Biotekniikka
Biotekniikka – mitä se on?
Biotekniikalla tarkoitetaan menetelmiä, jotka käyttävät eläviä eliöitä tai soluja tai niiden osia. Perinteinen biotekniikka on arkipäivää. Tänäänkin olet varmasti ollut tekemisissä biotekniikan tuotteiden kanssa. Juustojen, jogurttien ja leivän valmistukseen käytetään hapatteita ja hiivaa, sanomalehtipaperin valmistukseen mikrobeja ja farkkukankaan vaalentamiseen entsyymejä.
Puhutaan myös modernista biotekniikasta eli geenitekniikasta, jossa esimerkiksi siirretään geenejä eliöstä toiseen. Pyritään tuottamaan esimerkiksi viljelykasveja, jotka pystyvät vastustamaan rikkaruohomyrkkyjä tai kestämään paremmin kylmää. Monia lääkkeitä valmistetaan nykyään mikrobien avulla.
Biotekniikan avulla uskotaan voitavan ratkaista – tai ainakin auttaa – monia maapallon laajuisia ongelmia. Sen erilaisista sovellutuksista toivotaan apua niin maailman ruokapulaan, kehitysmaiden sairauksien hoitamiseen, luonnonvarojen loppumiseen, energiantuotantoon kuin ympäristön saastumisen ja pilaantumisen hoitoonkin. Biotalous lienee tulevaisuudessa kasvava talouselämän alue.

Funktionaaliset elintarvikkeet ovat bioteknisesti "paranneltua" ruokaa
Ruokakaupassa on nykyään runsaat valikoimat elintarvikkeita, joita markkinoidaan niiden terveyttä edistävällä vaikutuksella. Näitä kutsutaan funktionaalisiksi elintarvikkeiksi.
Esimerkiksi niin sanotuissa ruoansulatusjogurteissa on suoliston toiminnalle edullisia maitohappobakteereita.
Muita tällaisia funktionaalisia elintarvikkeita ovat voileipämargariinit, joihin on lisätty veren kolesterolitasoa laskevia steroleja sekä esimerkiksi koivusokeria eli ksylitolia sisältävät makeiset.
Funktionaalisten elintarvikkeiden terveysvaikutuksista on usein puutteellisesti tutkimustietoa.

Hapattaminen, juoksuttaminen ja käyttäminen ovat ruuan valmistuksen ikivanhaa biotekniikkaa
Elintarvikkeiden valmistuksessa käytetään monia hiivoja (eli yksisoluisia sieniä), bakteereita ja homeita. Vanhin biotekniikan sovellutus, jota ihmiskunta on käyttänyt, lienee hedelmämehun käyttäminen viiniksi. Sopivissa olosuhteissa eli lämpötilassa ja happipitoisuudessa sokeripitoinen neste alkaa hiivasienten ansiosta käydä.
Toinen vanha tapa on ollut hapattaa maitoa pidempään säilyväksi piimäksi. Jogurttien ja juustojen valmistuksessa käytetään maitohappobakteereita, jotka lisääntyessään hapattavat maidon sopivasti. Kuuluisia hapatettuja herkkuja ovat mm. hapankaali ja hapansilakka. Niinkin arkipäiväinen asia kuin leivinhiiva on biotekniikkaa. Leivinhiiva on sieni, joka sopivassa lämpötilassa hajottaa taikinan sokereita ja näin tuottaa itselleen energiaa ja jätteenä hiilidioksidia, joka nostattaa taikinan kuohkeaksi. Homejuustoja valmistettaessa maitoon sekoitetaan tarkasti valittu ja kasvatettu homekanta. Homettamalla syntyy myös indonesialaisherkku tempeh. Laktoosi-intoleranssista kärsivät käyttävät maitoa, jonka sisältämä laktoosi on pilkottu laktaasi-entsyymillä.
Ruotsalainen perinneherkku hapansilakka valmistetaan käyttämällä silakkaa suolavedessä.

