Le premier prix Nobel finlandais est né à Helsinki le 15 janvier 1895. Après avoir étudié la chimie à l'Université de sa ville natale, il obtient en 1918 le grade de docteur, ayant préparé sous la direction du professeur O. Aschan une thèse sur les acides résineux dans laquelle il établit la constitution de l'acide abiétique de la colophane du pin. Jugeant sa formation insuffisante, il étudie les techniques et les méthodes chimico-physiques et biochimiques à l'occasion de voyages "post-doc" en Suisse, en Allemagne et en Suède.

En 1921, il accepte le poste de chef de laboratoire de l'organisation centrale des laiteries coopératives finnoises, la Valio. Virtanen est alors nommé maître de conférences à l'Université d'Helsinki (1924-1939); il enseigne également au cours de cette période (1931-1938) à l'Ecole Technique Supérieure d'Helsinki. Pédagogue original, il fait participer les étudiants les plus avancés aux travaux de recherche de l'Institut dont il assure la dierection.

Il occupe ensuite, de 1939 à 1948, la chaire de biochimie à l'Université d'Helsinki. Tenant de la recherche fondamentale, Virtanen n'a jamais perdu de vue qu'elle devait pouvoir déboucher sur des applications techniques, lors même qu'elle semble s'en éloigner. Evoquant son entrée à la Valio, où son travail porte sur les problèmes pratiques posés par l'industrie laitière (détermination des taux de matière grasse, dosage de l'eau, mesure du pH), il écrit: "Mes intérêts m'entraînaient plutôt vers les problèmes généraux, ce qui, bien entendu, étonnait la direction de cet établissement. Or l'expérience a montré que l'étude des phénornènes sans but pratique conduisait souvent par surcroît à des découvertes pratiques importantes, et que la voie directe n'était pas tou jours la meilleure." En l'occurrence, les "découvertes pratiques importantes" ont été faites dans le domaine de la nutrition animale, de la conservation des fourrages, et de l'alimentation humaine. Virtanen a été en effet un précurseur des biotechnologies, et c'est à ce titre qu'on lui a attribué le prix Nobel.

Dès 1920, il commence à s'intéresser aux mécanismes chimiques des différentesr fermentations. Il montre que dans celles-ci interviennent la phosphorylation des hexoses et un besoin absolu de "cozymase", et que toutes les fermentations des sucres, qui conduisent à des produits différents (éthanol, acide lactique, etc.), se déroulent au départ suivant le même mécanisme. Ce résultat est très important, car jusqu'alors on pensait au contraire que chaque fermentation, dès sa mise en oeuvre, suivait un processus particulier. En 1929, il établit que la fermentation des trioses par les bactéries coli est une oxydoréduction qui conduit à la glycérine et aux produits de scission de l'acide glycérique. Cette fermentation passe également par le stade d'une phosphorylation. Il a rendu possible l'obtention de l'acide citrique par fermentation des acides oxalacétique et acétique. Parmi ses nombreux travaux sur la fermentation des glucides, les plus remarquables sont sans doute ceux qui portent sur la cellulose et l'hémicellulose du bois. En effet, les polysaccharides des arbres à feuilles, fermentés par des bactéries thermophiles et mésophiles, peuvent être utilisés pour l'alimentation animale.

Virtanen a étudié la multiplication des microbes et les fermentations qu'ils induisent en dédoublant les protéines, en fonction de la température et du pH. Ces résultats l'ont amené à formuler une théorie de l'ensilage des fourrages verts et frais, et à proposer une méthode efficace pour leur conservation: il suffisait d'introduire dès le moment de l'engrangement dans la masse des fourrages un certain taux d'acidité (pH = 4) et de le maintenir. Cette découverte toute simple eut un retentissement pratiquement mondial. Auparavant, les pertes de substances nutritives lors de la préparation des foins atteignaient 30 à 50%. Grâce à la méthode de Virtanen, appelée le plus souvent méthode AIV, ces pertes ne sont plus que de 10 à 20%, et de plus on évite les mauvaises odeurs ainsi que la croissance de diverses bactéries nocives. Enfin un autre avantage est que le carotène se conserve presque quantitativement, ce qui permet de produire un lait riche en vitamine A pendant la saison hivemale. Il fut aidé dans cet important travail par le docteur H. Karstrbm et l'agronome G. L. Rosenquist.

