genomi

Ihmisen genomin kielioppi on monimutkainen

Ke, 11/11/2015 - 10:21 Toimitus

Tuore ruotsalais-suomalainen tutkimus kertoo, että ihmisen geneettisen koodin ‘kielioppi’ on monimutkaisempi kuin minkään puhutun kielen.

Nyt 9. marraskuuta Nature-tiedelehdessä julkaistut tulokset selittävät, miksi ihmisen genomin tulkitseminen on niin vaikeaa.

Ihmisen genomin muodostavien kirjainten A, C, G ja T järjestys paljastui vuonna 2000, kun genomin sekvensointi valmistui. Kirjainten järjestyksen tietäminen ei kuitenkaan riittänyt siihen, että genomitietoa olisi voitu hyödyntää saman tien lääketieteessä. Kuten ihmiskielissä, on geenikielessäkin myös ymmärrettävä, mitä kirjainjonot tarkoittavat. Genomin kielessäkin on ’sanat’ ja ’kielioppi’ – tästä on väläys alla olevassa kuvassa.

Proteiinit kielioppina

Kaikissa ihmiskehon soluissa on lähes identtinen genomi, mutta erityyppiset solut ilmentävät eri geenejä. Kullakin geenillä on kontrollialue, joka sisältää ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään. 

Tätä säätelykoodia lukevat transkriptiotekijöiksi kutsutut proteiinit, jotka sitoutuvat tiettyihin ’DNA-sanoihin’ ja joko nostavat tai laskevat kohdegeenin ilmentymistä.

Professori Jussi Taipaleen (otsikkokuvassa toinen oikealta) Karoliinisessa instituutissa Ruotsissa vetämä tutkijatyhmä on tunnistanut jo aikaisemmin useimmat yksittäisten transkriptiotekijöiden tunnistamat DNA-sanat. Puhuttujen kielten tapaan DNA-sanojakin voidaan liittää yhdyssanoiksi, joiden lukemiseen tarvitaan useita transkriptiotekijöitä. 

Lukemiseen käytettävää mekanismia ei kuitenkaan ole aikaisemmin tutkittu. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti nyt systemaattisesti transkriptiotekijöiden parien sitoutumista DNA-yhdyssanoihin.

Kartoitus paljastaa, että geneettinen koodi on paljon monimutkaisempi kuin mikään ihmisen käyttämä kieli. Kahta sanaa ei yhdistetä vain poistamalla välilyönti, vaan yhdyssanaan liitetyt sanat muuttuvat muodostaen suuren joukon täysin uusia sanoja. 

"Tutkimuksemme tunnisti monia tällaisia sanoja, ja lisää ymmärrystä siitä kuinka geenejä säädellään normaalissa yksilönkehityksessä ja syövässä", sanoo ryhmässä mukana oleva tohtoriopiskelija Arttu Jolma (kuvassa toinen vasemmalta).

Mukana tutkimuksessa tiiviisti olleen Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön (missä Taipale on myös mukana) tutkijat osallistuivat tutkimuksen laskennalliseen osaan, jossa vertailtiin uusien DNA-yhdyssanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa. Tavoitteena on hyödyntää tietoa ihmisten geneettisen syöpäalttiuden ymmärtämisessä, koska mutaatio tärkeässä DNA-sanassa voi aktivoida syövälle hyödyllisen tai hiljentää syövältä suojaavan geenin. 

Huippuyksikön tutkijat ovat jo aikaisemmin selittäneet, kuinka yhden kirjaimen ero yli kolmen sadan tuhannen merkin päässä syövälle tärkeästä MYC-geenistä sijaitsevassa DNA-sanassa vaikuttaa paksusuolisyövän riskiin. Yhdyssanojen ymmärtäminen mahdollistaa entistä useampien erojen tulkintaa.

Otsikkokuvassa on Jussi Taipaleen tutkimusryhmä Karoliinisessa instituutissa. Kuvassa ovat Taipaleen (toinen oikealta) ja Arttu Jolman (toinen vasemmalta) lisäksi vasemmalla Jekaterina Morgunova ja oikealla Yimeng Yin, Kuva: Ulf Sirborn / Karolinska Institutet

Julkaisu: DNA-dependent formation of transcription factor pairs alters their binding specificity. Jolma A, Yin Y, Nitta KR, Dave K, Popov A, Taipale M, Enge M, Kivioja T, Morgunova E and Taipale J., Nature 9 November 2015, dos: 10.1038/nature15518.

Teksti perustuu Helsingin yliopiston ja Karoliinisen instituutin tiedotteisiin.

