solu

Video: Solut näkyviin paremmin kuin koskaan! (Kemian Nobel-esitelmät 2017)

Vuoden 2017 Nobel-juhlallisuudet Tukholmassa päättyivät eilen sunnuntaina palkintojen jakoseremoniaan ja suureen juhlaillalliseen. Palkitut saapuivat kuitenkin paikalle naapurimaahamme jo edeltävällä viikolla, ja perinteiseen tapaan he pitivät silloin myös esitelmät aiheista, joista palkinnot heille myönnettiin.

Kermian palkinnon saivat Richard Henderson, Jacques Dubochet ja Joachim Frank, jotka pitivät esitelmänsä hieman lääketieteenkin puoleen kallistuvasta työstään solujen salaisuuksien löytämisessä: he kehittivät elektronimikroskoopia käyttäviä menetelmiä, jolla voidaan tutkia biologisia rakenteita paljon aikaisempaa tarkemmin ja paremmin.

Hendersonsin esitelmä on ylimpänä, ja Dubochet sekä Frank alla.

Kannibaalihiiva toi Nobelin

Ma, 10/03/2016 - 19:50 Jari Mäkinen

Vuoden 2016 Nobel-palkintorumba alkoi tänään lääketieteen palkinnolla. Sen saa japanilainen Yoshinori Ohsumi.

Virallisesti kyseessä on lääketieteen tai fysiologian Nobelin palkinto, ja sen siis saa tänä vuonna 71-vuotias Tokion teknillisen instituutin professori Ohsumi.

Hän on tutkinuyt solujen autofagiaa, eli mekanismia, jolla solut kierrättävät omia soluelimiään, muita solunsisäisiä osiaan ja solun sisälle päässeitä taudinaiheuttajia tai haitallisia viruksia. Autofagia on latinankielinen yhdyssana, ja kuten yleensä, sana itsessään kertoo jo mistä on kyse: "auto" tarkoittaa "itsestään" ja "phagein" on syömistä. Tulos on itsensäsyöminen, eli eräänlainen kannibalismi.

Tutkijat havaitsivat 1960-luvulla merkkejä siitä, että solut voivat tuhota omia osiaan siten, että solu ikään kuin pussitti turhia tai haitallisia osiaan erityisen kalvon sisään ja kuljetti niitä soluissa olevaan niin sanottuun lysosomiin, eräänlaiseen kierrätyskeskukseen. Lysosomi hajottaa jätepussukat noin 40 erilaisen entsyymin avulla ja tuloksena on aineita, joita solu voi käyttää uudelleen tuottaakseen itselleen energiaa tai käyttääkseen rakennusaineinaan.

Vaikka biologit siis tiesivät tästä tuhomekanismista jo 1960-luvulta alkaen, oli sen tarkempi tutkiminen hyvin hankalaa aina siihen saakka, kun Yoshinori Ohsumi keksi 1990-luvun alussa näppärän tavan asian selvittämiseksi.

Hän käytti tavallista leivinhiivaa, sillä sitä käytetään varsin usein solututkimuksissa, koska hiivat ovat varsin yksinkertaisia yksisoluisia sieniä. Ohsumi onnistui selvittämään autofagiaan liittyvät geenit ja edelleen selittämään miten mekanismi toimii hiivalla sekä hieman monimutkaisemmin meidänkin soluissamme.

Ohsumin tutkimusten perusteella solututkimuksessa hypättiin huima askel eteenpäin, kun autofagian merkitys monissa sairauksissa ja fysiologisissa prosesseissa ymmärrettiin. Esimerkiksi nälkiintyminen tai äärimmäinen jano saavat aikaan autofagiaa, kuten myös kehon taistelu tulehduksia vastaan.

Autofagia on myös olennaisessa osassa syövän kehittymisessä sekä hermosairauksissa. Esimerkiksi Parkinsonin tauti, kakkostyypin diabetes ja muut ennen kaikkea ikääntymiseen liittyvät sairaudet ovat osaltaan yhteydessä myös muutoksiin solujen autofagiassa.

Ohsumin työ osaltaan on ollut ja on edelleen tärkeässä osassa, kun näihin sairauksiin yritetään löytää lääkkeitä.

Tutkijat tekivät spermaa ihosoluista

Su, 05/01/2016 - 20:56 Toimitus
Munasolu hedelmöittyy


Espanjalainen tutkijaryhmä kertoo Naturen Scientific Reports -sarjassa julkaistussa tutkimuksessaan onnistuneensa muuttamaan ihmisen ihon soluja sukusoluiksi. Uusi menetelmä lupaa uuden menetelmän lapsettomuushoitoon, mutta herättää varmasti jälleen uudenlaisia eettisiä kysymyksiä.


