Tiina Vainio-Kaila kuuli ensi kertaa puun antibakteerisista ominaisuuksista vuonna 2007. Tästä seurasi kymmenen vuoden salapoliisityö aiheen parissa.
Tiina Vainio-Kaila
Kuvaaja
Markus Sommers
Kirjoittaja
Petja Partanen

Mänty on sairaalabakteerin kauhu

Tiina Vainio-Kaila halusi selvittää väitöstyössään, miksi moni bakteeri kuolee puupinnalla. Selitys löytyy niin puun uuteaineista, ligniinistä kuin puun tuoksusta.

Ulkoseinät kuusesta, sisäpuoli kauttaaltaan tervaleppää. Kampin kappeli Helsingin ydinkeskustassa on näillä kulmilla harvinaisuus, kauttaaltaan puusta tehty rakennus. Sisällä hiljennytään suomalaisen puun tuoksua haistellen.

Tutkijalle puun tuoksu ei ole pelkkää puun tuoksua, vaan joukko haihtuvia orgaanisia yhdisteitä. Yksi Tiina Vainio-Kailan väitöskirjan artikkeleista pureutui juuri puun VOC (Volatile Organic Compounds) -yhdisteisiin. Monien materiaalien VOC-päästöjä pidetään terveysriskeinä, mutta puulle tyypillisen tuoksun synnyttävä alkoholien, aldehydien ja terpeenien cocktail on väitöstyön perusteella haitallinen bakteereille, ei ihmisille.

– Puun VOC-yhdisteillä on jonkin verran antibakteerisia vaikutuksia, Vainio-Kaila kertoo.
 
Vainio-Kaila purki väitöstyössään Etelä-Suomen sahoilta hankittuja kuusi- ja mäntynäytteitä sananmukaisesti alkutekijöihinsä, selluloosaksi, ligniiniksi ja kymmeniksi puun sisältämiksi uuteaineiksi. Hän halusi selvittää perussyyn monia tutkijoita hämmästyttäneelle ilmiölle, puun antibakteerisuudelle.

Vainio-Kailan tutkijanura lähti käyntiin vuonna 2007. Tuoreen DI:n ensimmäinen työtehtävä puunjalostustekniikan laboratoriossa oli laatia kirjallisuuskatsaus puun erilaisista funktionaalisista ominaisuuksista.

– Kiinnostavin ominaisuus oli puun antibakteerisuus.

Puun kyky sitoa kosteutta, akustiset ominaisuudet ja lämmönjohtavuus tunnettiin jo varsin hyvin. Sen sijaan antibakteerisuus on puututkijoille uusi havainto, ja varsin vähän tutkittu. 

Puun antibakteerisuudesta olivat raportoineet muun muassa leikkuulautamateriaalien paremmuutta vertailleet tutkijat. Yleinen havainto oli, että hygieeniseltä tuntuva muovi olikin usein pahempi bakteeripesä kuin puinen leikkuulauta. 

Näistä havainnoista muotoutui Tiina Vainio-Kailan väitöstyön otsikko.

– Halusin tutkia puuta yleisemmin, millaisia antibakteerisia ominaisuuksia sillä oikein on?

Puu peittosi lasipinnan

Yleensä rakennusmateriaaleista haihtuvat VOC-päästöt pyritään minimoimaan, mutta puun tuoksu taas koetaan miellyttävänä, ja sillä on väitöskirjan perusteella myös antibakteerisia vaikutuksia.

Tutkittaviksi bakteereiksi Vainio-Kaila valitsi yleisimpiä kiusankappaleita. Listeria- ja salmonellabakteerit ovat yleinen riesa elintarviketeollisuudessa. Sairaalabakteereina tunnetut antibioottiresistentit MRSA ja VRE-bakteerit taas ovat kasvava ongelma terveydenhuollossa. Escheria coli -bakteeri on yleinen ripulin aiheuttaja, Steptococcus pneumoniae on taas monen päiväkotilapsen korvatulehduksen syynä.

Väitöskirjan ensimmäinen julkaistu artikkeli vertaili, miten bakteerit viihtyvät käsittelemättömillä puupinnoilla. Verrokkina toimi hygieeniseksi mielletty lasipinta. 