Biopankki avattu Turussa

Su, 05/05/2013 - 22:37 Toimitus
Biopankki (Kuva: Nuffield Council on Bioethics)

Auria kuullostaa pankin nimeltä ja sellainen se onkin, tosin hieman erikoinen: Suomen ensimmäinen biopankki, joka avattiin huhtikuun lopussa Turussa.

Biopankeiksi kutsutaan ihmisten elimien, kudoksien ja solujen näytteiden varastoa, missä olevia näytteitä käytetään lääketieteellisessä tutkimuksessa. Suomen biopankkilaki astuu voimaan ensi syksynä, ja siinä määritellään ensimmäistä kertaa tärmällisesti miten ja millä ehdoilla sairaaloiden toimenpiteissä saatujen ihmisperäisten näytekokoelmien käyttö on mahdollista.

Näytteitä on käytetty aikaisemminkin tutkimuksessa, mutta uusi laki virallistaa asian ja määrittelee miten suostumus näytteiden käytöstä ja säilyttämisestä annetaan. Se myös linjaa tutkimuseettisen ennakkoarvioinnin ja edistää näytteiden tutkimuskäyttöä siten, että samalla näytteitä antaneiden yksilöiden oikeudet turvataan.

Koska hajanaisten näytekokoelmien juridinen tilanne on ollut epäselvä, kunnollisia biopankkeja ei ole ollut ennen kuin nyt. Suomen ensimmäinen biopankki Auria avattiin huhtikuussa Turussa. Se avaa täysin ainutlaatuisen tutkimusympäristön, jonka odotetaan synnyttävän ja houkuttelevan Suomeen lääketieteen liiketoimintaa.

"Kuten huomaat, olemme tästä erittäin innostuneita", kertovat lähes yhteen ääneen Turun yliopiston professori Olli Carpén ja dosentti Heli Salminen-Mankonen. Turun yliopisto sekä Varsinais-Suomen, Satakunnan ja Vaasan sairaanhoitopiirit ovat Auria Biopankin taustalla olevat tahot.

Biopankin näytevarasto koostuu aluksi lähes sadan vuoden ajalta Turussa, Porissa ja Vaasassa potilailta otetuista kudosnäytteistä. Viimeisen 20 vuoden ajalta tiedot ovat valmiiksi elektronisessa muodossa: 400 000 näytettä 200 000 potilaalta. Arkiston kudosnäytteet on valettu parafiiniblokkeihin, joissa esimerkiksi näytteiden DNA säilyy vähintään vuosisadan.

Uuden biopankkilain myötä tätä kansallisaarretta on syksystä alkaen mahdollista hyödyntää lääketieteellisessä tutkimuksessa ilman raskasta byrokratiaa.

"Biopankki pystyy tarjoamaan ison määrän näytteitä yhdistettynä merkitykselliseen tietoon potilaiden taudin kulusta", toteaa patologian professori Carpén.

Tutkija pystyy löytämään biopankista hetkessä vaikkapa tietyn tyyppiset syöpänäytteet. Hän saattaa esimerkiksi analysoida näytteiden DNA-mutaatiot ja lisätä tutkimuksensa tulokset pankkiin.

"Biopankin tietokanta tulee vahvistumaan jatkuvasti. Ideana on, että esimerkiksi näytteiden tutkimuksista tehty raakadata tuodaan biopankkiin, mikä tekee pankin tarjoaman tiedon koko ajan arvokkaammaksi", jatkaa Salminen-Mankonen.

Biopankki saattaa nostaa Suomen houkuttelevaksi tutkimuskohteeksi

Suuria näytearkistoja on muuallakin maailmassa, mutta nyt perustettu biopankki on kuitenkin täysin ainutlaatuinen ympäristö. Carpén luettelee siihen lukuisia syitä. "Ensinnäkin Suomessa on vahva julkinen terveydenhuolto, jossa kaikki toimivat samassa ympäristössä. Joissain maissa esimerkiksi diagnostiikka ja potilashoito tehdään eri yrityksissä, jolloin tämän kaltainen biopankki ei ole mahdollinen. Toiseksi monissa maissa ei ole sosiaaliturvatunnusta, jolloin tietojen kokoaminen yhteen on vaikeaa."

Kolmanneksi Carpén mainitsee lainsäädännön.

"Monissa maissa laki tekee näytteiden tietojen yhdistämisen ja hyödyntämisen erittäin hankalaksi tai mahdottomaksi. Neljänneksi, monissa maissa ihmiset eivät ole yhtä valveutuneita biopankkitoiminnan hyödyllisyydestä eivätkä halua luovuttaa näytteitä tutkimuskäyttöön."

"Viimeisimmän Eurobarometrin mukaan 98 % suomalaisista on valmiita antamaan kudosnäytteitään tutkimuskäyttöön biopankin kautta", lisää Salminen-Mankonen.