Kasvin- ja eläinjalostuksen perusteet
Kasvinjalostus eli kasvilajikkeiden ominaisuuksien muuttaminen ihmisen haluamaan suuntaan on jo kauan käytettyä biotekniikkaa. Kaikilla nykyään viljelyssä olevilla viljakasveilla on olemassa villi kantamuoto, jota ihminen on alun perin käyttänyt ja pikkuhiljaa muuttanut sen satoisampaan, suurempaan, ja nopeammin kasvavaan muotoon. Jalostus perustuu kasvin ominaisuuksien perinnölliseen muunteluun eli siihen että kasviyksilöt poikkeavat toisistaan ja siksi esimerkiksi parempisatoiset kasvit ovat tuottaneet parempisatoisia jälkeläisiä. Tässä valintaan perustuvassa jalostuksessa on kasvatukseen valikoitu yksilöt, jotka ovat kasvattaneet esimerkiksi suurimmat jyvät ja tukevimmat korret. Näitä valikoituja yksilöitä on risteytetty keskenään ja saatu tuottavampia lajikkeita.
Valintaan perustuvat kasvinjalostus on kuitenkin suhteellisen hidasta. Nykyään pystytään esimerkiksi solukkoviljelyn avulla tuottamaan tuottoisasta kasvista täysin identtisiä kopioita eli kloonaamaan yksilöitä.
Tutkijat ovat oppineet siirtämään geenejä eliöstä toiseen. Tämä geenitekniikka tuo uusia mahdollisuuksia kasvinjalostamiseen. Esimerkiksi viljakasviin voidaan siirtää toisesta kasvista tukevan korren aikaansaava geeni tai geeni, jonka ansiosta kasvi käyttää tehokkaammin ravinteita. Voidaan myös unelmoida esimerkiksi tomaatista, jolla olisi juurissaan perunan mukulat. Tällaista ruokaa, jota on tuotettu siirtämällä geenejä muusta kasvista, kutsutaan muuntogeeniseksi ruuaksi.

Eläinjalostus
Paitsi kasveja, ihminen on jalostanut myös kotieläimiä. Valintaa on tehty samoilla tavoilla: valitsemalla yksilöitä, joilla on hyvät ominaisuudet ja risteyttämällä jälkeläisiä. Lemmikeissä, kuten koirissa, on valikoitu erilaisia ulkonäköön ja -muotoon tai metsästykseen liittyviä ominaisuuksia ja kehitetty hyvinkin paljon toisistaan poikkeavia koirarotuja.
Koti- ja tuotantoeläimissä on haluttu kehittää hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten lehmien maidontuotantoa, lihaeläinten nopeaa lihaskasvua tai lampaanvillan ominaisuuksia. Kotieläinten jalostuksessa yksilöiden ominaisuudet kirjataan tarkasti ylös, ja hyviä jälkeläisiä tuottavalla siitossonnilla voi olla tuhansia jälkeläisiä. Tavallisimmin käytetään keinosiemennystä pakastetulla spermalla. Hyvät ominaisuudet omaavia nautayksilöitä voidaan lisätä vielä tehokkaammin alkionsiirrolla, jossa keinohedelmöitettyjä alkioita tuotetaan kymmenittäin ja siirretään toisiin lehmiin kehittymään. Geenikartoitusta käyttämällä voidaan jalostukseen valita emät ja isät vielä täsmällisemmin ja yhä useamman ominaisuuden suhteen.

GMO eli geenimuunnellut eliöt
Kun eliöön on siirretty geenejä muista lajeista, puhutaan geneettisesti muunnellusta organismista eli GMO:sta. Tällaista, eri lajien välistä geenisiirtoa kuvaa tomaatti, johon on siirretty kampelalta kylmänkestävyyttä parantava geeni. Geenisiirroilla voidaan parantaa viljelykasvien kestävyyttä kasvitauteja, tuhohyönteisiä, epäedullisia kasvuolosuhteita ja rikkaruohomyrkkyjä vastaan. Eläinjalostuksessa geenisiirtoja ei ole tehty, vaikka geenien siirtäminen eläinlajien välillä onkin mahdollista. Esimerkiksi Suomessa syntyi 1990-luvulla Huomen-niminen lehmä, jonka geeneihin oli siirretty ihmisen punasolujen kasvutekijän (dopingaineena tunnetun EPO-hormonin) geeni. Eläinten kloonaaminen on mahdollista, ja maailmassa on kloonattu useita kymmeniä eläinlajeja.