Valencian yliopiston tutkijat lisäsivät kuutta sukusoluihin liittyvää geeniä (jotka tunnetaan koodinimillä PRDM1, PRDM14, LIN28A, DAZL, VASA ja SYCP3) ihosta irrotettujen solujen joukkoon, ja noin kuukauden kestäneen muutoksen jälkeen solut olivat muuttuneet enemmän tai vähemmän miehen sukusolujen kaltaisiksi.

Syntyneet solut eivät kuitenkaan – ainakaan toistaiseksi – ole kykeneviä hedelmöittämään munasolua ja vain 1% syntyneistä soluista oli käynyt läpi solunjakautumisen normaalisti. Sen sijaan solut sopivat jo tällaisinaan hyvin sukusolujen ja niiden toiminnan tutkimiseen.

Erilaiset uudet menetelmät sukusolujen käsittelyssä menevät tällä haavaa nopeasti eteenpäin, sillä juuri alkuvuodesta kiinalaisryhmä kertoi onnistuneensa hedelmöittämään hiirien munasoluja laboratoriossa tehdyillä sukusoluilla. Tuloksena oli terveitä hiiriä, jotka kehittyivät normaalisti.

Espanjalaisten tutkimus puolestaan pohjautuu japanilaisen Shinya Yamanakan ja brittiläisen John Gordonin vuonna 2012 Nobel-palkittuun tutkimukseen, jonka mukaan jo kehittyneitä "aikuisia" soluja voidaan muuttaa erilaisiksi kantasolujen kaltaisiksi kehittyviksi soluiksi, joita voidaan ohjata muuttumaan halutun laisiksi.

Ihosolut ovat osoittautuneet tässä varsin sopiviksi, ja muun muassa kaksi vuotta sitten kanadalaisryhmä onnistui muuttamaan niitä toimiviksi maksasoluiksi.

Tämä solun toiminnan muuttaminen tarjoaa paljon mahdollisuuksia erilaisiin mullistaviin hoitoihin vastaisuudessa.

Espanjalaisten tutkijoiden työ koskettaa erityisesti lapsettomuudesta kärsiviä pareja, joilla on vaikeuksia tuottaa sukusoluja. 

Sukusoluihin ja lisääntymishoitoihin liittyvä lainsäädäntö on kuitenkin hyvin erilaista eri maissa ja lakien tulkinnoissa on suuria eroja. Keinotekoisten sukusolujen tuleminen tähän lisäksi ei varmastikaan helpota tätä pitkälti uskonnon säestämää keskustelua.

Kuva: Wikipedia

Mekanobiologiaa ja Teemu Ihalainen tällä viikolla @suoranalabrasta

Ma, 10/19/2015 - 10:23 Jari Mäkinen

Tiedetuubin @suoranalabrasta -twitterprojekti on tällä viikolla Tampereella! Viestien takaa löytyy Teemu Ihalainen, Suomen akatemian tutkijatohtori ja kuvantamisen asiantuntija Tampereen Yliopiston BioMediTech-instituutista.

Teemu teki aikanaan väitöskirjan molekyylibiologian alalta Jyväskylän Yliopistossa. Väitöskirja käsitteli virusinfektion aiheuttamia muutoksia solun tumassa. Sen jälkeen hän oli vähän yli kaksi vuotta kuuluisassa Sveitsin teknillisessä instituutissa ETH Zürichissä tutkijatohtorina.

"Aloin tutkia siellä solujen mekanobiologiaa, eli sitä miten mekaaninen voima ja solujen fysikaalinen ympäristö vaikuttaa solujen toimintaan", kertoo Teemu, joka sveitsinvuosien jälkeen palasi takaisin Suomeen ja Tampereelle, jossa hän on työryhmineen jatkanut mekanobiologian tutkimusta.

Viikon ainaka Teemu käyttää oma twitter-tiliään @IhisTeemu ja hastagiä #suoranalabrasta, ja kaikki twiitit tulevat niin @suoranalabrasta -tilille kuin listauksena tähän allekin. Viikon lopuksi näistä kootaan jälleen Storify-tarina.

Solu on kuin teltta

Pe, 08/28/2015 - 11:12 Jari Mäkinen

Solut, joista me muodostumme – samoin kuin kaikki eläimet ja kasvit koostuvat – ovat paitsi biologiaa ja kemiaa, niin myös mekaniikkaa: soluilla on kiinteä rakenne, ja tuoreen tutkimuksen mukaan se on olennaisesti aiemmin oletettua monimutkaisempaa.

Tampereen yliopiston BioMediTechissä toimivan Suomen Akatemian tutkijatohtori Teemu Ihalaisen yhdessä kansainvälisen tutkijaryhmän kanssa saamat yllättävät tulokset on julkaistu tällä viikolla Nature Materialsin verkkojulkaisussa.

