Nobelisti Ada Yonath kehittää uutta antibioottia ja tutkii kemiaa, joka synnytti elämän

Ada Yonath teki mahdottomasta mahdollisen ja selvitti, miltä ribosomit näyttävät. Vuonna 2009 hänet palkittiin kemian Nobelilla.

Ada Yonath on maailman johtavia ribosomitutkijoita. Hänellä on ribosomien rakenteesta vankkaa tietoa, jota hän nyt hyödyntää kehittääkseen täsmätoimista antibioottilääkettä. Uusi lääke blokkaisi hallitusti bakteerin ribosomin toiminnan. Yonath haluaa myös selvittää, kuinka elämä sai alkunsa.

Ada Yonath on sinnikäs tutkija. Kun hän aikoinaan alkoi tutkia ribosomien rakennetta, juuri kukaan ei uskonut hankkeen onnistuvan. Hopeless work, kollegat sanoivat. Ribosomin rakennetta pidettiin aivan liian monimutkaisena selvitettäväksi.

Proteiinista ja rna:sta koostuva ribosomi on kuin pahasti sotkeutunut lankarulla. Proteiinin aminohappo- ja ribosomin rna -ketjut ovat kietoutuneet sekavaksi sykkyräksi. Miten siitä ottaisi selvän? Yonath ei antanut periksi vaan jatkoi sinnikkäästi tehden aluksi pieniä ja lopulta suuria edistysaskeleita.
Vuonna 2009 hänen ansionsa huomattiin kemian Nobel-palkinnolla, jonka hän jakoi kahden muun ribosomitutkijan Venkatraman Ramakrishnanin ja Thomas Steitzin kanssa.

Noista ajoista kuva ribosomista on yhä täydentynyt, ja tällä hetkellä Yonath voi käyttää kertynyttä tietoa hyväksi uuden antibiootin kehittämisessä. Hän etsii lääkettä, joka tarttuu täsmällisesti bakteerin ribosomin strategisiin kohtiin estäen sen toiminnan.

Yonathilla on Weizmann-instituutissa Rehovotissa Israelissa apunaan kymmenen tutkijan ryhmä ja hyvät tutkimuslaitteet.

Yonathia askarruttaa myös kemia, joka mahdollisti elämän. Hän on tehnyt jo alustavia kokeita ja tietää nyt, kuinka tutkimusta kannattaa jatkaa.
Tällä hetkellä hän olettaa pienten rna-molekyylirakenteiden katalysoineen muinoin peptidisidoksen syntymistä. Peptidisidokset sitovat aminohapot yhteen pitkiksi ketjuiksi, jotka sykeröityvät kolmiulotteisiksi proteiineiksi.

Seuraavassa podcastissa Ada Yonath kertoo tutkimuksistaan.

Ada Yonath oli vuonna 2009 neljäs kemian Nobelilla palkittu naistutkija.

Jutun toimitus Sisko Loikkanen, valokuvat Sisko Loikkanen ja Juho Leikas

”En etsi elegantteja vaan käytännöllisiä ratkaisuja” – sanoo kemian nobelisti Barry Sharpless

Barry Sharpless

Barry Sharplessin tutkimusryhmästä on vuosien varrella putkahtanut ulos orgaanisen synteesin menetelmiä, joista on ollut huomattava hyöty teollisuudelle. Sharpless on innovatiivinen tutkija, joka yhä etsii uusia, toimivia ratkaisuja orgaanisten molekyylien valmistukseen. Ihanteena on täydellinen reaktio, jossa saanto on sata prosenttia eikä sivutuotteita synny ollenkaan.

Yhdysvaltalainen Barry Sharpless pokkasi vuonna 2001 puolet kemian Nobel-palkinnosta. Palkinto myönnettiin kiraalisten katalyyttisten hapetusreaktioiden kehittämisestä. Sharpless kehitti ryhmineen menetelmän, jossa syntyy stereokemialtaan tarkasti määriteltyä glysidolia. Reaktio tuottaa vain yhtä isomeeriä, joko R- tai S-muotoa eikä isomeerien seosta kuten yleensä orgaanisissa synteeseissä. Sharplessin menetelmällä on ollut valtava merkitys lääketeollisuudelle, joka käyttää glysidolia sydänlääkkeiden valmistukseen.