Geenimuunneltuja eli GM-kasvilajikkeita on kehitetty useita kymmeniä. Tärkeimpiä geenimuokattuja viljelykasveja ovat maissi, soija ja rapsi. Näitä käytetään sekä ravintona että eläinten rehuna jo melko laajasti. Valtaosa maailmassa viljellystä soijasta on jo ns. GM-soijaa. Suomessakin osa eläinten rehuna käytettävästä soijasta on geenimuunneltua. GM-rehulla kasvatetut eläimet eivät kuitenkaan ole geenimuunneltuja, sillä rehu hajoaa eläinten ruoansulatuksessa. Geenimuunneltujen kasvilajikkeiden avulla on toivottu apua maailman ruokapulaan ja kehitysmaiden ihmisten nälkäongelmaan. 1990-luvulla kehitetyssä ns. kultaisessa riisissä on siirrettynä A-vitamiinin esiastetta tuottava geeni. A-vitamiinin puutos aiheuttaa sokeutta ja vajaakehitystä.
Toisaalta GM-siemenet samoin kuin niiden viljelyyn tarvittavat lannoitteet ja torjunta-aineet ovat monikansallisten yhtiöiden patentein suojaamia. Niitä käyttävät viljelijät ovat täysin riippuvaisia näiden yritysten hinnoittelusta ja määräyksistä.
Geenitekniikan käyttämisestä ruuan tuotannossa on voimakkaita mielipiteitä. Jotta asiaan voisi ottaa perustellusti kantaa, pitää ymmärtää geenien toiminnan periaatteista sekä tuntea tarkasti ne ekosysteemit, joissa geenimuunnellut lajit ovat ravintoketjujen osina.
Teolliset sovellukset
Biotekniikkaa käytetään myös teollisuudessa. Apuna käytetään paitsi erilaisia mikrobeja, myös lukuisia eri entsyymejä. Entsyymit ovat biologisia yhdisteitä – yleensä proteiineja, jotka saavat aikaan ja tehostavat biologisia reaktioita. Elävissä soluissa ja myös ihmisen elimistössä toimii monenlaisia aineenvaihdunta- ja ruoansulatusentsyymeitä. Näitä samoja elävissä soluissa toimivia entsyymeitä pystytään nykyään tuottamaan suuressa mittakaavassa ja nopeasti mikrobien avulla ja niitä käytetään paljon esim. elintarvikkeiden valmistuksessa, pesuaineissa ja esim. selluloosan valkaisussa korvaamaan myrkyllisiä valkaisukemikaaleja.
Entsyymien likaa irrottavat ominaisuudet ovat käytössä pyykinpesuaineissa, joissa ne saavat lian irtoamaan ilman kuumaa vettä. Kotitalouksien ja teollisuuden jätevesien puhdistamisessa tärkeimmät puhdistamon työntekijät ovat mikrobit. Ne käyttävät ravinnokseen jäteveden orgaanista aineista (uloste ja virtsa) ja tuottavat siitä energiaksi käyttökelpoista metaanikaasua (CH4) ja muuttavat vesiä rehevöittävät typpiyhdisteet takaisin ilmakehän typeksi (N2).
Mikrobit voivat käyttää eli tavallaan syödä myös öljyä: öljyonnettomuuksissa meriveden puhdistamiseen käytetään veteen levitettäviä mikrobeja. Mikrobeja voidaan käyttää myös maaperän puhdistamiseen bensiinistä, puunkyllästysaineista tai rikkaruohomyrkyistä. Kaivosteollisuudessa metalleja voidaan "irrottaa" kivestä mikrobien avulla veteen, josta ne saostetaan ja otetaan talteen.
Huomattava ja kasvava tapa käyttää mikrobeja on valmistaa niiden avulla biopolttoaineita. Mikrobit on saatu tuottamaan puusta ja teollisuuden jätteistä butanolia (C4H10), jota voidaan käyttää autojen polttoaineena. Toisessa sovellutuksessa geneettisesti muunneltu suolistobakteeri on saatu tuottamaan biopolttoainetta merilevästä. Myös biohajoavat materiaalit, kuten muovi ja niistä valmistetut tuotteet ovat uusi biotekniikan sovellus.
|
Tuote |
Selitys |
|
Farkut |
Kivipestyjen farkkujen ulkonäkö saadaan käsittelemällä farkut Trichoderma-homeen puuvillakuituja pilkkovalla sellulaasi-entsyymillä. |
|
Pyykinpesuaineet |
Homeiden sellulaasientsyymeillä parannetaan lianpoistokykyä. |
|
Oliiviöljy |
Homeiden entsyymit lisäävät oliiveista saatavaa öljyn määrää. |
|
Soijakastike |
Soijapapuja käsitellään homeella, jonka entsyymit hajottavat soijaa. |
|
Antibiootit |
Mm. Penicillium-home. |
|
Lääke- ja elintarvikevalmisteita |
Geenimuokatuissa homeissa tuotetaan mm. kolesterolia alentavia valmisteita ja vitamiineja. |