Tutkimuksessa havaittiin ensimmäistä kertaa, että solutumaan välittyvä solun tukirangan jännitys muuttaa tuman sisäpinnan rakenteita. Nämä samat rakenteet sitovat geneettistä materiaalia, kromatiinia ja siten mekaanisella signaalilla on suoraan mahdollisuus vaikuttaa kromatiinin rakenteeseen ja geenien luentaan.

”Vertauskuvallisesti voidaan ajatella, että jos solu on teltta ja telttaa pystyssä pitävät narut ovat solun tukirankaa, niin projektissa tekemäämme havaintoa mukaillen naruista nykiminen muuttaisi teltan keskelle asetetun repun tavaroiden järjestystä", selittää Ihalainen. 

"Havaitsimme myös, että tuman sisäpinta on jakautunut kahteen osaan, ala- ja yläpintaan, jotka ovat rakenteellisesti erilaisia."

Projekti oli alusta saakka hyvin poikkitieteellinen ja siinä yhdistyi solu- ja molekyylibiologia sekä biomateriaalien tutkimus. Erilaisten biomateriaalien avulla manipuloitiin solujen mekaniikkaa, niiden jännitystä tai geometriaa. Kokeissa käytettiin hyväksi erilaisia pehmeitä solujen kasvatusalustoja (hydrogeelejä) tai esimerkiksi erilaisia ”mikrosaarekkeita”, joiden avulla soluja voitiin ohjata kasvamaan eri muotoihin. Soluja manipuloitiin mekaanisesti myös pehmeillä geelityynyillä. Kaikki menetelmät yhdistettiin korkean erotuskyvyn konfokaalimikroskopiaan, jonka avulla saatiin tarkkaa tietoa solujen rakenteista ja tuman toiminnasta.

Tähän asti on ajateltu, että solut aistivat niihin kohdistuvia voimia pääasiassa solukalvon läheisyydessä, pisteissä joissa solu kiinnittyy ympäristöönsä.

”Projektissa halusimme tutkia, miten syvällä solun sisällä voiman aistimus voi tapahtua. Tästä syystä keskityimme solun tuman toimintaan ja sen muutoksiin erilaisissa olosuhteissa. Solun tuma pitää sisällään solun geneettisen materiaalin ja lähivuosina on selvinnyt, että tuma on kiinnittynyt solun tukirankaan. Tämä kiinnittyminen mahdollistaa suoran mekaanisen jännityksen välittymisen solun pinnasta aina tumaan saakka. Jos mekaaninen voima pystyisi muuttamaan tuman rakenteita, se voisi vaikuttaa myös geenien luentaan ja sitä kautta solun toimintaan.”

Solut pystyvät kehittämään monimutkaisen solutukirankansa avulla mekaanisia voimia. Tämä soluissa syntynyt mekaaninen jännitys voi välittyä suoraan soluista soluihin tai epäsuorasti solujen välillä soluväliaineen kautta. Näiden lisäksi soluihin kohdistuu muita voimia kuten leikkausvoimia ja osmoottisista ilmiöistä muodostuvaa painetta.

Nykyisin tiedetään, että solut pystyvät aistimaan niihin kohdistuvia mekaanisia voimia sekä ympäristönsä fysikaalisia ominaisuuksia kuten jäykkyyttä ja elastisuutta. Nämä ”mekaaniset signaalit” vaikuttavat solujen toimintaan, kuten kantasolujen erilaistumiseen, alkion kehitykseen ja syövän syntyyn.

”Tällä hetkellä emme kuitenkaan ymmärrä tämän niin kutsutun mekanotransduktion yksityiskohtia, esimerkiksi sitä, millä mekanismilla mekaaninen voima voi vaikuttaa vaikkapa geenien luentaan. Prosessin yksityiskohtainen ymmärtäminen on laaja-alaisesti tärkeää ja helpottaisi huomattavasti esimerkiksi biomateriaalien kehittämistä sekä niiden soveltamista mm. kantasoluteknologiassa”, selittää Ihalainen.

Juttu perustuu Suomen Akatemian lähettämään tiedotteeseen.

Tarkka kuva viruksesta kultananopartikkelien avulla

Ti, 01/14/2014 - 13:48 Toimitus
Enterovirus ja kultananopartikkeli

Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen NSC:n tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän enterovirusten rakenteen ja toiminnan kuvantamiseen. Menetelmän avulla saadaan uutta tietoa virusten kulkeutumisesta soluissa ja kudoksissa sekä niiden avautumismekanismeista solun sisällä, mistä on iloa esimerkiksi uusien viruslääkkeiden ja rokotteiden kehittämistyössä. Tutkimus julkaistiin eilen USA:n tiedeakatemian Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä.
 
