geeni

Evoluutio pienentää lohia Utsjoen keskustan tuntumassa - latvavesien kalat ennallaan

To, 11/15/2018 - 07:00 Jarmo Korteniemi
Kuva: Ilkka Jukarainen / Flickr

Tuoreen tutkimuksen mukaan Tenojoen lohien evoluutio tekee niistä aiempaa pienempiä. Muutos koskee ilmeisesti kuitenkin vain tiettyjä lohipopulaatioita joen varrella.

Evoluutio ajaa Tenojoen keskivaiheilla kutevissa lohissa nopeaa muutosta. Nuorempina sukukypsyyden saavuttavat koiraat ovat viime vuosikymmeninä yleistyneet ja vanhat taas käyneet harvinaisiksi.

1970-luvun puoliväliin asti oli kutemaan noussut lohikoiras vaeltanut maailman merillä keskimäärin 2,2 vuotta, nykyisin vain 1,3 vuotta.

Ikärakenteen muutos tarkoittaa myös jokeen nousevien lohien keskimääräisen koon pienenemistä.

Lohisaaliiden ja aiempien tutkimusten perusteella suuntaus on ollut selvä jo vuosikymmeniä. Tuore tutkimus kuitenkin osoittaa syyn: Kaloilla on yleistynyt nuorena aikuistumaan ajava geenimuoto. Kyse ei siis ole jostain ohimenevästä muutoksesta, kuten hormonitasapainosta. Taustalla on evoluutio, jonka tuloksia voidaan nähdä jo nyt, vain muutamassa vuosikymmenessä.

Turun ja Helsingin yliopistojen sekä Luonnonvarakeskuksen tutkimus julkaistiin Nature Ecology and Evolution -tiedelehdessä.

Tutkimusryhmä on löytänyt jo aiemmin lohen perimästä tietyn geenin (Vgll3), joka ilmiselvästi vaikuttaa lohen sukukypsyysikään. Geenistä on kaksi muotoa eli alleelia, jotka määräävät kuinka nopeasti kala tulee sukukypsäksi. Tutkimuksen mukaan hidasta aikuistumista suosiva alleelli Vgll3*L on nykyään harvinaistumassa ja nuorempia aikuisia tuottava Vgll3*E taas yleistyy.

"Aiempi tutkimuksemme osoitti, että lohen sukukypsyysikä alenee. Nyt halusimme nähdä, näkyykö muutos myös lohen perimässä eli onko kyseessä myös evolutiivinen muutos. Nyt se on osoitettu ja voidaan sanoa, että todistamme evoluutiota vauhdissa", kertoo akatemiaprofessori Craig Primmer Helsingin yliopistolta.

Tutkimuksessa perehdyttiin noin 2000 lohen perimään. Kalat on pyydetty noin 40 vuoden aikana ja ovat peräisin kahdesta erillisestä populaatiosta: Toisen kotivedet ovat Tenojoen keskivaiheilla Utsjoen keskustasta 10-20 kilometriä ylä- ja alavirtaan, toisen taas kaukana yläjuoksulla Inarijoessa.

Mielenkiintoista on, että valintapaine on nuorentanut lähinnä vain Tenojoen koiraslohia. Saman populaation naaraissa ikämuutos on ollut minimaalista: 1970-luvulla keskivertonaaras nousi kutemaan kolmen merivuoden jälkeen, nyt "vain" 2,7 vuoden jälkeen. Syytä sukupuolten väliselle erolle (tai edes ikärakenteen muutokselle) ei vielä tiedetä, mutta joitain spekulaatioita voidaan kuitenkin esittää.

On vielä epäselvää, mitkä valintapaineet nuorentavat juuri koiraita ja miksi. Syy voisi olla Tenon kalastuksessa, joka poistaa populaatiosta erityisesti suuria ja vanhoja yksilöitä. Ne kun tuppaavat olemaan yleensä koiraita, mutta toisaalta ne voivat hyvinkin olla uudelleen kutijoita. Syy voi kuitenkin olla myös muualla, kuten vaellusalueissa, ruuassa, tai vaikkapa sukupuolten välisissä käyttäytymiseroissa. On myös selvää, että suuresta koosta on hyötyä naaraalle, kun taas nuoruus voi olla edullisempaa koiraalle.

