10 tapaa, joilla perimän tutkiminen on muuttanut maailmaa

Huhtikuun 25. päivänä vuonna 1953 julkaistiin Nature-lehdessä artikkeli deoksiribonukleiinihapon, DNA:n, rakenteesta. Sen jälkeen perimän tutkiminen on mullistanut maailmaamme ja käsityksemme siitä mitä olemme.

Ja mitä mikään elävä on, on ollut tai tulee olemaan. DNA oli pitkään ylenkatsottu eikä sen yksinkertaisuudessa uskottu voivan sisältää tai pystyvän siirtämään informaatiota. Elämän salaisuus kuitenkin ratkesi Rosalind Franklinin, Maurice Wilkinsin, James Watsonin ja Francis Crickin yhteistyöllä. Kaksi viimeistä keräsi tutkimustulokset yhteen ja paljasti DNA:n nerokkaan rakenteen: Sokeri-fosfaattirunko, johon liittyneet neljä vaihtelevaa emästä (adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini) asettuvat kahtena vastakkaisena juosteena kierteelle. Noiden neljän emäksen järjestys pitää sisällään elämän koodin, geenien sekvenssin.

Tänään, artikkelin julkaisun vuosipäivänä, vietetään kansainvälistä DNA:n päivää myös sen kunniaksi, että huhtikuussa 2003 Human Genome Project valmistui ja monikansallinen tutkijaryhmä paljasti 13 vuoden työn tuloksena ihmisen koko perimän, eli DNA:n emästen järjestyksen. 

DNA, geenit ja perimä kuulostavat asioina monimutkaisilta, mutta älä huoli, tulossa ei ole listantäydeltä tieteellistä jargonia, pahin on jo ohi!

Listafriikki esittelee nyt 10 erilaista tieteen ja elämän osa-aluetta, joita DNA:n ja perimän tutkiminen on mullistanut. 

Ympäröivän maailman ymmärtäminen

Kun ihmisen genomi oli selvitetty, alkoi vauhdikas muiden lajien perimän kartoittaminen. Teknologia on jo kehittynyt niin pitkälle, että enää koko genomin sekvensointi (eli emäksien järjestyksen selvittäminen) ei kestä vuosia tai maksa miljoonia. Mitä enemmän meillä on tietoa muista lajeista, sitä paremmin ymmärrämme maapallon eläviä olentoja.

Perimän tutkiminen on myös mahdollistanut entistä tarkemman elämän sukupuun rakentamisen, ja antanut uutta tietoa eri lajien sukulaisuussuhteista, esimerkiksi kilpikonnat ovat läheisempää sukua linnuille kuin liskoille tai käärmeille. Voimme selvittää minkälainen perimä oli mammuteilla tai tasmaniantiikereillä, ja miksi ne mahdollisesti kuolivat sukupuuttoon.

DNA-viivakoodaus on mielenkiintoinen tapa tutkia ympäristöä. Viivakoodattavat alueet ovat lyhyitä perimän osia, jotka ovat lajin sisällä samankaltaisia, mutta muuntelevat lajien välillä. Tiedeyhteisö on sopinut kullekin lajille oman koodinsa. Erittäin pienestä määrästä orgaanista ainetta, esimerkiksi ulostetta, voidaan selvittää jätöksen tehnyt laji sekä mitä se on syönyt ja minkälaisia mikrobeja sen suolistossa kasvaa. Se auttaa arvioimaan muun muassa eläimen liikkumista, reagointia stressiin ja terveydentilaa. Viivakoodien avulla monitoroidaan myös elintarviketuotantoa, esimerkiksi selvittämällä onko tietty liha sitä mitä sen sanotaan olevan.

Perimän tutkiminen ei ole pelkkää DNA:ta

Vaikka perimätieto siirtyy DNA:n välityksellä, vaikuttavat sen toimintaan monet ulkopuoliset asiat. DNA pysyy (lähes) samanlaisena solun jakaantumisesta toiseen, mutta kaikki geenit eivät ole aktiivisia jokaisessa solussa. Erilaiset proteiinit, tai esimerkiksi molekyyli nimeltään metyyli, kiinnittyvät DNA:han toimien välillä kuin STOP-kylttinä ja välillä vihreänä valona. Tämän ansiosta meillä on keskenään hyvin erilaisia soluja, esimerkiksi metrien mittaisia hermosoluja ja pieniä, kiekkomaisia punasoluja.

Muut molekyylit säätelevät DNA:n toimintaa myös erilaisissa olosuhteissa. Tätä kutsutaan epigenetiikaksi. DNA:han kiinnittyvät proteiinit voivat saada geenien ilmenemisessä aikaan muutoksia, jotka siirtyvät sukupolvelta toiselle ilman, että varsinainen sekvenssi olisi muuttunut.

