissa vesihuollon kohteissa, mutta kustannustehokkuutta on edelleen parannettava. Jätevesien puhdistuksessa suurin osa orgaanisista yhdisteistä, typestä ja fosforista poistetaan biologisin menetelmin. Talousveden raudanpoisto voi tapahtua biologisesti ja biologista aktiivihiilisuodatusta käytetään tehostamaan puhdistusta. Tekopohjavesiprosessit ovat suurelta osin biologisia. Kuormituksen pienentämiseksi on kehitettävä toimenpiteitä, joilla voidaan aktivoida luonnonprosessien hyödyntämistä mm. kosteikkoja ja suojavyöhykkeitä. Jätevesien puhdistuksessa syntyvä liete on ravinnerikasta, mutta sen hyötykäyttö on pitkään ollut kyseenalaista raskasmetallijäämien ja mahdollisen patogeeniriskin vuoksi. Lietteiden prosessoinnissa on käytetty mm. kompostointia. Lietteiden käsittelyssä myös erilaisilla bioteknologisilla jalostus- ja mittausmenetelmillä on paljon sovellusalueita. Mielenkiintoisia mahdollisuuksia jätevesien käytölle on energiahyötykäyttö. Muutamissa maissa testataan jätevesien käsittelylaitoksilla biodieselin raaka-aineeksi soveltuvien levien viljelyä ravinnerikkaissa, esipuhdistetuissa vesissä. Suomessa tällaisia kokeiluja ei vielä ole tehty. 22
Muu vesien käsittely Erilaisia biosuodattimia käytetään haitallisten aineiden poistamiseen pinta- ja pohjavesistä. Myös maasuodatuksen sovelluksia on kehitettävä edelleen: esimerkiksi syanobakteerien tuottamien toksiinien (sinilevämyrkkyjen) poistamisessa on saatu lupaavia tuloksia. Tavoitetila 2020: Suomi on edelläkävijä teknologian kehittäjänä ja viejänä: uusia sovelluksia, teknologisia ratkaisuja ja diagnostisia menetelmiä on kaupallistettu kansainvälisesti Luonnonvesien pilaantuminen on pysäytetty ja puhdistuminen alkanut: - Itämeren saastumisen pysäyttämiseksi on löydetty keinot ja puhdistuminen alkanut - Maatalouden kuormitus vesistöön on vähentynyt asetettujen tavoitteiden mukaisesti (kuormitus -30% v. 2015 ja -50% v. 2020 vuosien 2001-2005 tasosta) - Yhdyskuntien ja teollisuuden jätevesien puhdistusteknologiaa on tehostettu ja osaamista hyödynnetään laajasti Itämeren rannikkovaltioissa - Kalankasvatuksen kuormitusta on vähennetty (kasvatusmenetelmien, jalostuksen ja rehuteollisuuden tavoitteet) ja uusia sovelluksia on käytössä Haja-asutusalueiden jätevesien käsittelyssä on kustannustehokkaita ratkaisuja Suositukset Vesien puhdistukseen liittyvään teknologiaan rakennetaan poikkitieteellinen klusteri, jossa tutkimusryhmät ja yritykset toimivat em. tavoitteiden saavuttamiseksi. Erityisenäkohteena on Itämeri. Klusterin osa-alueina ovat: - Uudet teknologiat vedenpuhdistuksessa - Uusien luonnonprosessien hyväksikäyttö vesistöjen puhdistuksessa - Uudet mikrobisovellukset - Uudet tarvittavat diagnostiset menetelmät - Bioteknologiset luonnonprosessit vesistöjen puhdistuksessa Tämä edellyttää pilot-prosessien rakentamista Kehitetään uusia bioteknologisia ja diagnostisia menetelmiä vedenkäytön ja analysoinnin sovelluksiin Suomi toimii koelaboratoriona kansainvälisen liiketoiminnan kehittämiseksi 23
4.2 Sovellusalue 2 Maaperän puhdistaminen ja ennallistaminen Pilaantuneen maaperän ennallistamisessa on suuret markkinat. Mikrobiologia tarjoaa tällä sektorilla suuret mahdollisuudet. Sekä paikan päällä tapahtuva biopuhdistus että kaivettujen pilaantuneiden maiden ja sedimenttien käsittely esimerkiksi kompostoimalla perustuvat bioteknologiseen toimintaan. Paikan päällä tapahtuvat kunnostusmenetelmät edistävät kestävää kehitystä, koska niissä ei synny loppusijoitusta tarvitsevia maamassoja eikä päästöjä vesistöihin. Suomessa on noin 21 000 aluetta, joissa maaperä on mahdollisesti pilaantunutta tai jotka on kunnostettu tai todettu puhtaiksi. Maaperää on pilannut kohteessa aiemmin ollut tai nykyinen toiminta. Myös putki- ja viemärivuodot sekä onnettomuudet ovat aiheuttaneet pilaantumista. Menneinä vuosikymmeninä öljyä ja kemikaaleja varastoitiin ja käsiteltiin tiivistämättömillä piha-alueilla, jolloin kaikenlaiset vuodot päätyivät suoraan maaperään. Lisäksi oli normaalia jätehuoltoa haudata syntyneet jätteet maaperään. Pilaantuneiden alueiden kunnostaminen on arkipäivää. Ympäristöhallinnossa on tehty jo liki 4 000 pilaantuneiden maiden kunnostuspäätöstä. Luvussa ei ole mukana tuhansia äkillisiin öljyvahinkoihin liittyviä torjunta- ja puhdistustoimenpiteitä. Puhdistushankkeita aloitetaan vuosittain noin 300-400, kun määrä vielä 1990-luvun vaihteessa oli alle kymmenen. Pilaantuneen maaperän kunnostusmenetelmiä on kehitetty maailmalla laajasti. Maaperän rakenteesta, haitta-aineista ja niiden määristä riippuen eri menetelmät soveltuvat eri kohteisiin. Kunnostaminen voi tapahtua in situ (maata tai pohjavettä siirtämättä, esimerkiksi puhdistusmikrobien tai kasvien avulla) on site (paikan päällä) tai off site (maa tai pohjavesi siirretään käsiteltäväksi muualla). Suomessa kunnostusmenetelmät ovat samoja kuin Euroopassa yleisesti käytetyt menetelmät. Ilmasto- ja maaperäolosuhteiden takia menetelmien suora kopiointi ei kuitenkaan ole aina mahdollista. Esimerkkejä Suomessa käytetyistä menetelmistä ovat: kaatopaikkakäsittely, kompostointi, stabilointi, kiinteytys, eristys, pesu, poltto, terminen desorptio, huokosilmakäsittely ja pohjavedenpumppaus. Lievästi pilaantuneet maat viedään usein kaatopaikalle, jossa niitä hyödynnetään mm. jätepenkereen peittomaina sekä tuki- ja sulkemisrakenteina. Tavoitetila 2020: Eri sovelluksiin on käytössä uutta, kustannustehokasta, biopuhdistusta hyödyntävää kunnostusteknologiaa Bioteknologisia puhdistusprosesseja arvioidaan uusin diagnostisin menetelmin Bioteknologisten puhdistusmenetelmien ja prosessien kustannustehokkuutta pystytään arvioimaan laboratorio- ja/tai pilot vaiheiden aikana. Tarvittava mittausteknologia on kehitetty 24