Sittemmin Sharpless on syventynyt click-kemiaan. Toiveena on saada lähtöaineet reagoimaan täydellisesti halutuksi tuotteeksi, suurella saannolla ilman sivureaktioita.

Sharpless kiinnostui kemiasta ja tutkimuksesta opiskellessaan Dartmouth Collegessa New Hampshiressa. Vuonna 1968 hän väitteli tohtoriksi Stanfordin yliopistossa ja toimi sen jälkeen professorina sekä Stanfordissa että MIT:ssa. Lähes kolmen vuosikymmenen ajan hän on kehittänyt kemian synteesejä Scripps Research –instituutissa Kaliforniassa. Tällä hetkellä hän tutkii click-kemiaa myös yhteistyössä Shanghain orgaanisen kemian instituutin kanssa.

Barry Sharpless vieraili maaliskuussa luennoimassa Helsingissä pidetyssä ChemBio- tapahtumassa Helsingin Messukeskuksessa, jossa oheinen haastattelu on tehty.

Barry Sharplessin työllä on ollut merkittävä vaikutus lääketeollisuudelle

Barry Sharplessin laboratoriossa on kehitetty tärkeitä menetelmiä kemian synteeseihin. Orgaanisen kemian professori Ari Koskinen Aalto-yliopistosta kertoo podcastissa Sharplessin Nobel-palkintotöistä, työstä click-kemian parissa ja click-kemian suuntauksista.

Nobelistit Barry Sharpless, Ada Yonath ja Fraser Stoddard keskustelivat ChemBion paneelissa, jota veti professori Ari Koskinen Aalto-yliopistosta (kuvassa oikealla).

Jutun toimitus Sisko Loikkanen, valokuvat Sisko Loikkanen ja Juho Leikas

Kotimainen tervaöljy otettiin käyttöön voiteluaineiden tuotannossa jatkosodan aikana

Voiteluaineiden tuonnin loppuminen jatkosodan alkaessa 1941 johti moniin toimiin näiden riittävyyden takaamiseksi. Pienellä viipeellä vuonna 1943 Suomessa saatiin käynnistettyä kotimaiseen raaka-aineeseen perustuva voiteluöljytuotanto.

Pääasiallinen kotimaisten voiteluaineiden tuotannon lähtöaine oli kantoterva. Tervaöljymenetelmä kehitettiin Keskuslaboratorio Oy:ssä. Aloitteen voiteluöljyn valmistuksen tutkimuksen käynnistämiseksi teki Bertil Nybergh jo lokakuussa 1940. Tutkimukset aloitettiin heti, myöhemmin tutkimuksia tehtiin Terje Enkvistin johdolla. Tervatutkimusten raaka-aineena käytettiin A. Hellströmin omistaman Maaveden tervatehtaan kantotervaa.
Pilottikokeet tuotannon aloittamiseksi tehtiin Hangossa Forcit-Dynamit Ab:n tehtailla, jossa oli valmiina tyhjä tehdasrakennus. Tehtaan koneisto valmistettiin Forcit-Dynamit Ab:n korjauspajalla.

 

Sota-aikana autonmoottoriöljyihin sekoitettiin useimmiten 30–40 % kotimaisia jatkeita. Öljyn raaka-ainetta merkittävämpi muuttuja öljyn likaantumisen kannalta oli puuhiilikaasuttimen käyttö moottorin voimanlähteenä. Kuva ja linkki: Kansalliskirjasto / Doria

 

Tavoitteena tuottaa kolmannes sotaa edeltävän ajan voiteluöljyn kulutuksesta

Vuonna 1943 annettu öljylaki turvasi tervatehtaiden taloudellisen aseman. Tervatuotannon tavoitteeksi asetettiin 7 000–8 000 tonnia vuodessa. Tällä tuotantomäärällä kyettäisiin valmistamaan voiteluaineita 4 000 tonnia vuodessa. Määrä oli noin kolmannes sotaa edeltävän ajan kulutuksesta, ja sillä voitiin pitää välttämättömin liikenne käynnissä.
Voiteluaineteollisuuden koordinaattoriksi Suomeen perustettiin 6. heinäkuuta 1943 Oy Tervaöljy Ab. Yhtiön tarkoituksena oli edistää tai itse harjoittaa tervaöljyjen valmistusta toimittamalla yksityisille yrittäjille tarvittavia tietoja ja lisenssejä. Lisäksi yhtiön toimenkuvaan kuului alan tutkimus, joka keskitettiin Bertil Nyberghin johtamaan Keskuslaboratorio Oy:öön.
Tervateollisuus nousi myös Ruotsissa merkittäväksi tekijäksi voiteluöljypulan ratkaisijana. Ruotsissa perustettiin kantotervan hyödyntämistä varten Skogsägarnas Olje Ab. Yhtiön toiminta perustui noin sataan tervatehtaaseen, joiden tuotteet kerättiin kolmeen keskustislaamoon. Ruotsin tuotantokapasiteetti oli noin 20 000 tonnia tervaa vuodessa.

