Se alkaa seksistä rannalla. Parit seeprakaloja irrottautuvat muusta parvestaan ja siirtyvät matalampaan ja matalampaan veteen jatkaen toistensa ympärillä liikkumista nopeilla, syöksähtelevillä liikkeillä. Kun naaras saavuttaa pohjan, joka on vain pari senttimetriä vesirajan alapuolella, biologinen reaktio käynnistyy rannan läheisyydestä, ja naaras munii useita satoja munia. Kumppani hedelmöittää ne välittömästi. Muutamassa päivässä sadat nuoret seeprakalat ovat kehittyneet vaiheeseen, jossa ne voivat metsästää ja syödä saalista.
Se on merkittävä suoritus, yksi luonnon kiehtovimmista lisääntymisrituaaleista (ks. laatikko, sivu 32). Seeprakalojen parittelulla on kuitenkin seurauksia, jotka menevät paljon pelkkää biologista uteliaisuutta pidemmälle. Kyseessä on kala, jonka tieteellinen merkitys on viime vuosina kasvanut hämmästyttävän suureksi, ja se on nyt avainasemassa kaikkien ihmiskehon 20 000 geenin roolin selvittämisessä. Parhaiten akvaarioeläimenä tunnetusta olennosta on tullut tieteellinen tähti.
Se on dramaattinen muutos. Mutta miksi se on tapahtunut? Mikä tässä pienessä, mustavalkoisessa Aasian makean veden purojen asukkaassa on niin erityistä. Ja mikä vielä tärkeämpää, mitä lääketieteellisiä salaisuuksia se auttaa paljastamaan? Vastaus ensimmäiseen kysymykseen on yksinkertainen. Seeprakalan suosio on noussut huimasti, koska se täyttää lähes jokaisen kohdan niiden ominaisuuksien toivomuslistalla, joita tutkijat etsivät pyrkiessään mallintamaan ihmisen sairauksia.
Aluksi on kyse yksinkertaisesta lukumäärästä. Joka kerta, kun seeprakala munii, se tuottaa satoja jälkeläisiä, mikä tarjoaa tutkijoille runsaasti tutkimuskohteita. Lisäksi seeprakalat kasvavat hämmästyttävää vauhtia. ”Alkio kehittyy päivässä yhtä paljon kuin ihmisen alkio kuukaudessa, ja kala saavuttaa täysi-ikäisyyden – ja maksimikokonsa, joka on noin kaksi tuumaa – kolmessa kuukaudessa”, sanoo seeprakalojen tutkija Elisabeth Busch-Nentwich Cambridgeshiren Sanger-instituutista.
Lisäksi seeprakaloja on helppo ylläpitää suuria määriä laboratorioissa. Suolakatkarapuja ja makeaa vettä sisältävä ruokavalio pitää ne tyytyväisinä vuosikausia. Ja lopuksi, mikä lienee tärkeintä, nuoret seeprakalat ovat lähes täysin läpinäkyviä, mikä on kriittinen ominaisuus, sillä sen avulla tutkijat voivat tutkia soluja niiden kehossa, kun ne kasvavat ja jakautuvat. Tätä viimeistä seikkaa korostaa toinen Sangerin tutkija, Keren Carss. ”Seeprakalan alkioihin voidaan tehdä kaikenlaisia kokeellisia muutoksia ja nähdä fysiologiset tulokset lähes välittömästi. Ja näitä muutoksia voi tutkia hyvin helposti, koska seeprakala on lähes läpinäkyvä. Voi nähdä, mitä tapahtuu ilman, että niihin tarvitsee koskea, ja tätä ei voi tehdä muille koe-eläimille, jotka on tapettava, jotta niitä voi tutkia. Se tekee seeprakaloista erittäin hyödyllisiä tieteelle.”
Tosiasiassa Danio rerio, tieteellisen nimensä mukaisesti, ei ole nykyaikaisessa biologisessa tutkimuksessa niinkään hyödyllinen kuin välttämätön. Yhdessä läpinäkyvyytensä ja huomattavan kasvunopeutensa kanssa seeprakalan geneettinen rakenne on yllättävän lähellä Homo sapiensin geneettistä rakennetta.
Sen vuoksi tutkijat ovat jo käyttäneet kalaa satojen ihmisgeenien toimintojen paikantamiseen. ”Ihmisgenomiprojektin valmistumisen ansiosta 10 vuotta sitten saimme selville kaikkien niiden noin 20 000 geenin rakenteet, jotka muodostavat ihmisen perimän”, sanoo Derek Stemple, Sangerin hiiri- ja seeprakalojen genetiikan päällikkö.
”Emme kuitenkaan oppineet, mitä nämä geenit tekevät ihmiskehossa. Se on tehtävä, joka meillä on nyt edessämme. Meidän on selvitettävä, mitä geenimme tekevät, mitä proteiineja ne tuottavat ja miten ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Olemme oppineet, mitä jotkut geenit tekevät, mutta suurimman osan tehtävät ovat edelleen mysteeri – ja tässä seeprakala tulee kuvaan mukaan.