Vainio-Kailan tutkimus oli varsin poikkitieteellistä, kaukana puunjalostajien ydinosaamisesta. Koska aiempaa tutkimusta aiheesta ei juuri ollut, vei uusien tutkimusmenetelmien kehittäminen paljon aikaa. Menetelmiä lainattiin mikrobiologiasta, bakteerikantoja taas Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen kokoelmista. 

Kun Vainio-Kaila pääsi ensi kertaa laskemaan eri pinnoilla kasvaneiden bakteerikasvustojen määriä laboratorion kasvatusalustoilta, olivat tulokset linjassa aiempien tutkimushavaintojen kanssa. Sekä koli- että listeriabakteerit kuolivat vähitellen puupinnalla, mutta säilyivät hengissä verrokkina toimineella lasilevyllä.

Seuraavaksi Vainio-Kaila lähti purkamaan puuta osiin. Puun uuteaineet hän liuotti asetoniin, ja itse puumateriaali purettiin alkutekijöihinsä, selluloosaksi, hemiselluloosaksi ja ligniiniksi. 

– Yksi keskeinen havainto oli, että puun uuteaineet ovat kohtuullisen tehokkaita sairaalabakteereja vastaan.

Uutta lähestymistapaa edusti myös Vainio-Kailan puusta haihtuvien orgaanisten VOC-yhdisteiden tutkimus.

Puun hajusta ei valiteta, eikä puutalo allergisoi.

– Kukaan ei ollut aiemmin tutkinut, miten ne voisivat edistää hyvinvointia.

Teollisuudessa VOC-päästöjä yritetään yleensä minimoida, sillä esimerkiksi uusista vaatteista tai muovituotteista haihtuvia kemikaaleja epäillään usein allergioiden aiheuttajiksi. 

– Puun hajusta ei sen sijaan valiteta, eikä puutalo allergisoi.

Antibakteerisuudelle monta selitystä

Väitöstyön perushavainto oli, että sekä puupinnat että monet puussa esiintyvät yhdisteet ovat antibakteerisia, ja mänty on hieman kuusta antibakteerisempaa. Väitöksessään Vainio-Kaila esittelee ilmiölle useita selityksiä. Monet puun kymmenistä eri uuteaineista ovat antibakteerisia, kuituja yhteen sitova ligniini on antibakteerista ja puun pinta kuivuu nopeasti bakteereille epäedullisen kuivaksi.   

Sen sijaan Vainio-Kailan alkuperäinen visio, kaiken kattava selitys puun antibakteerisuudesta, jäi vielä odottamaan ratkaisijaansa. 

– Voi sanoa, että ilmiö on varsin monimutkainen. Esimerkiksi puun uuteaineista ei löytynyt yhtä ainoaa ainetta, joka korreloisi suoraan antibakteerisuuden kanssa.

Antibakteerisuuden taustalla ei tutkijan nykykäsityksen mukaan olekaan yksi aine, vaan monista raaka-aineista koostuva soppa.

– Mutta hyvin toimiva sellainen.

– Ja onko sillä käytännön kannalta edes väliä, mitkä aineet yhdessä ovat se merkittävin tekijä antibakteerisuuden taustalla? Vainio-Kaila pohtii.

– Puun antibakteerisuuden hyödyntämisessä vain mielikuvitus on rajana. Esimerkiksi sairaalabakteerit ovat kasvava ongelma terveydenhuollossa. Jos meillä on keinoja hidastaa niiden leviämistä, niin se on hyvä juttu.

Puun antibakteerisuuden hyödyntämisessä vain mielikuvitus on rajana.

Pieniä bisneksen alkujakin on jo olemassa. Esimerkiksi saksalaisyritys Wilms HygieneHoltz valmistaa puusta erilaisia hygieniatuotteita, ihovoiteista antibakteerisiin mattoihin ja leikkuulautoihin.

– He ovat parantaneet puun luontaisia antibakteerisia ominaisuuksia tuotteissaan vielä eteenpäin.

Kenen toivoisit lukevan väitöstyösi? 

– Kaikkien jotka myyvät puutuotteita. Puun VOC-päästöjen positiivisia vaikutuksia voisi hyödyntää puutuotteiden markkinoinnissa.