 

Valmistusta Ruotsista ostetuilla lisenssillä

Suomalainen tervateollisuus joutui aluksi tukeutumaan Ruotsissa kehitettyihin konstruktioihin. Oy Tervaöljy Ab osti Ruotsista O.M. Grunden, Skogsägarnas Olje Ab ja Ramén -hiiltämöiden lisenssit. Koska raaka-aineista ja laitteiden valmistajista oli pulaa, yhtiö tilasi hiiltämökoneistot keskitetysti Oulun Rautateollisuus Oy:ltä ja Mäntästä G. A. Serlachiuksen konepajalta. Oulusta tilatuista viidestä hiiltämöstä pystyttiin työvoimapulan vuoksi toimittamaan vain kaksi.
Forcit-Dynamitin voiteluöljytehdas Hangossa saatiin käyntiin 25. marraskuuta 1943. Koetehtaan käyttöinsinööriksi komennettiin rintamalta diplomi-insinööri Waldemar Jensen. Menetelmä perustui perättäin samassa teräsastiassa suoritettuun tervan krakkaukseen ja vesihöyrytislaukseen rautakatalyytin läsnäollessa. Vuoden 1943 aikana ehdittiin tehdä 22 keittoa, joissa 13:ssa käytettiin katalyyttina ferrokloridia, kahdessa rautaoksidia ja seitsemässä rautajauhoa.
Hangon tehtaassa saatiin alkalilla pestyjä voiteluöljyjä 43–49 %, polttoöljyä joka sisälsi myös fenoleja 12–19%, pikeä 20 % ja voiteluöljyn alkaliin liukeneva osa. Saatu voiteluöljy oli tislauksen eri vaiheissa eri paksuista. Lopputuotteen haittana oli se, että sen viskositeetti muuttui jyrkästi lämpötilan mukana.
Tervavoiteluöljyä käyttävillä autoilla ajettiin aluksi kaksi käyttökoetta. Tulokseen oltiin erittäin tyytyväisiä. Öljyn raaka-ainetta merkittävämpi muuttuja öljyn likaantumisen kannalta oli puuhiilikaasuttimen käyttö moottorin voimanlähteenä.
Tuotantokapasiteetiltaan suurempia tervatehtaita Suomessa oli vuonna 1943 vain 18. Näiden tuotantokapasiteetti oli yhteensä 77 300 tonnia vuodessa. Vuotta myöhemmin tehtaiden lukumäärä oli kasvanut jo 32:een ja hiiltokyky yli kaksinkertaistunut 168 500 tonniin vuodessa. Tehtaiden rakentamista viivytti teräslevyjen puute.

 

Raaka-aineen saatavuus tuotannon pullonkaulana

Tervaöljyn tuotantoa aloitettaessa inventoitiin maan tervaskantovarat. Inventointi tuotti yllättävän pettymyksen. Maasta laskettiin löytyvän noin miljoona m3 60–80 vuotta vanhaa kantoa. 10 000 tonnin tervan vuosituotannolla maan tervaskantojen laskettiin loppuvan jo kolmessa vuodessa.
Tervatehtaat olivat pääosin pieniä laitoksia. Useimmat tehtaat olivat pieniä rautaretorttihiiltämöjä, joiden tervatuotanto oli 50–150 tonnia vuodessa. Suurimmat Ramén-hiiltämot olivat Kajaanissa, Suolahdessa ja Ruukissa Oulun lähellä. Vuonna 1945 saatiin tuotantoon insinööri Kirkkomäen suunnittelemia pieniä retorttihiiltämöjä, jotka oli mitoitettu yhden miehen käytettäviksi.
Varsinaisia tervaöljytehtaita olivat Puukemia Oy Heinolassa, Standard Nobelin tytäryhtiö Oy Kanter Ab Seinäjoella, Forsiitti-Dynamiitti Oy:n Hangon tehdas ja Oy Petko Ab:n Viralan tehdas. Oy Tervaöljy Ab:lla oli sopimus myös tamperelaisen Kumiteollisuus Oy:n kanssa. Ainakin Oy Kanter Ab:n tehtaalla tehtiin aktiivista tuotekehitystyötä insinööri Hj. Strömin johdolla. Työ terva- ja voiteluöljytehtaissa oli luonteeltaan paikoin epäinhimillistä. Prosessissa syntyvät kaasut ja työsuojelutoimenpiteiden ohittaminen jo suunnitteluvaiheessa johti käytännössä tilanteisiin, joissa tehtaiden työntekijöiden oli työskenneltävä kaasunaamarivarustuksessa.