Hyvänä esimerkkinä toimii toisen maailmansodan aikana nälänhädässä eläneet hollantilaiset. Tuolloin raskauden alkuvaiheessa olleiden naisten lapsilla on todettu huomattavasti keskivertoa enemmän liikalihavuutta ja riskiä sairastua diabetekseen sekä sydän- ja verisuonisairauksiin. Myöhemmin syntyneillä sisaruksilla ilmiö ei ole toistunut. Hämmästyttävää on se, että riski siirtyi vielä seuraavaankin sukupolveen. Nälkäänäkeviltä äideiltä oli selvästi siirtynyt eteenpäin jotain, mikä ei kuitenkaan selittynyt muutoksella DNA:ssa.

Tutkimuksissa selvisi, että jo aiemmin mainittu geenien kontrolloija metyyli oli syyllinen ilmiöön. Metyyliä ihminen saa täysipainoisesta ravitsemuksesta, joten niin uskomattomalta kuin se kuulostaakin, niin se mitä vanhempasi tai isovanhempasi ovat syöneet, vaikuttaa siihen minkälainen olet. Samanlaisia epigeneettisiä muutoksia voi aiheuttaa muun muassa raskaudenaikainen tupakointi, alkoholinkäyttö sekä myös stressi ja ahdistuneisuus.

Edistysaskeleita maataloudessa

Ihminen on erilaisin keinoin jalostanut kasveja ja eläimiä tuhansien vuosien ajan. Tomaatti, lehmä, banaani ja koira ovat villeinä hyvin erilaisia kuin niiden kesytetyt muodot.

Perimän tutkiminen ja muokkaaminen mahdollistavat huomattavasti nopeamman keinon tuottaa haluttuja ominaisuuksia. Tietenkin se voi johtaa ylilyönteihin, mutta niiltä ei olla vältytty myöskään ennen laboratorioita.

Sana GMO, geenimuunneltu organismi, nostaa monella karvat pystyyn, aivan suotta. Esimerkkinä geenimuunnellusta kasvista on kultainen riisi, joka riisin oman perimäaineksen lisäksi sisältää pieniä pätkiä maissin ja bakteerien DNA:ta. Nämä lisägeenit saavat riisin tuottamaan beetakaroteenia, joka on A-vitamiinin esiaste. Afrikassa ja Aasiassa tuon vitamiinin puutos sairastuttaa miljoonia ihmisiä vuosittain ja aiheuttaa sokeutumista ja elimistön vastustuskyvyn heikkenemistä. 

Kultainen riisi kehitettiin jo 1990-luvun lopulla, ja se olisi loistava apu pelastamaan henkiä ja taistelemaan puutostautia vastaan. Mutta niin kuin monen geenimuunnellun organismin kohdalla, myös kultainen riisi jäi byrokratian ja yleisen vastustuksen uhriksi.

Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että laboratoriossa muunnellut kasvit ovat yhtä turvallisia kuin pellolla muokatut, mutta hengenpelastajaksikin kutsuttua riisiä ei ole vastustuksen ja vandalismin vuoksi saatu koeviljelyä pidemmälle. 

Farmakogenomiikka

Jäiks, mikä sanahirviö! Se tarkoittaa yksinkertaisuudessaan sitä, että tutkitaan miten tietty lääke sopii jollekin yksilölle.

Jokaisen oma geenisekvenssi vaikuttaa siihen, miten reagoimme johonkin aineeseen, tässä kohtaa lääkkeeseen.

Esimerkiksi monet masennuslääkkeet pääsevät soluihimme sisään solujen pinnalla olevien ABCB1-proteiinien avulla. ABCB1 toimii kuin portinvartija, mutta sen muoto ja toimintakyky vaihtelevat ihmiseltä toiselle. Tästä proteiinista tiedetään kymmeniä eri variaatioita, mikä tarkoittaa erilaista vastetta lääkkeen tehoaineeseen. Toisille riittää pieni annos, toisille sama lääke ei välttämättä tehoa ollenkaan. Tiettyjen kolesterolilääkkeiden ja kemoterapiassa käytettyjen lääkkeiden kohdalla on havaittu samanlaisia variaatioita vasteessa; nekin johtuvat muunnoksista ABCB1:ssä. Oikeanlaisen annostuksen löytämiseksi potilaalle voidaan tehdä geenitesti ja helposti selvittää, mikä variantti hänellä on.

Kotona tehtävät geenitestit

Et varmasti ole välttynyt geenitestimainoksilta. Nykyään on helppoa, nopeaa ja edullista tilata geenitesti kotiin, ottaa näyte suusta ja lähettää se tutkittavaksi laboratorioon.