Vanhojen naaraiden suuri koko lienee niille niin suuri lisääntymisvaltti, että nuorena lisääntymisen mahdollisesti tuomat edut jäävät rytäkässä toiseksi. Suuret lohinaaraat ovat vahvempia, niillä on merkittävästi enemmän mätiä, ja siksi ne saavat paljon enemmän jälkeläisiä kuin nuoremmat kanssasisarensa.

Koiraslohille taas on etua nuorempana aikuistumisesta, sillä jokainen merellä vietetty vuosi lisää riskiä kuolla ennen suvunjatkamista. Uhkatekijöitä ovat esimerkiksi kalastus ja ympäristömuutokset. Näin kutuvesille palaaminen vuotta tai paria aiemmin kuin hitaammin kypsyvät kilpailijat onkin selvä valtti. Kutumenestykseen ei koiraan koolla taas liene juuri väliä. Osa koiraista tulee sukukypsiksi hyvin varhain jo joessa, ja välttyvät näin merten vaaroilta.

Inarijoessa eli Tenojoen toisessa latvahaarassa kutevissa lohissa ei ikärakenteen muutosta havaittu ollenkaan. Sikäläiset lohet ovat jo 40 vuoden ajan olleet merkittävästi nuorempia kuin Tenon keskivaiheilla - koiraat lähtevät sieltä merille lähes poikkeuksetta vain vuodeksi, naaraat vaihtelevasti vuodeksi tai pariksi. Syy voi olla siinä, että Inari on jokena Tenoa merkittävästi pienempi, eikä kaloja pienentävä geenimuoto anna siellä enää kilpailuetua. Tai kenties Inarijoen lohet vaeltavat eri merialueilla kuin Tenon lohet. Tai jotain aivan muuta. Tutkimus aiheesta jatkuu.

Tenojoki sivuhaaroineen on osoittautunut maailman monimuotoisimmaksi lohijoeksi. Alueella esiintyy noin 30 perinnöllisesti erilaistunutta lohikantaa, joista nyt tutkittiin kahta. Osa kannoista on elinvoimaisia, kun taas toiset, kuten juuri Inarijoen populaatio ovat taantuneita ja tärkeiden elvytystoimien alaisia.

Tutkimus perustuu lohien suomuista kerättyyn DNA-aineistoon. Tenojoesta ja sen sivujoista kalastettujen lohien tietoja on kerätty tutkimustarkoituksiin lähes 40 vuoden ajan. Luonnonvarakeskuksen varastoissa onkin suomunäytteitä jo noin 150 000 kalasta.

Lohen ikä korreloi hyvin koon kanssa: Mitä useampia vuosia kala vaeltaa merellä ennen palaamista kotijokeen kutemaan, sitä suurempi se on. Jokainen merillä vietetty vuosi jotakuinkin tuplaa kalan pituuden. Meri-iän katsotaankin määräävän noin 80 prosenttia lohen koosta.

Päivitys 16.11.2018: Lisätty diagrammikuva, kappale valintapaineesta, sekä lisätietoa koiraiden strategioista.

Lähteet: Czorlich ja kumpp. Rapid sex-specific evolution of age at maturity is shaped by genetic architecture in Atlantic salmon (Nature Ecology & Evolution 2018), Erkinaro ja kumpp. Life history variation across four decades in a diverse population complex of Atlantic salmon in a large subarctic river (CJFAS 2018), Luonnonvarakeskuksen Tenojoen lohi -sivut, Helsingin yliopiston tiedote, Luonnonvarakeskuksen tiedote, Primmer: Detecting rapid evolution in salmon: the importance of citizen science and evolving study designs (Nature E&E blog 2018), keskustelu Craig Primmerin kanssa.