”Noin 70 prosentilla geeneistämme on seeprakalan vastine. Tarkemmin sanottuna, jos tarkastellaan geenejä, jotka aiheuttavat sairauksia ihmisessä, 84 prosentilla niistä on seeprakalojen analogit. Siksi Wellcome Trust on maksanut niin paljon rahaa seeprakalojen tutkimiseen Sanger-instituutissa.”
Ihmisen ja seeprakalan genomeja vertailemalla on löydetty muun muassa useita aiemmin tuntemattomia geenejä, jotka ovat osallisina harvinaisissa lihasdystrofian muodoissa, ihmisen alkion kehitykseen ja sydämen fysiologiaan liittyviä geneettisiä reittejä sekä lääkkeitä, joita testataan nyt ihosyövän tulevina hoitoina. Sheffieldin yliopiston kardiologian erikoislääkäri Tim Chicon työ on toinen esimerkki. ”Samat reitit ja geenit, jotka loivat minun ja sinun sydämesi, ovat vastuussa sydämen kehityksen käynnistämisestä seeprakaloissa”, Chico huomauttaa. Ja tällä samankaltaisuudella on hyvin tärkeitä seurauksia, hän lisää.
”Meillä on monien tuhansien yhdisteiden kirjasto, joka saattaa olla seuraava paras lääke sydänsairauksiin. Seeprakalojen avulla voimme hyvin nopeasti seuloa niitä nähdaksemme, onko yhdisteillä vaikutusta. Voimme kytkeä geenejä pois päältä ja nähdä, miten seeprakala kasvattaa uudelleen verisuonia korjatakseen vaurioita. Jos voisimme kytkeä oikeat geenit päälle ihmisissä, voisimme elää pidempään ja selvitä paremmin sydänkohtauksen jälkeen.”
Nämä hankkeet selittävät, miksi seeprakalasta on tullut tutkijoiden mieleen. Mutta miten tutkijat tarkalleen ottaen kääntävät tietoa olennosta, jolla oli ihmiskunnan kanssa yhteinen esi-isä viimeksi noin 300 miljoonaa vuotta sitten? Vastauksen antaa Stemple. Tutkija istuu toimistossa, joka on täynnä polkupyöriä, suojakypäriä ja erilaisia käytöstä poistettuja vaatteita. Hänen huoneestaan avautuu näkymä laajalle rakennustyömaalle Cambridgeshiren Genomikampuksen laidalla, jonne rakennetaan uutta keskusta Euroopan bioinformatiikan instituutille, joka jakaa alueen Sanger-instituutin kanssa. Genomikampus kehitettiin ensimmäisen kerran viime vuosisadalla, ja siitä lähtien sitä on laajennettu voimakkaasti geeniteknologian huomattavan noususuhdanteen vuoksi.
Tutkijoilta kesti vuosia ja he käyttivät miljardeja puntia, ennen kuin he saivat sekvensoitua ensimmäisen ihmisen genomin. Nykyään tämä tehtävä voidaan tehdä muutamalla tuhannella punnalla ja siihen kuluu vain muutama tunti. Sanger-instituutin automatisoiduista geenisekvensointilaitteista virtaa nyt päivittäin triljoonia databittejä, kun sen tutkijat tutkivat potilaiden, eläinten – myös seeprakalojen – ja kasvainsolujen geneettisiä rakenteita, ja tätä tietovyöryä ohjataan joukosta tehokkaita tietokoneita, joilla on oma, vaikuttavan suuri rakennuksensa. ”Bioinformatiikka on tulevaisuuden tiede”, Stemple sanoo. ”Se ohjaa työtämme täällä ja se ohjaa seeprakalojen tutkimusta.”
Kyky analysoida valtavia tietomääriä on tärkeää, kun seeprakaloja käytetään ihmisen geenien salaisuuksien selvittämiseen. Tämän tiedon tuottamiseen käytetyt menettelyt perustuvat kuitenkin perinteisempiin geenitutkimuksen lähestymistapoihin. ”Me tuotamme mutaatioita”, Stemple sanoo. ”Käsittelemme urosseeprakaloja kemikaaleilla, mikä aiheuttaa mutaatioita niiden geeneissä.”
Geenit ohjaavat proteiinien valmistusta kaikkien eläinten elimistössä. Mutaatio geenissä siis häiritsee sen valmistamaa proteiinia. Se saattaa esimerkiksi valmistaa proteiinia, joka on leikattu kahtia. Tutkijoiden juju on yhdistää tietty mutaatio geenissä muutokseen seeprakalan ulkonäössä tai käyttäytymisessä, yhteys, joka johtaa heidät paljastamaan proteiinin, jota kyseinen geeni yleensä valmistaa.