Maan tervaskantovarojen inventointi tuotti yllättävän pettymyksen. 10 000 tonnin tervan vuosituotannolla maan tervaskantojen laskettiin loppuvan jo kolmessa vuodessa. Kuva ja linkki: Kansalliskirjasto / Doria

Saksalaisen voiteluöljyn tuonnin katkeamien vauhditti tervaöljyn tuotantoa

Voiteluöljyteollisuuden käynnistysajankohta seurasi Saksaan tukeutuvan polttoainehuollon keskeytymisestä. Tilanteeseen oli kuitenkin varauduttu ajoissa ja katastrofilta vältyttiin. Valtio rahoitti Forcit-Dynamit Oy:n Hangon tehtaan koekäyttöä 1943 jo 200 000 markalla. Valtio valmistautui lisäksi sijoittamaan toimintaan nopeasti 48 milj. markkaa, mikäli yksityiset yrittäjät eivät olisi innostuneet tervaöljyn valmistuksesta.
Kustannuskysymykset ohitettiin tilanteessa kokonaan. Valtio rahoitti Keskuslaboratorio Oy:n alaan kohdistuvaa tutkimustoimintaa 1944 aluksi noin 500 000 mk:lla. Saksalaisen voiteluöljyjen tuonnin katkeaminen annettiin tuotannon kiihdyttämisen perusteeksi suorasanaisesti toukokuussa 1944.
Toukokuussa 1944 yritettiin tarttua kaikin keinoin myös pohjoismaiseen yhteistyöhön. Bertil Nybergh aloitti neuvottelut Winquist-menetelmän mukaisen mustalipeää raaka-aineenaan käyttävän nestemäistä polttoainetta valmistavan tuotannon käynnistämisestä ruotsalais-suomalaisena yhteistyönä. Hanke jäi kuitenkin suunnittelupöydälle.

 