Otsikkokuva: Ilkka Jukarainen / Flickr

Pipetointi vie dosentin flow-tilaan

To, 03/22/2018 - 13:01 Toimitus

Helsingin yliopiston dosenttiyhdistys on valinnut jälleen vuoden dosentin. Tänä vuonna hän on Irma Järvelä, joka tunnetaan laktoosi-intoleranssin geneettisen taustan selvittämisestä sekä musikaalisuuden perinnöllisyyttä kartoittavasta tutkimuksestaan. Kaikkein eniten häntä kiinnostavat kuitenkin vakavat aivosairaudet.

Dosentti Irma Järvelä kertoo tarinan. Siinä hän tapaa vaikeasti kehitysvammaiset veljekset ja heidän äitinsä.

Äiti kertoo miettivänsä usein, mistä hänen poikiensa sairaus oikein johtuu. Pojat ovat viisissäkymmenissä.

Suomalaiseen tautiperintöön kuuluu vakavia kehitysvammaisuutta aiheuttavia sairauksia, joista osaan ei ole diagnoosia. Jotkut niistä johtavat kuolemaan nuorella iällä, kuten INCL, jota Järvelä tutki väitöskirjassaan.

Kaikki niistä muuttavat perheen elämän peruuttamattomasti, koska parantavaa hoitoa ei ole.

"Minulta on kysytty suoraan, miksi tutkin vain pienellä joukolla esiintyviä sairauksia, joihin ei ole hoitoa", Järvelä myöntää.

"Itselläni ei ole koskaan ollut siihen motivaatio-ongelmaa. Tutkimuksessa saadaan pelkästään hyvää aikaan – kaikki mitä löydämme johtaa diagnostiikkaan eli siihen, että lapsen sairauden syy selvitetään."

Kaikkiaan Järvelän ryhmä on tunnistanut suomalaisten taudinsyitä parissakymmenessä geenissä. Kyseessä on myös yhteiskunnallinen asia, sillä diagnoosi helpottaa kehitysvammaisen pääsyä tukitoimien piiriin.

Tällä hetkellä Järvelä tutkii yli 200 kainuulaisen kehitysvammaisen DNA-näytteitä. 

Heidän diagnoosinsa oli täysin auki, mutta nyt sama tautimutaatio on löytynyt 10 potilaalta. Myöhemmin tänä vuonna julkaistavassa artikkelissa saatetaan siis esitellä uusi suomalaisen tautiperinnön sairaus.

Pe­rin­nöl­li­syys­tut­ki­mus­ta ajaa tek­nii­koi­den ke­hit­ty­mi­nen ja ute­lias mie­li

Perimän tutkimuksen menetelmät ovat kehittyneet huikeasti viimeisen vuosikymmenen aikana, kun koko perimän tutkimus eli sekvensointi yhdellä kertaa on tullut mahdolliseksi. Lisäksi ala on siitä kiitollinen, että samoja menetelmiä voi käyttää useiden hyvin erityyppisten ominaisuuksien tutkimukseen.

"Näin tässä mahdollisuuden soveltaa tutkimusmenetelmiä myös poikkitieteellisiin aiheisiin", Järvelä sanoo.

Aivosairauksien tutkimus johtikin Järvelän tutkimaan terveitä aivoja ja musikaalisuuden geeniperustaa.

"Kyseessä oli tietyllä tavalla riskitutkimus, mutta tulokset ovat osoittautuneet mielenkiintoisemmiksi kuin osasin odottaa."

Sitä ennen hän ehti kuitenkin tehdä läpimurron laktoosi-intoleranssin genetiikassa.

Myös siihen liittyy tarina.

"Tapasin erikoistumiskoulutukseni aikana Lastenklinikalla 16-vuotiaan pojan, jolla oli synnynnäinen laktaasinpuutos. Hän halusi tietää, millä todennäköisyydellä se olisi myös hänen tulevilla lapsillaan."

