Elämän koodi ja kvantti yhdistyvät - uraauurtava hanke rakentaa biotalouden seuraavaa läpimurtoa

Suomessa käynnistyy kansainvälisesti ainutlaatuinen tutkimus- ja innovaatiohanke Q‑GEN, joka yhdistää kvanttilaskentaa ja biotieteitä. Tulevaisuudessa kvanttilaskenta voi mahdollistaa esimerkiksi uudenlaisten biomateriaalien ja teollisten entsyymien kehittämisen sekä entistä tarkemmat ja tehokkaammat genomisen jalostuksen menetelmät. Hanke rakentaa biotaloutta, joka hyödyntää biologista dataa ennennäkemättömällä tarkkuudella, eettisesti ja turvallisesti.

Business Finlandin rahoittamaa Q-GEN-hanketta johtaa Luonnonvarakeskus (Luke). Kumppaneina ovat mukana Aalto-yliopisto, VTT ja Helsingin yliopisto. 

Merkittävä tutkimus- ja innovaatioaloite

Q-GEN-hankkeen keskeinen ajatus on biologisten ilmiöiden kvanttipohjainen mallinnus ja hyödyntäminen. 

”Hankkeessa yhdistyvät elämän peruskoodi DNA ja kvanttilaskenta, joka hyödyntää luonnon kvanttimekaanista käyttäytymistä laskennan suorittamiseen. Yhdistelmä avaa uusia mahdollisuuksia biologisen datan analysointiin sekä DNA-sovelluksiin ja jalostukseen. Esimerkiksi bioinformatiikka on erittäin lupaava sovellusalue kvanttilaskennalle, jonka menetelmät ja laskentateho kehittyvät nopeasti maailmanlaajuisesti”, sanoo professori Ilkka Tittonen Aalto-yliopistosta.

Kvanttilaskennalla voidaan ratkaista ongelmia, jotka ovat nykyisille laskentamenetelmille liian monimutkaisia. 

“Biologista ja etenkin genomista dataa kertyy ennennäkemättömällä vauhdilla, mutta se on niin monimutkaista, ettemme vielä pysty sitä hyödyntämään täysimääräisesti. Läpimurto ei synny datan määrästä vaan siitä, miten sitä voidaan tulkita. Kvanttilaskennan avulla voimme lähestyä biologisia ongelmia täysin uudella tavalla”, kertoo hankkeen koordinaattori, tutkimuspäällikkö Sirja Viitala Lukesta.

Q-GEN rakentaa Suomelle strategista etumatkaa yhdistämällä kaksi kansallista vahvuutta: kvanttiteknologian ja biotieteet. Samalla se tukee Suomen kvanttistrategiaa ja EU:n biotalousstrategiaa sekä vahvistaa Euroopan kilpailukykyä.

Ensimmäisiä konkreettisia läpimurtoja jo lähivuosina?

Kvanttilaskentaa voidaan hyödyntää esimerkiksi biopohjaisten materiaalien suunnittelussa, teollisten entsyymien kehittämisessä, bioinformatiikassa ja genomisessa jalostuksessa.

Q-GEN rakentaa suoria polkuja tutkimuksesta kaupallisiksi ratkaisuiksi. Tutkimusorganisaatioiden lisäksi hankkeessa tehdään laajasti yhteistyötä yritysten kanssa tutkimuksen ja käytännön sovellusten testaamisen edistämiseksi. Samalla rakennetaan osaamista, joka yhdistää kvanttitieteen, biologian ja dataan perustuvan innovaatiokehityksen.

Luke tarkastelee hankkeessa, miten kvanttilaskenta voisi tehostaa genomista jalostusta. Kvanttimenetelmät voivat mahdollistaa aiempaa yksityiskohtaisemman geneettisten vuorovaikutusten mallinnuksen, mikä nopeuttaa jalostuspäätöksiä ja tukee kestävämpien ja tuottavampien ominaisuuksien kehittämistä.

“Genominen jalostus perustuu kykyymme hyödyntää genomista tietoa ja ymmärtää biologista monimutkaisuutta. Kvanttilaskennalla voimme käsitellä merkittävän suuria aineistoja ja potentiaalisesti mallintaa tarkemmin erityisesti geneettisiä vuorovaikutuksia.  Tämä voi nopeuttaa jalostusta merkittävästi ja avata mahdollisuuksia kehittää entistä kestävämpiä ja tuottavampia ratkaisuja biotaloudessa”, avaa Sirja Viitala Lukesta. 

Vastuullinen ja eettinen teknologiamurros rakentaa kestävämpää tulevaisuutta

Kvanttilaskennan ja bioteknologian yhdistäminen tarjoaa uusia keinoja vastata aikamme suuriin haasteisiin, kuten ilmastonmuutokseen, luonnonvarojen kestävään käyttöön ja ruokaturvan parantamiseen.

Hanke huomioi teknologian yhteiskunnalliset vaikutukset yhdistämällä eettiset, lainsäädännölliset ja yhteiskunnalliset näkökulmat tutkimukseen ja innovaatioihin. Tavoitteena on varmistaa, että syntyvät ratkaisut ovat paitsi teknologisesti edistyksellisiä myös turvallisia, hyväksyttäviä ja tukevat siirtymää kohti kestävää biotaloutta.