Biopankki voi nostaa Suomen kiinnostavaksi maaksi lääketieteen tutkimuksessa. Pankin toivotaan houkuttelevan suuria lääketieteen toimijoita Suomeen tekemään kokeita uusimmilla lääkkeillä.

"Tässä on mahdollisuudet saada paikallisesti ja valtakunnallisesti merkittävää uutta liiketoimintaa ja tutkimusaktiviteettia", selittää Carpén. "Ja mikä tärkeintä, sen myötä hyötyvät sairaanhoitopiiriemme potilaat."

Biopankista on erityisesti hyötyä uusien diagnostisten menetelmien kehittelyssä.

Näytteet säilytetään pankissa anonyymisti

Kudosnäytteiden lukumäärä biopankissa tulee kasvamaan jatkuvasti. Uuden lain myötä potilailta tullaan kysymään lupa kudosnäytteiden tutkimuskäyttöön biopankin kautta.

Biopankissa potilaiden henkilötiedot pysyvät turvassa, sillä näytteet ovat pankissa anonyymisti. Tutkijat eivät tiedä keneltä mikäkin näyte on otettu. Vain poikkeustilanteissa biopankin johtaja voi purkaa henkilötietojen salauksen.

"Jos vaikkapa tiettyyn sairauteen on saatavilla uusi lääke, johtaja voi purkaa salauksen", jatkaa Carpén edelleen. "Näin saadaan tietää ketkä potilaat saattaisivat hyötyä lääkkeestä. Biopankki voi siis toimia joidenkin potilaiden henkivakuutuksena."

Lain mukaan ihmisillä on myös oikeus tietää, mihin tutkimuksiin heidän näytteitään on käytetty. Henkilön pyynnöstä biopankin johtaja voi henkilötietosalauksen avaamalla kertoa ne tutkimukset, joissa tietyn henkilön kudosnäyte on ollut mukana. Yksilöityä tutkimustietoa näytteestä ei kuitenkaan ole mahdollista antaa.

Teksti perustuu Turun yliopiston tiedotteeseen.

Päivän kuva 31.3.2013: Hyvää pääsiäistä, toivottaa Oryctolagus cuniculus

La, 03/30/2013 - 23:40 Toimitus

Kuvassa ei ole jänis, vaan kaniini, jäniseläinten lahkoon kuuluva nisäkäs. Koska kaniini on paitsi mukava kotieläin, niin myös herkullinen sellainen, pidettiin niitä aikanaan mukana Euroopasta kaukomaille lähteneillä laivoilla, ja niiden mukana laji levisi monille muille mantereille. Se on ollut hyvin sopeutuva, joten kaniinit lisääntyivät runsaasti ja elivät niin hyvin, että se on listattu nyt erääksi maailman sadasta haitallisimmista vieraslajista.

Eritysen hyvin kaniini levisi Australiassa, minne se tuotiin alun perin 1800-luvun puolivälissä riistaeläimeksi; niitä siis päästettiin tieten tahtoen luontoon, jotta niitä voitaisiin metsästää. Koska ympäristö ja sääolot Australiassa olivat oikein sopivat, eikä kaniineille ollut siellä luontaisia vihollisia, kaniinien määrä lisääntyi sadassa vuodessa noin 600 miljoonaan yksilöön.

Euroopassa villikaniinia on metsästetty ja syöty yli 120 000 vuoden ajan ja se on ollut kotieläimenäkin noin 2600 vuoden ajan. Koska paavi Gregorius (540 – 604) julisti, että kaniinia ei lasketa liharuoaksi ja siten sitä voidaan syödä paaston aikana, on siitä tullut pääsiäisen symboli.

Kaniini on ollut erinomainen laboratorioeläin ja kaniinin genomi oli eräs ensimmäisistä kokonaan selvitetyistä nisäkkääiden genomeista.

Suomalaiset jänikset ovat toisilleen paljon läheisempää sukua kuin Helsinkiinkin levinneelle kaniinille. Metsäjänis ja rusakko kuuluvat Lepus-sukuun (Lepus timidus ja Lepus europaeus), kaniini taas Oryctolagus-sukuun (Oryctolagus cuniculus). Eläimet erotellaan toisistaan myös useissa kansankielissä: ruotsiksi hare - kanin; saksaksi hase - kaninchen; englanniksi hare - rabbit; ranskaksi lièvre - lapin.

Päivitys 3.4.2015: Lisätty nippelitietokommentti lajien sukulaissuhteista. Ikävä kyllä julkaisusysteemimme ei anna muuttaa otsikon kirjasinlajia - eliöiden tieteelliset lajinimet kun pitäisi aina kirjoittaa kursiivilla.

Kuva: Robyn Shaw, Spring Valley Laboratories, Inc.