Kyseessä on suomalaisen tautiperinnön sairaus, jossa vauvan elimistö ei pysty käsittelemään äidinmaitoa. Kehittyvissä maissa voimakasta ripulia aiheuttava tauti olisi vauvoille kohtalokas. Suomessa näille vauvoille on tarjolla erityisiä, hintavia äidinmaidonkorvikkeita.

Järvelä kiinnostui aiheesta laajemmin, sillä lievempi aikuistyyppinen hypolaktasia, jota yleisesti kutsutaan laktoosi-intoleranssiksi, esiintyy Suomessa miljoonalla ihmisellä ja jopa puolella koko maailman väestöstä. Hän totesi laktoosi-intoleranssin geneettisen taustan ensimmäisenä maailmassa pornaislaisista suvuista.

Toisin kuin synnynnäinen laktaasinpuutos, peittyvästi periytyvä laktoosi-intoleranssi on todellisuudessa aivan normaali ominaisuus. Sen sijaan laktoosin sietoon liittyy dominantti geenimutaatio, joka on auttanut ihmisiä selviämään haastavissa ravitsemusolosuhteissa.

Laktoosi-intoleranssi on todellisuudessa aivan normaali ominaisuus. Sen sijaan laktoosin sietoon liittyy dominantti geenimutaatio.

"Evoluution kannalta laktoosin sieto on ollut eloonjäämistekijä, Järvelä toteaa. Tutkimusryhmän kehittämää laktoosi-intoleranssin geenitestiä tehdään Suomessa yhä 10 000 kappaletta vuodessa."

Mutta palataan vielä aivoihin. Niiden normaalistakin kehityksestä tiedetään yhä vain murto-osa.

Musiik­ki on ai­na­kin puo­lik­si ge­neet­tis­tä

"Minua kiinnostaa, miten lapsen aivot voivat kehittyä niin hienosti ja toisaalta, miksi kaikki menee pieleen yhden pistemutaation takia. Siinä on valtava kontrasti", Järvelä sanoo.

Hänen musikaalisuuden geeniperustaa tutkiva projektinsa jatkuu yhä. Tähän mennessä on selvinnyt, että ainakin puolet musikaalisuudesta on selitettävissä geeneillä ja loput ympäristötekijöillä.

"On kiinnostavaa tutkia, mitkä tekijät ajavat ihmisiä tiettyjen asioiden pariin."

Musikaalisuuden perinnöllisyys liittyy muun muassa kuuloon ja korvan karvasolujen toimintaan. Niitä tarvitaan äänen taajuuksien havaitsemiseen sisäkorvan simpukassa, josta havainto kulkee aivokuorelle ja aivojen kuulokeskukseen. Lisäksi halu harjoitella musiikkia on jopa 70-prosenttisesti geneettistä.

Järvelän tutkimuksessa havaittiin myös, että musiikin kuuntelu vaikuttaa geenien ilmentymiseen. Kyseessä ovat samat geenit, jotka aikaisempien tutkimusten mukaan liittyvät laululintujen laulamiseen. Tällä hetkellä tutkitaan tarkemmin geenien säätelyä musiikin kuuntelussa sekä Tapiolan Sinfonietan ammattimuusikoiden soittamisessa mikro-RNA-näytteistä.

Vuo­den do­sent­ti pää­see pi­pe­toi­mal­la flow-ti­laan

Järvelä iloitsee, että Helsingin yliopiston Vuoden dosentti -tunnustus saatiin tänä vuonna lääketieteelliseen tiedekuntaan.

"Itse en ole koskaan tavoitellut läpimurtoa vaan tutkimusta ajaa uusien asioiden löytäminen. Laktoosi-intoleranssin geneettinen tausta luokitellaan läpimurroksi ja sillä on iso merkitys. Lähtökohtana sillekin tutkimukselle oli kuitenkin, että asia oli mielenkiintoinen ja tärkeä tietää."

Hän haluaa pitää tutkimuksensa tiukasti kiinni käytännössä ja tartuttaa samaa löytämisen intoa myös opiskelijoihinsa.

"Pipetointi vie minut flow-tilaan. Tiedän, että siitä tulee tulosta ja tyytyväinen mieli, enkä malttaisi lähteä kotiin."