Kotimaista sekoitetta mukaan auton moottoriöljyihin

Voiteluöljynvalmistajain yhdistyksen tekemissä käyttökokeissa tervaöljy todettiin käyttökelpoiseksi konevoiteluun, ei kuitenkaan kiertovoiteluun. Suurten dieselvoimalaitosten ja laivakoneiden voitelujärjestelmissä käytettiin pelkästään raakaöljypohjaisia voiteluaineita, mutta autonmoottoriöljyihin sekoitettiin useimmiten 30–40 % kotimaisia jatkeita.
Kotimaisten voiteluöljyjen valmistus saatiin toden teolla käyntiin kesällä 1944. Kriittisimmällä hetkellä, talvella 1944–1945, kaikki mahdolliset menetelmät voiteluöljyjen valmistamiseksi ajettiin käyntiin. Tervaöljytehtaiden tuotanto oli selvästi riippuvainen metsämiesten mahdollisuuksista toimittaa raaka-aineita ja tuloksia saatiin todella vasta vuoden 1945 alussa.
Viimeisenä voiteluöljytehtaista käynnistyivät raakamäntyöljyä raaka-aineena käyttävät tehtaat Kemissä ja Oulussa. Oulun tehdas oli alun perin mäntyöljytislaamo, johon hankittiin voiteluöljynvalmistusta varten sähkökäyttöinen krakkauspata. Kemissä käytettiin katalyyttinä rautaa sorvinlastuina tai jauhona. Heti sen jälkeen, kun tervaöljytuotanto oli saatu kunnolla vauhtiin, muihin raaka-aineisiin perustuvaa öljyjen tuotantoa kyettiin vähentämään ja arvokkaat raaka-aineet käyttämään muihin tarkoituksiin. Mäntyöljystä saatiin korvaamattomia vientituloja. Mäntyöljykilosta maksettiin heti sodan jälkeen ulkomailla kaksi kertaa enemmän kuin mitä raakaöljypohjainen voiteluöljykilo maksoi Suomeen tuotuna.
Tervasta ja liuskeöljyn ja tervan sekoituksesta valmistetut öljylaadut käytettiin aina kivennäisöljyihin sekoitettuina jatkeena. Vuosina 1945–1947 valmistettiin yhteensä 7 100 tonnia korvikeöljysekoituksia. Yhdistelmäöljyt valmistettiin useissa eri sekoittamoissa:
– OY NOBEL-STANDARD, Helsinki, Sörnäinen
– OY VACUUM OIL COMPANY, Helsinki
– OY MORE AB, Turku
– OY SUOMEN ÖLJYTEHDAS E. GRÖNBLOM AB, Turku
– V KAJOMERI & K:NI, Messukylä
– PUU- JA ÖLJY OY, Helsinki, Sörnäinen
– KONERASVA OY, Helsinki, Herttoniemi
Helsinkiläisen OY VACUUM OIL COMPANY AB onnistui vuoden 1944 lopulla kehittämään kelvollista vaihteistoöljyä valmistavan prosessin. Tuote otettiin välittömästi yleiseen jakeluun. Tervaöljyn tuotanto loppui kylmän sodan alkaessa ja länsituonnin käynnistyessä 1948.

Kansanhuoltoministeriön julkaisu vuodelta 1943. Kuva ja linkki: Kansalliskirjasto / Doria

 

Kirjoittaja: Panu Nykänen

 

Lääkekehittäjän työtä motivoi potilas, joka saa uuden hoidon ja helpotuksen elämään

Lääkkeen kehittämiseen kuluu tyypillisesti aikaa kymmenestä viiteentoista vuotta, ja vain murto-osa kliinisiin kokeisiin edenneistä ehdokkaista hyväksytään lopulta lääkkeeksi. Kehitystyö on riskialtista ja täynnä tieteellisiä haasteita, mutta onnellisessa tapauksessa tuloksena on lääke, josta sekä potilas että kehittäjä voivat iloita.

Haastateltavana Orionin globaalin lääkekehityksen johtaja Leena Otsomaa.

”Verkostoituminen globaalisti on tärkein kanava pysyä tieteen eturintamassa”, sanoo Leena Otsomaa Orionista.

Tutkimuksen kolme terapia-aluetta 

Orionissa tutkitaan ja kehitetään lääkkeitä kolmella eri terapia-alueella, keskushermostotaudeissa, onkologiassa ja harvinaisten sairauksien alalla.

Keskushermostotautien parissa Orion on pitkään pureutunut varsinkin neurodegeneratiivisiin sairauksiin ja krooniseen kipuun, ja neurodegeneratiivisista sairauksista kohteena ovat olleet Parkinsonin taudin hoito ja ALS. Onkologiassa keskeisiä ovat olleet kiinteiden kasvainten, tuumoreiden lääkkeet ja syövät, jotka perustuvat steroidihormonien toimintaan. Harvinaisista sairauksista Orionin kiinnostus kohdistuu suomalaisten perinnöllisiin tauteihin.

Lääkekemistin tarvekaappiin kuuluu reagensseja ja liuottimia, joita tarvitaan synteesien tekoon.

Podcastissa Leena Otsomaa kertoo lääkkeen kehitystyöstä. Hän toimii Orionissa globaalin lääkekehityksen johtajana, virallinen työnimike on Director Global Medicine Design.

Jutun toimitus ja valokuvat Sisko Loikkanen. 

Laboratoriossa ja kedolla

Kemian tutkimuksen ja alan teollisuuden pitkä historia Suomessa

Tutkija Panu Nykänen, FT Teknillisten Tieteiden Akatemia, piti ansiokkaan esitelmän Suomalaisten Kemistien Seura r.y:n kokouksessa 6.3.2019.

Voit nyt tutustua myös Kemia100-sivuilla Panu Nykäsen esitelmäkalvoihin ja suomalaisen kemian tutkimuksen ja alan teollisuuden pitkään historiaan.