Ces études sur l'influence du pH conduisirent Virtanen à une autre découverte importante: le beurre aromatique acquiert au cours du stockage un goût dit "huileux". Cette altération, contrairement aux conceptions antérieures, n'est pas d'origine microbiologique, mais chimique. Il montra qu'on pouvait l'éviter en élevant le pH des gouttelettes d'eau contenues dans le beurre de 4,5-5,5 à 6-7. Ces découvertes, très simples dans leur principe, ont eu des conséquences économiques considérables.

Dans le nouvel Institut de biochimie d'Helsinki, les recherches étaient principalement orientées sur l'étude des enzymes et simultanément dans plusieurs directions. On y fit la distinction entre les "enzymes adaptives", qui ne se forment qu'en présence d'un substrat, et les "enzymes constitutives", toujours présentes dans les cellules et indépendantes de la composition du substrat (Karstr5m). La formation d'enzymes adaptives offre des possibilités de biosynthèse et se rattache au problème de la genèse de nouveaux organismes. Parmi d'autres travaux, signalons la première synthèse enzymatique d'un aminoacide, l'acide l-aspartique; la secrétion de protéinases bactériennes, responsables de l'action dissolvante de la gélatine de nombreuses bactéries; la démonstration de la thermostabilité des protéinases et des lipases bactériennes en solution protéique, ce qui est une propriété importante pour avoir une bonne qualité des produits laitiers; l'action des enzymes protéolytiques des bactéries lactiques sur la maturation des fromages; la synthèse des plastéines, autrement dit la transformation des peptides en polypeptides.

Mais le problème sur lequel Virtanen et ses collaborateurs ont passé le plus de temps est celui du métabolisme de l'azote et de la nutrition azotée des plantes. Dès 1925, l'équipe a commencé ses recherches sur la fixation de l'azote moléculaire dans les nodules radicalaires des légumineuses. L'énorme importance de la fixation symbiotique de l'azote par les êtres vivants terrestres a donné lieu à de longs travaux en collaboration avec le Dr SynnOve v. Hausen, le Dr T. Laine, Mme H. Linkola et le Dr J. K. Miettinen. Le résultat le plus important a été d'établir la distinction chimique et biologique des nodules effectifs (fixant l'azote) et non effectifs (ne fixant pas l'azote); puis d'attribuer l'explication de cette différence de comportement à la présence d'un pigment rouge, la léghémoglobine, qui ne se trouve que dans les nodules effectifs. Ce pigment, de poids moléculaire 17 000, a pu être séparé en deux composantes grâce à l'électrophorèse.

Virtanen s'est ensuite intéressé au métabolisme azoté des plantes en général. Il a observé l'absorption, par les racines des plantes de pois et de trèfle, des acides l-aspartique et l-glutamique, et leur utilisation comme source d'azote. Certains aminoacides, qui n'agissent pas comme source d'azote, et dont le métabolisme libère de l'éthylène, peuvent être la cause de modifications morphologiques importantes. Il a montré que les acides aminodicarboxyliques sont les seuls acides aminés à se former en premier à partir de l'ammoniac. Outre de nouveaux amino- et cétoacides, il a établi dans les plantes la présence de plusieurs dérivés de l'hydroxylamine, qui conduisent à des oximes de cétoacides. Dans les céréales, la présence de glucosides hétérocycliques conduit, par réaction enzymatique, aux aglucones, accusant une forte activité antimicrobienne, ce qui explique la résistance des plantes cultivées aux maladies infectieuses.

Du point de vue de l'alimentation humaine, l'intérêt de Virtanen s'est porté sur les substances biologiquement actives ou sur leurs précurseurs qui se trouvent dans les plantes fourragères ou alimentaires. Il a poursuivi activement des recherches sur la formation des vitamines dans les plantes, en particulier sur leur teneur en vitamine C et en carotène aux différents stades de leur croissance et en fonction de facteurs tels que la fumure, le pH du sol, etc. Il a montré quantitativement le passage de substances antithyroïdiennes d'origine végétale dans le lait de vache. En revanche, des essais sur les rats, les souris et l'homme n'ont pas confirmé l'affirmation de certains biochimistes selon laquelle le lait, lorsque les vaches ont absorbé de plantes de la famille des crucifères (choux, navets, giroflées, etc.), pourrait être la cause du développement des goitres.

Les relations entre les recherches de Virtanen et leurs applications pratiques ont ouvert de nouvelles perspectives, et les biotechnologies sont aujourd'hui en plein développement. Sans doute pressentait-il ce devenir lorsqu'il écrivit, h la fin de sa carrière: "Le fait d'avoir eu l'occasion de travailler pour l'alimentation humaine et pour la production de nourriture m'a fait éprouver une très grande satisfaction."

Il mourut le 11 novembre 1973 à Helsinki.