biologia

Suorana labrasta 19/2018: Petteri Karisto tutkii vehnän pahinta vihollista Zürichissä

Ma, 05/07/2018 - 20:30 Toimitus
Petteri Karisto, ETH Zürich

Tällä viikolla Tiedetuubin Suorana labrasta -twitterhanke on jälleen ulkomailla – tiede kun on hyvin kansainvälistä. Twiittaajana on kasvitautitutkija Petteri Karisto, eli @APKaristo, joka on parhaillaan työssä Zürichissä, Sveitsissä.

Petteri valmistui ylioppilaaksi Lahden yhteiskoulusta vuonna 2010 ja lähti sen jälkeen saman tien opiskelemaan biologiaa Helsingin yliopistossa.

Valmistuttaan kandiksi hän otti työn alle matematiikan, mistä hän valmistui maisteriksi vuonna 2016. Sen jälkeen Petteri lähti perheineen Sveitsiin väitöskirjapaikan perässä ja on edelleen sillä matkalla.

"Teen väitöskirjaa ETH Zürichin kasvitautien tutkimusryhmässä", kertoo Petteri ja täsmentää heti, että ETH (eli Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) on luonnontieteisiin ja tekniikkaan keskittyvä vanha ja perinteikäs tutkimuspainotteinen sveitsiläinen yliopisto.

Suomessa sitä ei kenties tunneta laajalti, mutta se on eräs maailman kuuluisimmista teknillisistä yliopistoista – joskin etenkin nykyisin se on levittäytynyt tutkimusaloiltaan aika tavalla perinteistä tekniikkaa laajemmalle.

"Meidän ryhmässämme on hieman yli 20 tutkijaa, joista useimmat tutkii Zymoseptoria tritici -sientä ja sen aiheuttamaa Septoria tritici blotch -tautia". 

Suomeksi tämä vehnän pahin tuholainen Euroopassa tunnetaan nimellä harmaalaikku.

"Minä tutkin harmaalaikun epidemiologiaa, eli sen yleisyyteen ja leviämiseen vaikuttavia tekijöitä. Tutkimus yhdistää laajasti erilaisia tekniikoita: peltokokeita, kasvihuonekokeita, labrakokeita ja matemaattista mallinnusta."

Petteri kertoo, että tällä viikolla on luvassa tapaamisia, peltoretki, artikkelin lähettäminen, toisen muokkaaminen ja muutakin, kuten yksinkertaisesti maisemia sekä ulkosuomalaiselämää ETH:ssa ja Zürichissä.

Alla viikon twiitit koosteena:

Kiina aikoo luoda ekosysteemin Kuun pinnalle

Ma, 01/08/2018 - 01:01 Jari Mäkinen

Kiina on laukaisemassa tämän vuoden lopulla Kuuta kiertämään luotaimen ja samalla myös Kuun pinnalle laskeutujan. Sen mukana on pieni kapseli, jonka perustaa luontaisen kiertolaisemme pinnalle pienen siirtokunnan – ja sen elämää voi todennäköisesti seurata netissä.

Chang'e 4 on samankaltainen lento kuin oli Chang'e 3 jo neljä vuotta sitten: kyseessä on luotain, joka jää kiertämään Kuuta, ja laskeutuja, joka asettuu Kuun pinnalle pieni kulkija mukanaan. 

Haastavaksi lennon tekee se, että laskeutuja suuntaa nähtävästi Kuun kääntöpuolelle, eli sinne, mikä ei näy koskaan Maahan. Kuuhan kääntää koko ajan saman puolensa kohti meitä ja siksi alus, joka on Maahan näkymättömällä puolella, ei voi olla suoraan radioyhteydessä maa-aseman kanssa. Tässä apuun tulee kiertolainen, joka voi toimia tietoliikennesatelliittina, mutta nähtävästi kiinalaiset lähettävät Kuuta kiertämään myös erityisen linkkisatelliitin, jonka tärkein tehtävä on vain viestien välittäminen.

Laskeutujan mukana on myös varsin erikoinen alumiinisäiliö. Sen sisällä on silkkitoukkia, perunaa ja lituruohon siemeniä, joiden elämää ja kasvamista Kuun olosuhteissa tullaan seuraamaan.

Maan päällä lituruohossa on kauniita kukkia. Saa nähdä, tuleeko myös Kuu kukkimaan.