*

Juttu on lähes suoraan lainattuna Helsingin yliopiston tiedote, jonka on kirjoittanut Elisa Lautala. Otsikkokuva on myös hänen.

Ihmisen geenikartasta löytyi yllätys

To, 05/04/2017 - 23:59 Toimitus

Ruotsalais-suomalainen tutkimus osoittaa, että ihmisen solujen DNA:ssa esiintyvä ’viides kirjain’ muuttaa geneettisen koodin lukua. Science-tiedelehdessä julkaistut tulokset auttavat ymmärtämään, miten DNA ohjaa geenien ilmentymistä yksilönkehityksen aikana ja tautien synnyssä.

Melkeinpä kaikki tietävät genomimme kirjainleikin: perintötekijöidemme koodi koostuu kirjaimista A, C, G ja T, joiden järjestys on tunnettu vuodesta 2000 lähtien.

Itse asiassa geenikielessä on viideskin kirjain, sillä CG-kirjainyhdistelmien C:t voidaan muokata soluissa niin sanotulla metylaatiolla ja näin tuottaa genomin ’viides kirjain’.

Ihmiskeho koostuu useista erityyppisistä soluista, joissa kaikissa on sama genomin kirjainten järjestys. Genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatio kuitenkin vaihtelee eri kudoksissa esiintyvien solujen välillä. Tällä metylaatiolla voi olla suuri vaikutus geenien ilmentymiseen solussa ja siten solun ominaisuuksiin etenkin, jos metylaatio esiintyy kontrollialueiden’DNA-sanoissa’, joihin traskriptiotekijöiksi kutsutut säätelyproteiinit sitoutuvat.

Kirjainten järjestyksen ymmärtäminen on edellytys genomitiedon hyödyntämiseen lääketieteessä; geenien kirjainjonot tunnetaan, mutta kontrollialueiden, jotka sisältävät ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään, tuntemus on vähäistä.

Professori Jussi Taipaleen (Helsingin yliopisto ja Karoliininen Instituutti) johdolla tutkijat ovat aikaisemmin tunnistaneet useimmat DNA-sanat, joihin yksittäin ja pareittain esiintyvät transkriptiotekijät sitoutuvat.

CG-kirjainyhdistelmän metylaation vaikutusta DNA-sanojen lukemiseen ei kuitenkaan ole aiemmin tutkittu systemaattisesti. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti systemaattisesti transkriptiotekijöiden sitoutumista DNA-sanoihin, joiden CG-kirjainyhdistelmät olivat joko metyloituja tai ei-metyloituja.

Kartoitus paljastaa, että monien transkriptiotekijöiden sitoutuminen DNA-sanoihin muuttuu CG-kirjainyhdistelmien metylaation myötä. Toisin kuin aiemmin tiedettiin, DNA-sanoja, joiden CG-kirjainyhdistelmät ovat metyloituja, lukevat erityisesti sikiöaikana ja elimien kehityksen aikana ilmenevät transkriptiotekijät, sekä muutamat eturauhas- ja paksusuolisyövässä tärkeät transkriptiotekijät.

Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön tutkijat osallistuivat tutkimukseen keskeisesti tuottamalla tietoa syöpäsolujen genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatiosta ja tutkimalla transkriptiotekijöiden tunnistamien DNA-sanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa.

Tämän tutkimuksen tuloksilla on suuri merkitys yksilönkehityksen, syöpäkasvainten kehityksen ja tautien synnyn ymmärtämisessä.

Viite: Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Arttu Jolma, Eevi Kaasinen, Biswajyoti Sahu, Syed Khund-Sayeed, Pratyush K. Das, Teemu Kivioja, Kashyap Dave, Fan Zhong, Kazuhiro R. Nitta, Minna Taipale, Alexander Popov, Paul Adrian Ginno, Silvia Domcke, Jian Yan, Dirk Schübeler, Charles Vinson, and Jussi Taipale: Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors. Science 5 May, 2017

Juttu on käytännössä suoraan Helsingin yliopiston tiedote.