Havainnon puun tuoksun antibakteerisuudesta luulisi kiinnostavan esimerkiksi hirsitalovalmistajia.

Kokopuisten sairaaloiden ja päiväkotien terveysvaikutuksia kannattaisi tutkia tarkemmin.

Tutkija muistuttaa vielä, että puu ei yksinään pelasta maailmaa bakteeritulehduksilta. Useimmiten puupinta on peitetty maalin tai lakkapinnan alle. 

– Mutta perustutkimus on saatu hyvin käyntiin, Vainio-Kaila iloitsee.

Väitöstyön tulokset vihjaavat vahvasti siihen, että kokopuisten sairaaloiden ja päiväkotien terveysvaikutuksia kannattaisi tutkia hieman tarkemmin.

Rakkautta ensi silmäyksellä

Insinööriura oli Tiina Vainio-Kailalle puolivahinko, vara­suunnitelma, jos lääketieteellisen ovet eivät avaudu. Mutta puunjalostustekniikka vei mennessään:

– Rakastuin puuhun heti opinnot aloitettuani. 

Valmistuminen osui ajankohtaan, jolloin metsäteollisuudella meni huonosti. Vastavalmistunut DI oli muutaman kuukauden töitä vailla, kunnes puunjalostustekniikan laboratoriossa avautui tutkijan paikka. Kymmenen vuoden tutkijapesti Otaniemessä on ollut opettavaista aikaa.

– Olen istunut labrassa todella paljon, ja oppinut valtavasti puun kemiasta ja mikrobiologiasta.

Työn ohessa perhekin on kasvanut kolmella lapsella. 

Väitöstyön valmistuttua Vainio-Kaila aloitti projektipäälllikkönä Woodio oy:ssä. Yrityksen ensimmäinen tuote on puukomposiitista valmistetut pesualtaat. Puu antaa altaalle lujuuden ja ulkonäön, hartsi pitää kosteuden ulkona rakenteesta. 

– Woodio on nuori startup-yritys. Meitä on neljä, minä vastaan yrityksen tutkimuspuolesta. 

– Uusia tuotteita on jo tulossa. Muun muassa seinäpaneeleja, kylpyammeita ja wc-istuimia kehitellään parhaillaan. 

Rakkaus puuhun näkyy myös Vainio-Kailan kotona. 

– Jos voi valita puun ja muun välillä, valitsen puun, hän nauraa.

Esimerkiksi kipsilevyseiniä ei kotoa Helsingin Pakilassa remontin jäljiltä löydy. Niin seinät kuin katto tehtiin laudasta.

Tiina Vainio-Kailan tie tekniikan tohtoriksi

  • 1976. Tiina Vainio-Kaila syntyy Helsingissä.
  • 1999. Valmistuu ammattikorkeakoulusta nuorisotyön ohjaajaksi. ”Olin sen jälkeen puoli vuotta töissä päiväkodissa, ja tiesin että tätä en halua.”
  • 2000. DI-opinnot TKK:n puunjalostusosastolla alkavat. ”Pyrin lastenlääkäriksi, 
en päässyt, TKK oli varasuunnitelma.”
  • 2006. Vainio-Kaila valmistuu diplomi-insinööriksi.
  • 2007. Tutkijaksi TKK:n puulabran TEKES-projektiin. "Puun kiinnostavin ominaisuus oli antibakteerisuus."
  • 2008. Väitöskirjan otsikko lyödään lukkoon.
  • 2017. Väitöstyö Antibacterial properties of Scots pine and Norway spruce hyväksytään Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulussa.

Mitä haluaisit saada aikaan tekniikan tohtorina?
Olisi mahtavaa, jos pystyisi jotenkin edistämään teollisuuden ja tekniikan kehitystä. Väitöskirjani tuloksissa on monta sellaista pikku langanpäätä, joihin toivottavasti joku tarttuu.

Suosikkileikkikalu?
Polkupyörä. Voin paremmin, kun pyöräilen päivittäin töihin. Kun on kolme pientä lasta, niin ei ehdi kauheasti harrastaa.

Lempiharrastus?
Välillä käyn suunnistamassa, luen kirjoja.