Ekosysteemikapselin suunnittelija Zhang Yuanxun kertoi China Dailyn mukaan, että silkkitoukat ovat aluksi munina, jotka kehittyvät Kuussa toukiksi ja tuottavat luonnollisesti eläessään ja kasvaessaan hiilidioksidia. Samalla perunat ja lituruohot (jotka kasvavat myös siemenistä) tuottavat happea, ja ainakin teoriassa ne voivat kaikki tulla hyvin toimeen yhdessä. 

Ainakin jonkin aikaa.

Lituruoho (Arabidopsis thaliana) on yksivuotinen ristikukkaiskasvi, joka on klassinen biologian tutkimuskohde. Se lituruoho kasvaa 10–30 senttimetriä korkeaksi ohueksi kasviksi nopeasti, ja siksi se sopii hyvin kokeisiin. 

Se oli myös ensimmäinen kasvi, jolla tehtiin avaruudessa pitkäaikaisia kokeita. Vuonna 1982 niitä kasvatettiin 40 vuorokauden ajan venäläisellä Saljut 7 -avaruusasemalla.

Nyt kiinnostavaa on nähdä, miten silkkitoukat ja kasvit kehittyvät Kuun olosuhteissa. Vaikka miniekosysteemillä onkin suojanaan alumiinikapseli, on painovoima Kuussa noin kuudesosa Maan painovoimasta (tarkalleen 0,1654 g) ja siellä on runsaasti säteilyä.

Suunnitelmien mukaan silkkitoukkien, lituruohon ja perunoiden kuuseikkailua voi seurata netissä, minne kuvaa Chang'e 4:stä lähetetään lähes suorana.

Tästä saattaa tulla tosi nettihitti: äärimmäinen Selviytyjät -sarja!

Chang'e 3
Chang'e 3 -laskeutuja sen mukana Kuun pinnalle lentäneen Yutu-kulkijan kuvaamana. Chang'e 4 on pitkälti samanlainen. Otsikkokuvassa on Kansainvälisellä avaruusasemalla kasvatettua, noin 10 cm korkeaa lituruohoa.

Kasvimyytti murtui: turkulaiset huomasivat reaktion todellisen vaikutuksen fotosynteesissä

Ke, 03/30/2016 - 16:25 Toimitus


Turun yliopisto tiedottaa, että sikäläiset tutkijat ovat havainneet miten fotosynteesin tehokkuutta laskeva reaktio onkin kasvin tapa suojella itseään laajemmilta vaurioilta.


Kasvit yhteyttävät valoenergian avulla hiilidioksidista ja vedestä hiilihydraatteja, jotka toimivat elämän rakennuspalikoina ja energialähteenä. Fotosynteesin sivutuotteena syntyy happea, joka samaan aikaan aiheuttaa yhteyttämistä hidastavia sivureaktioita. 

"Fotosyteesi on kehittynyt olosuhteissa, jossa ilmakehän happipitoisuus oli matala ja hiilidioksidipitoisuus korkea", kertoo molekulaarisen kasvibiologian yliopisto-opettaja Mikko Tikkanen Turun yliopistosta. 

"Fotosynteettisten organismien maailmanvalloituksen myötä ilmakehän happipitoisuus on noussut, jolloin sivurektiot ovat muodostuneet ongelmaksi fotosynteesille."

Kasvit ovat kehittäneet suojamekanismeja sivureaktioita vastaan, mutta niistä huolimatta vaurioita ei voi kokonaan välttää. Akatemiaprofessori Eva-Mari Aron johtama tutkimusryhmä kuitenkin huomasi, että vaurioituminen muuttaa valoreaktio I:ksi kutsutun fotosynteesin varhaisen reaktion toimintaa.

Vaurioitunut valoreaktio I alkaa haihduttaa ylimääräistä viritysenergiaa ja lakkaa tuottamasta NADPH-molekyylejä, mikä on sen normaali tehtävä.

"Osoitimme, että tehtävän vaihtaminen on tapa suojata valorektiota laajemmalta vauriolta", jatkaa Tikkanen. 

"Vaurio käynnistää reaktiosarjan, jossa valoenergian suunta kääntyy kohti vaurioituneita keskuksia. Tämä pienentää valoreaktio II:n vaurioitumisen riskiä ja vähentää elektronivirtaa valoreaktio I:tä kohti, mikä pysäyttää vaurion."