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.

Hiivasta apua keinotekoiselle elämälle

To, 03/27/2014 - 20:54 Jari Mäkinen
Hiivaa

Keinotekoinen elämä ei ole enää kaukana!

Tusina opiskelijaa onnistui ensimmäistä kertaa liittämään toisiinsa hiivan DNA:n palasia toimivaksi kromosomiksi. Kyseessä on suuri askel eteenpäin yrityksissä luoda elämää puhtaalta pöydältä laboratorio-olosuhteissa.

Opiskelijoiden kohteena oli tavallinen leipurihiiva Saccharomyces cerevisiae, mistä otettiin solujen perintötekijöitä ja niiden avulla suunniteltiin ja rakennettiin kokonaan uusi kromosomi.

Tätä aikaisemmin huimin temppu keinotekoisen elämän alalla oli ollut bakteerin genomin syntetisointi, eli keinotekoinen koostaminen. Jo klassikoksi muodostuneessa tutkimuksessa Craig Venter käytti sen tekemiseen 15 vuotta ja 40 miljoonaa dollaria.

Nyt opiskelijat onnistuivat monimutkaisemman hiivan syntetisoinnissa kahdessa vuodessa ja minimaalisella budejtilla – olihan suuri osa opiskelijatyötä.

Hiiva on bakteeria mutkikkaampi tapaus, koska se kuuluu eläinkunnassa aitotumaisten, eli eukaryootien joukkoon. Ne solusta tai soluista, joissa on tuma ja monenlaisia erikoistuneita soluelimiä. Siten ne ovat rakenteeltaan huomattavasti mutkikkaampia ja suurempia kuin esitumalliset bakteerit ja arkit.

Opiskelijahankkeessa kokoon palasista harsittu keinotekoinen hiivakromosomi on 272 871 emäsparia pitkä, eli se on "vain" 2,5 % koko noin 12 miljoonaa paria sisältävästä hiivan kromosomista.

"Tämä on varsin kunnioitusta herättävä osoitus aitotumallisen solun kromosomin uudelleen suunnittelusta, ei vain keinotekoisen DNA:n rakentamisesta", sanoo Farren Isaacs, Naturen haastattelema Yalen yliopiston geneetikko, joka ei ollut mukana tässä hankkeessa. "Voi selvästi nähdä, että tässä haetaan menetelmiä kokonaan uudelle ajalle biologiassa. Siinä perintötekijöitä voidaan suunnitella kokonaan uudelleen.

Tänään Science-lehdessä julkaistun tutkimuksen tutkijaryhmä aikookin jatkaa nyt työtään ja rakentaa koko S. cerevisiaen genomin viiden vuoden kuluessa.

Geenin kasaaminen alkoi New Yorkin yliopistossa hiivan geenin kanssa työtä pitkään tehneen Jef Boeken hankkeena. Hän halusi tehdä genomin siten, että siihen voitaisiin tehdä olennaisia muutoksia – ei vain leikata palasiksi ja koota uudelleen samassa järjestyksessä. Boeken tarkoituksena oli karsia DNA:sta pois joitain perintötekijöitä, jotta niiden tärkeys ja toiminta voitaisiin saada selville.

"En epäillyt lainkaan, etteikö geenin kokoaminen palasista onnistuisi", toteaa Boeke, ja jatkaa: "Olennaisempaa olikin se, että teemme jotain uutta. Voimme esimerkiksi laittaa jotain uutta mukaan genomiin".

 

Geenitutkijat tekivät rock-oopperan

Pe, 02/21/2014 - 10:04 Toimitus

Akatemiatutkija Tuija Takala, tohtorikoulutettava Johanna Ahola-Launonen ja bioetiikkaan erikoistunut filosofian professori Matti Häyry istuivat illallisella Sveitsissä neljä vuotta sitten ja, kuten usein punaviinin äärellä tapahtuu, he saivat idean: tehdä rock-ooppera geenitekniikasta ja siihen liittyvästä etiikasta.