Oman geeniperimän selvittäminen on mielenkiintoista, mutta siinä piilee myös vaaroja. Moni haluaa etsiä kadonneita sukulaisia tai selvittää, onko sukua jollekin tunnetulle henkilölle. Tästä listan seuraavassa kohdassa lisää.

On tietysti hauska selvittää, mitä geenit meille itsestämme kertovat. Saat tietää onko vaikkusi kuivaa vai märkää tai himoitsetko suolaisia vai makeita herkkuja. Ne toki tiedät varmasti ilman testiäkin. Mutta geenitestistä saat selville myös alttiutesi sairastua joihinkin perinnöllisiin tauteihin. Mitä ajattelisit, jos selviäisi, että sinulla on korkea alttius sairastua Alzheimerin tautiin? Eläisitkö jatkuvassa pelossa?

Kotona tehtävä geenitesti voi olla mielenkiintoinen, mutta tulokset voivat johtaa vääränlaisiin tulkintoihin ilman ymmärrystä siitä, mitä geneettinen riski tai alttius tarkoittaa.

Kaukaiset ja läheiset sukujuuret

Perimän tutkiminen on auttanut ihmisiä selvittämään omaa paikkaamme elämän kokonaisessa sukupuussa. Keitä on lähimmillä oksilla? Olemme pystyneet selvittämään minkälaisia ovat olleet meitä edeltäneet ja meidän kanssa yhtäaikaa eläneet ihmislajit. Ja miten ne ovat mahdollisesti vaikuttaneet nykypäivän Homo sapiensikseen.

Esimerkiksi vuonna 2017 tehdyssä tutkimuksessa todettiin,  että joiltakin eurooppalaisilta voidaan löytää osia Neandertalin ihmisen geeneistä. Eräs geenisekvenssi muun muassa vaikuttaa ihmisen vuorokausirytmiin, ja siihen onko henkilö aamu- vai iltavirkku. Toinen Neandertalin ihmiseltä siirtynyt ominaisuus on ihon ja silmien värin vaihtelu.

Listan edellisessä kohdassa mainittu geenitesti voi paljastaa tietoja myös meidän lähisukulaisistamme. Moni adoptoitu, jolla ei ole tietoa biologisista vanhemmistaan, haluaa selvittää oman perimänsä ja ehkä etsiä tietokantojen avulla sukulaisiaan. 

Geenitestit ovat äärimmäisen suosittuja maissa, joissa väestö on alkuperäiskansoja lukuunottamatta tullut suhteellisen hiljattain muualta maailmasta, esimerkkeinä Yhdysvallat ja Kanada. Youtube on pullollaan hauskoja videoita ihmisistä avaamassa kirjekuoria, joissa heidän kerrotaan olevan osittain senegalilaisia, ruotsalaisia, irlantilaisia ja korealaisia.

Ikäviäkin asioita sattuu, sillä hauskoina pidetyt tulokset ovat paljastaneet myös monia tapauksia, joissa kaikki sisarukset eivät olekaan molempien vanhempien biologisia jälkeläisiä. Tutkimusten mukaan maasta riippuen 1-10 prosentilla lapsista on eri biologinen isä kuin se, jonka he olivat koko ikänsä kuvitelleet olevan. 

Geenitesti sikiölle

Tiesitkö, että nykyisin voidaan odottavan äidin verikokeesta selvittää DNA-sekvensoinnin avulla myös sikiön perimä? Aiemmin jopa keskenmenoihin johtaneet näytteenottotavat voivat jäädä historiaan.

Geenitestin tekeminen on mullistanut sikiöseulonnan erityisesti niille vanhemmille, joiden lapsilla on riskinä periä jokin vakava tai jopa kuolemaan johtava synnynnäinen vamma. Testi voidaan tehdä muun muassa siinä tapauksessa, jos takana on aiempi ikävästi päättynyt raskaus.

Syntymättömän lapsen geneettinen testaus auttaa myös lääkäreitä valmistautumaan, jos sikiöllä havaitaan esimerkiksi perinnöllinen sydänvaiva, joka vaatii leikkausta pian syntymän jälkeen.

Aikaisessa raskauden vaiheessa suoritettava testaus on toisaalta myös hyvin kiistanalainen aihe, koska vanhemmat saattavat keskeyttää raskauden, jos lapsella todetaan kolme kappaletta kromosomia 21. Tuo mutaatio johtaa Downin syndroomaan, joka ei kuitenkaan ole tappava oireyhtymä, vaan henkilöt voivat elää onnellista ja täysipainoista elämää. 

Vaarana on myös se, että ihmiset alkavat tekemään valikoivia raskaudenkeskeytyksiä, koska haluavat tiettyä sukupuolta olevan tai vaikka ruskeasilmäisen lapsen.  