Fotosynteesissä valorektio II hapettaa veden elektroneiksi, vetyprotoneiksi ja hapeksi, kun taas valoreaktio I käyttää elektronit korkeaenergisen NADPH-varastomolekyylin tekemiseen. Fotoinhibitioksi kutsuttua vaurioitumista on pidetty kasville haitallisena reaktiona, jota pitää välttää. Sen on ajateltu esimerkiksi pienentävän viljelykasvien tuottavuutta.

"Aikaisemmin on ajateltu, että valoreaktio II ja valoreaktio I toimivat yhteistyössä muuttaessaan valoenergiaa kemialliseen muotoon. Uusi tutkimuksemme osoittaa, että valoreaktiot muodostavat toiminnallisen parin siten, että toisen vaurio suojaa toista laajemmalta vauriolta."

Fotosynteesin valoreaktioiden roolien tunteminen on tärkeää fotosyteesikoneiston evoluution ymmärtämisen kannalta. 

"Kun roolit tunnetaan, fotosynteesiä ei pyritä tehostamaan väärillä keinoilla. Uusi tieto auttaa näkemään keinotekoisen fotosynteesin kehittämisen tiellä olevat ongelmakohdat", toteaaTikkanen.

Tutkimuksesta ja sen löydöistä kerrotaan Natura Plants -julkaisussa ilmestyneessä turkulaisvetoisessa artikkelissa.

Juttu on käytännössä otettu suoraan Turun yliopiston tiedotteesta. Kuva: Flickr / Till Westermayer

Uutta voimaa antibiooteille? Oululaistutkijat keksivät bakteerien suojausmekanismin

To, 03/17/2016 - 12:00 Jari Mäkinen

Oulun yliopiston kasvimikrobiologian dosentti Anna Maria Pirttilän tutkimusryhmä on löytänyt uudenlaisen bakteerien puolustusmekanismin. 

Tietoa voidaan käyttää hyödyksi etsittäessä uusia antibiootteja tai lääkkeitä sellaisiin sairauksiin, jotka johtuvat hapen haitallisten muotojen eli niin sanottujen happiradikaalien toiminnasta. Tällaisia ovat muun muassa silmänpohjanrappeuma ja Alzheimerin tauti.

Tutkimuksen lähtökohtana oli ymmärtää, miten männyn ja bakteereiden välinen yhteiselo toimii. Kasvit ja eläimet puolustautuvat mikrobeja vastaan, olivatpa ne sitten hyviä tai pahoja. Ne tuottavat suuria määriä happiradikaaleja infektiokohtaan estääkseen mikrobien pääsyn eteenpäin.

Bakteerit ovat kehittäneet oman suojautumistavan happiradikaaleja vastaan. Bakteerien runsaana energiavarastona toimivan pitkän rasvahappoketjun, polyhydroksibutyraatin, havaittiin yllättäen toimivan antioksidanttina, kun se oli pilkottuna pieniin osiin.

Bakteerit kykenevät tuottamaan rasvahappoketjua todella suuria määriä, jopa 90 prosenttia solun massasta. Tämä kuvastaa miten tärkeä yhdiste on bakteerille silloin, kun antioksidanttia tarvitaan nopeasti suuria määriä.

Tiedon avulla voidaan etsiä sellaisia antibiootteja, jotka tuhoavat bakteereilta kyvyn tuottaa pitkää rasvahappoketjua.

Osana tohtorikoulutettava Janne Koskimäen kasvimikrobiologian alaan kuuluvaa väitöskirjaa, tutkimus osoitti tämän suojautumistavan olevan erittäin laajalle levinnyt bakteerikunnassa ja liittyvän yleisesti bakteerien kykyyn sietää vaikeita olosuhteita.

Tutkimuksessa havaittiin, että bakteerien energiavaraston hajotusprosessissa syntyneet lyhyet rasvahappoketjut hävittivät hapen myrkyllisintä muotoa, hydroksyyliradikaalia, jopa kolme kertaa tehokkaammin kuin tunnetuin solujen luonnollinen antioksidantti, glutationi, ja peräti yli kymmenen kertaa paremmin kuin C-vitamiini. Yhdisteiden havaittiin suojaavan myös hiivasoluja hapettavilta olosuhteilta.

Tutkimuksen tulokset julkaistiin 14. maaliskuuta 2016 Nature Chemical Biology-lehdessä.

Saatuja tuloksia hyödynnetään parhaillaan Oulun yliopistossa käynnissä olevassa Tekesin TUTLi (tutkimuksesta uutta tietoa ja liiketoimintaa)-rahoitteisessa hankkeessa, jossa kehitetään hoitomuotoa silmänpohjanrappeumaan. Suomen Akatemia on tukenut Koskimäen tutkimusta.