Yleensä tällaiset ideat tuppaavat unohtumaan pian, mutta tämä jatkoi elämäänsä. Takalan ja Häyryn kirjoittama Playing God -rock-ooppera valmistui ja se nähtiin ensimmäisen kerran Baselissa viime kesänä.

Teos tulee viimein lavalle myös Suomessa maaliskuun lopussa, kun Playing God esitetään Gloriassa.

Kansainvälisessä esiintyjäjoukossa on muusikoita muun muassa USA:sta, Britanniasta, Ruotsista ja Suomesta, tunnetuimpana Mountain-yhtyeen rumpali Corky Laing. Kaikki musiikkikappaleet on sävelletty ja sanoitettu itse.

"Esityksessä tuntuu kuin olisi tosi tasokkaalla keikalla", sanoo Ahola-Launonen Helsingin yliopiston tiedotteessa (mihin tämäkin artikkeli perustuu).

Tieteen kauppias saa jumalten tuomion

Playing God kertoo siis geenitekniikasta ja sen vaikeisita kysymyksistä. Tarina keskittyy ihmislajin selviytymiseen ja lisääntymiseen. Elämänpidennyksen saanut blues-laulaja kyllästyy elämään ja päätyy itsemurhaan. Aviopari muokkaa kaksospoikiensa ominaisuuksia ennen syntymää, mutta aiheuttaa näille vain ongelmia. Sairaan veljen pelastajaksi syntynyt sisar joutuu tekemään pitkän matkan itseensä, kun veli yrityksistä huolimatta kuolee.

Tapahtumien keskipisteessä häärii Häyryn esittämä tiedehuijari, joka lopulta vääntää 70-lukulaisen pikkukylän asiat solmuun ja saa jumalat puuttumaan tilanteeseen.

"Taiteellinen muoto auttaa kuvaamaan ongelmakentän laajuutta, ja musiikki antaa ajattelun lisäksi tilaa tunteille", selittää Häyry.

Tutkijoiden mukaan monet ovat lukeneet heidän tarinaansa vastalauseena geenitekniikan käytölle. Genetiikka on kuitenkin vain pieni lisä ihmisen ikiaikaiseen haluun parannella jälkikasvuaan, ja keinoja tärkeämpää on keskustella motiiveista.

Geenitestit ovat hinnaltaan yhä useamman ulottuvilla, mutta mitä niillä oikeastaan saa selville?

"Jos liikkuu ja elää terveellisesti, kaupallisista geenitesteistä ei useinkaan selviä mitään kovin ihmeellistä", selittää Tuija Takala. "Testit voivat jopa herättää turhia pelkoja".

Perimän luenta ei koskaan kosketa vain yhtä ihmistä, vaan sen sivutuotteena paljastuu tietoa lähisuvusta: isyydestä, vaikeista perinnöllisistä sairauksista ja altistumisesta niille.

"Aika monta kysymystä kannattaa miettiä valmiiksi ennen kuin lähtee testeihin."

Geenitesteillä ja -tekniikalla on luonnollisesti paljon hyviä puolia ja monien ihmisen elämää on pystytty ja pystytään parantamaan niillä olennaisesti. Tulevaisuudessa tekniikka tarjoaa vielä enemmän huimia mahdollisuuksia. Tutkijat vakuuttavatkin, että geenitekniikan sijaan teos kyseenalaistaakin sen ympärille jo nyt kehittynyttä ja yhä läpitunkevampaa kaupallisuutta.

Playing God teatteri Gloriassa pe 28.3. alkaen.

Tämä teksti perustuu Elina Mattila-Niemen kirjoittamaan Helsingin yliopiston verkkotiedotuksen artikkeliin.

Kuva: Helsingin yliopisto. Kuvassa vasemmalta Helsingin yliopistossa työskentelevät Tuija Takala ja Johanna Ahola-Launonen sekä Aalto-yliopiston Matti Häyry.