Rikostutkinta mullistui

Mietitkö ikinä TV-sarjoja katsoessasi, että miten DNA-analyysilla voidaan saada rikoksen tekijä selville?

Se 0,1 % ihmisen perimästä, joka vaihtelee yksilöiden välillä, sisältää lyhyitä toistojaksoja, joita kutsutaan lyhenteellä STR (short tandem repeats). Kyllä, olemme kaikki 99,9 prosenttisesti samanlaisia. Kun esimerkiksi rikospaikalta löydettyä DNA-näytettä analysoidaan, vertaillaan juuri näitä toistojaksoja, joiden määrät vaihtelevat yksilöllisesti. Geenien toimintaan STR:t eivät vaikuta. Minulla voi jotain pätkää olla 14 kappaletta ja jotain toista taas 10 kappaletta. Kaverilla ensimmäistä pätkää on 12 ja toista 17.

Kun DNA-näytteestä tutkitaan tarpeeksi monta toistojaksoaluetta, voidaan jokaiselle ihmiselle muodostaa oma geneettinen sormenjälkensä. Tällä hetkellä esimerkiksi FBI:n rikoslaboratorio käyttää profiilin muodostamiseen 20 eri STR:ää. Teoriassa se riittää erottamaan yhden henkilön kaikista muista maailman ihmisistä. DNA on myös vapauttanut lukuisia syyttöminä vankilaan tuomittuja henkilöitä, kun todistusaineisto on jopa vuosikymmeniä myöhemmin ja teknologian kehityttyä tutkittu uudelleen. Tällaisista tapauksista voit lukea lisää tämän linkin kautta.

Kun nämä DNA-jaksot periytyvät sukupolvelta toiselle, ne usein joko lyhenevät tai pitenevät yhden toiston verran. Niiden avulla voidaan selvittää sukulaisuussuhteita ja tunnistaa ihmisiä, esimerkiksi syyskuun 11. päivän terrori-iskuissa menehtyneiden jäänteistä tehdään edelleen DNA-analyysejä ja tunnistuksia.

Harvinaiset sairaudet

Maailmassa elää 350 miljoonaa ihmistä, jotka kärsivät harvinaisista sairauksista, joihin lasketaan alle 200 000 henkilöllä diagnosoidut sairaudet. 80 prosenttia niistä sairauksista on perinnöllisiä ja 95 prosenttiin ei ole hoitokeinoa. Ei kuulosta hyvältä! (Harvinaisista sairauksista voit käydä lukemassa tämän linkin kautta.)

Harvinaisten sairauksien diagnosointi on pitkään ollut hyvin haasteellista, koska joko lääkärit eivät ole niistä tienneet tai eivät ole osanneet ajatellakaan. 

Perimän tutkiminen on kuitenkin mullistanut harvinaisten sairauksien löytämisen ja hoitamisen. Kun koko genomi voidaan selvittää, voi sieltä löytää muutoksia, jotka ovat sairastavilla samanlaisia. Helppoa miljoonien emäsparien läpikäyminen ja vertaileminen ei ole, koska kellään ei välttämättä ole mitään käsitystä, mistä mutaatiota pitäisi lähteä etsimään. Mutta nykyään se on kuitenkin mahdollista!

Ja jos sairauteen tiedetään syy, voi siihen yrittää kehittää lääkkeen.

Perimän muokkaaminen

Sen jälkeen, kun ihmisen perimä saatiin selvitettyä, alettiin kehittää tehokkaita keinoja sen muokkaamiseen.

Nyt ei puhuta siitä, että kiinalainen lääkäri kloonaa vauvoja. Teknologia siihen toki on ollut valmis, onhan rottia ja lampaita kloonattu, miksi ihmistä ei siis pystyisi.

Ihmisen genomia pystytään muokkaamaan niin, että muutokset siirtyvät sukupolvelta toiselle. Mutta kysymys kuuluukin: Voiko niin tehdä? Tällä hetkellä sukusolujen, ja vain erilaistumattomia soluja sisältävän alkion soluja, ei saa lain mukaan muokata. 

Muuten geeniterapia on käytetty ja sallittu hoitomuoto. Miljoonia ihmisiä vuosittain tappava, perinnöllinen sirppisoluanemia voidaan eläinkokeiden perusteella parantaa ottamalla potilaan luuytimestä punasolujen kantasolut, poistaa geeniteknologian avulla taudin aiheuttama mutaatio ja palauttaa virheettömät solut kantajaan. Kivulias sirppisoluanemia on hiirillä kyetty hoitamaan. Ihmiskokeet ovat vuorossa seuraavana. 

🤷‍♀️ Kerro kommenttikentässä ⬇⬇ tai somekanavissamme mitä ajatuksia GMO ja perimän muokkaaminen sinussa herättävät.