Juttu perustuu käytännössä kokonaan Oulun yliopiston viestinnän artikkeliin, jonka on kirjoittanut Maarit Jokela.

Otsikkokuvassa yksittäiset Methylobacterium extorquens -bakteerin solut näkyvät harmaina. Solujen sisällä punaisena hohtavat pyöreät jyväset ovat polyhydroksibutyraattia.

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.

Etelämantereen jäänalainen järvimaisema

Ti, 04/02/2013 - 19:08 Toimitus
Kuva Whillans-järvestä

Pieni sukellusvene laskettiin tammikuussa Etelämantereella sijaitsevaan jäänalaiseen Whillans-järveen, ja se onnistui nappaamaan paitsi paljon kiinnostavia tietoja ja näytteitä, niin myös ensimmäiset kunnolliset kuvat oudosta Antarktiksen maailmasta.

Whillans on eräs Etelämantereen jääkuoren alla olevista tuntemattomista järvistä, jotka ovat olleet vuosituhansia pimeässä ja eristyksissä muusta maailmasta. Se on pinta-alaltaan noin 50 neliökilometriä ja sijaitsee noin 600 metrin syvyydessä Rossin jäälautan alla mantereen reunalla, noin 1100 kilometrin päässä lähimmästä tutkimusasemasta.

Syvyyksissä lämpötila on juuri ja juuri nollan yläpuolella, eli vesi voi olla nestemäisessä muodossaan. Rossin jäälautan paksun jääkannen sisällä on suuri vesialue, joka on laajuudeltaan noin Yhdysvaltain kokoinen.

Kuuluisin Etelämantereen jäänalaisista järvistä on venäläisen Vostok-tutkimusaseman luona mantereen itäpuolella oleva noin 250 km pitkä ja 50 km leveä makeaa vettä sisältävä järvi, joka sijaitsee noin neljän kilometrin syvyydessä (meren pinnalta mitattuna yli neljän kilometrin korkeudessa olevan jään pinnalta alaspäin mitattuna).

Amerikkalainen tutkijajoukko porasi viime tammikuun lopussa 800 metriä syvän ja puolisen metriä halkaisijaltaan olleen reiän Whillans-järveen osana WISSARD -nimistä (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) hanketta. Kahdeksasta yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta olevat tutkijat haluavat selvittää millaista elämää näissä kauan eristyksissä olleissa, omalaatuisissa jäänalaisissa paikoissa on ja tutkia tarkemmin itse jäätikköä. Tulosten avulla saadaan myös paljon kiinnostavaa tietoa ilmaston muutoksista vuosituhansien kuluessa.

Ryhmä taisteli kolmen vuorokauden ajan hankalia sääoloja vastaan ja sai reikänsä ulotettua jäänalaiseen järveen saakka tammikuun 28. päivänä. He ottivat vesi- ja pohjanäytteitä sekä kuvasivat tarkasti jäänalaisia järvimaisemia.

Apunaan heillä oli Nasan Jet Propulsion Laboratoryssä kehitetty pienikokoinen robotti, joka pystyi nyt ensimmäistä kertaa näiden Etelämantereen järvien tutkimuksen historiassa hakemaan näytteitä ja ottamaan kuvia poratun reiän pohjaa kauempaa. Lippalakin näköinen ja muotoinen pikkurobotti oli kiinnitettynä kilometrin kilometriä pitkällä valokaapelinipulla emoalukseen, joka oli pudotettu reiän pohjalle. Sieltä pikkurobotti pystyi kauko-ohjattuna liikkumaan ympäriinsä järvessä ja ottamaan videota ja kuvia sekä tekemään mittauksia suolaisuudesta, lämpötilasta ja syvyydestä.

Robottia käytettiin apuna jo reiän poraamisessa ja sen kuvien perusteella pystyttiin myös varmistamaan, että järveen lasketut mittalaitteet sekä näytekeräimet toimivat normaalisti. Näytteitä analysoinut tutkijaryhmä raportoi jo viime kuussa löytäneensä näytteistä omalaatuisia eläviä bakteereita.

Nasa on kiinnostunut jäärobottien kehittämisestä, koska Etelämantereen olosuhteet ovat haastavia ja samaa tekniikkaa voidaan käyttää sovellettuna myöhemmin avaruuslennoilla.

Artikkeli perustuu Nasan tiedotteeseen What Lies Beneath: NASA Antarctic Sub Goes Subglacial