Geeneistä supertehokas tietovarasto

Su, 09/01/2013 - 18:47 Toimitus
Ihmisen DNA-kierrettä

Ihmisten, muiden eläinten ja kasvien soluissa oleva DNA on tapa säilöä perimätietoa biologisesti – ja oikein hyvä sellainen. Kyseessä on evoluution kehittämä erittäin tehokas tiedon tallennustapa. Jos geenien tietotallennuskapasiteetti saataisiin hyötykäyttöön tietotekniikassa, niin muistien koko pienenisi ja luotettavuus paranisi olennaisesti. Lisäksi tiedon kopiointi kävisi erittäin kätevästi. DNA voidaan myös pakata kolmiulotteiseen tilaan piikiekkojen tai metallisten levyjen pintojen sijaan, ja DNA säilyy satoja tuhansia vuosia epämukavissakin olosuhteissa. Se olisi upea tiedon tallennusmedia.

Monet tutkimusryhmät pohtivatkin asiaa ympäri maailman, mutta nyt Harwardin yliopiston Wyss -instituutissa työsketelevät George Church ja Sri Kosuri, bioinsinööri ja geneetikko, ovat onnistuneet ottamaan tässä aimo askeleen eteenpäin. Viime viikon Science -lehdessä julkaistussa artikkelissaan he kertovat, miten he pystyivät parantamaan aikaisempaa ennätystä noin tuhatkertaisesti. Luku on nyt 5,5 petabittiä, eli noin 700 teratavua, tietoa yhdelle grammalle DNA:ta. Tämä vastaa noin 14 000 kappaletta Blue-ray -levyjä.

Koska luku on varsin suuri, kerrataan vielä: yhteen DNA-grammaan voidaan nyt tallentaa noin miljoonan CD-levyn verran tietoa. Jos maailman suurimman yksittäisen massamuistin, Cray-yhtiön Blue Waters -supertietokoneen 500 petatavua olevan tallennuskapasiteetin voisi korvata tällaisella DNA-muistilla, niin sen massa olisi noin 0,7 kiloa.

Luonnollisestikaan tekniikka ei ole ihan vielä käyttökelposta, mutta menetelmä toimii.

Periaate on yksinkertainen: siinä missä perinteisessä kovalevyssä bitit tallennetaan magneettisesti pyörivälle levylle, käytetään nyt DNA:n kaksoiskierteen muodostavia juosteita (kierteen puolikkaita), joiden typpiemäsyksiköitä (T, G, A ja C) koodataan binaarisesti siten, että T ja G vastaavat ykköstä ja A ja C nollaa. Tiedon lukeminen tapahtuu DNA-kartoituksella, eli "yksinkertaisesti" samaan tapaan kuin esimerkiksi ihmisen perimän avaaminen tapahtuu.

Tämä tiedon luku on tällä haavaa suurin pullonkaula DNA-muistin tekemisessä, sillä vielä muutama vuosi sitten geenitiedon kartoittaminen oli hidasta ja kallista. Nykyiset tekniikat ovat tehneet siitä jo niin arkista, että esimerkiksi ihmisen perimän kartoitus onnistuu nyt tunneissa. Tästä on vielä suuri matka siihen, että geenitietoa kartoitettaisiin samalla nopeudella kuin tietokone hakee tietoja massamuistilta.

Tätä päivitellessä kannattaa muistaa millaisia möhkäleitä olivat ensimmäiset kovalevyt ja kuinka muutamassa vuosikymmenessä aiemmin mahdottomalta tuntuneet tiedontallennustavat ovat nyt normaalissa käytössä; kenties 2020-luvulla kannamme mukananamme koko digitaalista arkistoamme, kaikkia ottamiamme kuvia ja videoita sekä kirjoittamiamme tekstejä, vain kuutiosentin muistiyksikössä. Tai sitten muisti, joka toimii myös tietokoneesi kovalevynä, sijaitsee kätevästi päässäsi, mistä myös aivot voivat poimia tietoa suoraan käyttöönsä...

Ja todennäköisesti tulevaisuus on vielä jotain huimempaa.

Alla on Harwardin tuottama video DNA-muistin tekemisestä.

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.