Enterovirukset ovat ihmisiä infektoivia taudinaiheuttajia, joiden ryhmään kuuluvat poliovirukset, coxsackie-virukset, echovirukset ja rhinovirukset. Suurin osa vuosittaisista nuhakuumeista johtuu enteroviruksista. Enterovirukset aiheuttavat myös vakavia oireita kuten sydänlihastulehduksia ja halvaantumista, ja niiden on todettu olevan osallisina kroonisten sairauksien kuten diabeteksen syntymisessä.

Enterovirusten infektioreiteistä ja infektiomekanismeista tiedetään vielä suhteellisen vähän. Aikaisemmat Jyväskylässä tehdyt tukimukset ovat valottaneet muutamien enterovirusten solunsisäisiä reittejä ja solussa infektiota edistäviä tekijöitä, mutta esimerkiksi siitä, miten virus avautuu solun rakenteissa ja luovuttaa perimänsä uusien virusten valmistamiseksi, on toistaiseksi hämärän peitossa. Ymmärrys solutason mekanistisesta toiminnasta on vielä varsin vajavaista. Kudostasolla infektioprosessi tunnetaan vielä paljon huonommin. Suuri ongelma lisätiedon saamisessa on luotettavien kuvantamistyökalujen puuttuminen.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa esitellään uudenaisia menetelmiä kuvantamiseen, ja siksi se auttaa osaltaan selvittämään paremmin solujen toimintaa. Menetelmä kehitettiin Nanotiedekeskuksessa kemistien, fyysikkojen ja biologien välisenä poikkitieteellisenä yhteistyönä, johon osallistuivat Tanja Lahtinen, Kirsi Salorinne, Jaakko Koivisto ja Mika Pettersson kemian laitoksesta, Sami Malola fysiikan laitoksesta sekä Mari Martikainen ja Varpu Marjomäki bio- ja ympäristötieteiden laitoksesta. Tutkimusta koordinoivat dosentti Varpu Marjomäki ja keskuksen tieteellinen johtaja, professori Hannu Häkkinen.

Jyväskylässä on tutkittu jo aiemmin rakenteeltaan tarkasti tunnettuja, yhdestä kolmeen nanometrin kokoisia kultapartikkeleja Hannu Häkkisen, Mika Petterssonin ja Stanfordin yliopiston professorin, kemian nobelisti Roger D Kornbergin ryhmien välisenä yhteistyönä. Tutkimus sai mm. viime elokuussa EU:n PRACE-organisaatiolta 43 miljoonan tietokonetunnin edest laskenta-aikaa, mitä on käytetty ja käytetään kultapartikkelien ja enterovirusten välisten vuorovaikutusten laskennalliseen simuloimiseen. Otsikkona tässä artikkelissa on tämä tutkimuksen tuottama kuva.

Nyt kehitetyssä menetelmässä noin kahden nanometrin kokoisen Au102-kultapartikkelin orgaanista pintaa muokattiin kemiallisesti siten, että partikkeli kiinnittyi ainoastaan enterovirusten pintaproteiinien rikkiä sisältäviin osiin. Yhteen virukseen voi kiinnittyä useita kymmeniä kultapartikkeleja, jotka näkyvät elektronimikroskooppikuvassa tummina “leimoina”. Tämä leimakuvio pysyy viruksessa kiinni koko viruksen eliniän, ja sen avulla voidaan tehdä päätelmiä virusten rakenteen muutoksista virusten eliniän aikana.
 
Tutkimuksessa huomattiin, että kultapartikkeleilla leimatut virukset säilyttävät tarttuvuutensa samalla tavalla kuin leimaamattomat virukset, mikä osoittaa, että leimausmenetelmä ei muuta viruksen biologista toimintaa solun sisällä. Tämä antaa uusia mahdollisuuksia tutkia virusten rakennetta solun sisäisistä näytteistä virusinfektion edetessä, ja näin tullaan saamaan uutta rakennetietoa virusten avautumismekanismeista infektion alkuvaiheessa. Virusten leimaaminen avaa myös aivan uudenlaisen mahdollisuuden seurata luotettavasti viruksen kulkua kudoksiin. Tämä on tärkeää, jotta voidaan ymmärtää paremmin virusten aiheuttamia akuutteja ja kroonisia oireita. Rokotteina käytettävien virusten kaltaisten partikkeleiden leimaaminen auttaa näiden kehittelytyössä tehokkaammiksi rokotteiksi.

Teksti on käytännössä suoraan lainattu Suomen Akatemian 14.1. julkistamasta tiedotteesta.