”Tavoitteenamme on selvittää geenin toiminta silloin, kun se ei ole mutatoitunut, kun se on normaalissa tilassaan”, Busch-Nentwich lisää. ”Koska seeprakaloilla on niin paljon läheisiä vastineita Homo sapiensin geeneille, se kertoo meille myös ihmisgeenin toiminnan.”
Tätäkin varten tutkijat – kun he ovat luoneet mutatoituneet seeprakalojensa urokset – kasvattavat ne käsittelemättömien, normaalien naaraspuolisten seeprakalojen kanssa. Urosten mutaatiot siirtyvät sitten uuteen seepiasukupolveen. Tämä ensimmäinen kalasukupolvi risteytetään sitten, jotta saadaan aikaan toinen sukupolvi, jossa joillakin kaloilla on kaksi kopiota samasta mutatoituneesta geenistä – toinen äidiltään, toinen isältään – ja joka näkyy selvästi nuorten kalojen fysiologiassa.
”Me myös sekvensoimme kasvatettavien kalojen genomit”, Stemple lisää. ”Sitten tarkastelemme lopullisen sukupolven kaloja ja tutkimme niitä, joissa on epätavallisia piirteitä. Löysimme esimerkiksi hiljattain yhden mutaatiotutkimuksellamme luodun seeprakalaperheen, josta puuttui kokonaan pigmentaatio.
”Genomianalyysin perusteella näimme myös, että sillä oli mutaatio slc22a7b-nimisessä geenissä. Oli selvä yhteys, joka osoitti, että tämä geeni osallistuu pigmentaatioon. Vielä tarkemmin sanottuna kyseistä geeniä vastaa ihmisellä oleva geeni, jonka uskomme nyt olevan vastuussa sellaisten geenien koodaamisesta, jotka osallistuvat ihmisen pigmentaatioon.”
Toinen esimerkki seeprakalan arvosta lääketieteelle on Carssin Sangerissa tekemä tutkimus. Hän tutkii erästä lihasdystrofian muotoa, joka tunnetaan nimellä dystroglykanopatia, jota esiintyy yleensä vauvoilla ja pikkulapsilla ja joka aiheuttaa heikkoutta ja liikehäiriöitä. Seeprakalojen avulla Carss on havainnut, että mutaatiot geeneissä B3galnt2 ja GmppB tuottivat alkioita, jotka olivat pieniä ja taipuneita verrattuna terveisiin alkioihin.
”Seeprakalojen alkioilla, joissa geenit ovat häiriintyneet, on rakenteellisia ja toiminnallisia vikoja, jotka jäljittelevät dystroglykankanopatiaa sairastavien lasten oireita”, Carss lisää. ”Se on erittäin vahva todiste siitä, että B3galnt2:sta ja GmppB:stä löytämämme mutaatiot aiheuttavat dystroglykankanopatiaa lapsilla. Kun tiedämme, että nämä geenit ovat osallisina, saamme vihjeitä siitä, mitä hoitomuotoja voisimme antaa näille lapsille. Seeprakalojen alkioita voitaisiin käyttää näiden hoitojen testaamiseen.”
Kiihkoa seeprakalojen tutkimukseen jakaa myös Leonard Zon, lastenlääketieteen professori Bostonin lastensairaalassa, joka on osa Harvardin lääketieteellistä korkeakoulua. ”Seeprakala on fantastinen biologinen järjestelmä”, hän sanoo. ”Niiden alkiot voivat imeä veteen lisättyjä kemikaaleja. Niinpä niiden geeneissä on helppo saada aikaan mutaatioita.”
Eräässä ryhmänsä tekemässä kokeessa Zon lisäsi seeprakalojen alkioihin erilaisia lääkeaineita ja löysi yhden, prostaglandiini E2:n, joka lisäsi niiden veren kantasolujen määrää – ja näin ollen myös veren kantasolujen määrää ihmisissä. Nämä luuytimessä syntyvät solut ovat kaikkien veremme muodostavien solutyyppien esiasteita, mukaan lukien immuunijärjestelmäämme muodostavat valkosolut.
Löytö voi olla Zonin mukaan merkittävä, koska sen avulla voitaisiin tehostaa kantasolusiirtoja potilaille, erityisesti syöpäpotilaille. ”Luuydin tuhoutuu kemoterapian aikana, ja se on korvattava potilailla hoidon päätyttyä. Jos potilaalla ei ole sukulaista, jonka luuydin vastaisi hänen omaansa, lääkäri käyttää napanuorasta otettuja veren kantasoluja. Niitä säilytetään nykyään rutiininomaisesti napanuorapankeissa. Napanuoraverestä tehdyt verensiirrot voivat palauttaa potilaiden immuunijärjestelmän. Näissä napanuorissa on kuitenkin vain vähän soluja, ja meidän on löydettävä keinoja lisätä veren kantasolujen määrää nopeasti, kun potilaiden immuunijärjestelmä on heikentynyt. Prostaglandiini E2 – jonka löysimme seeprakaloilla tekemämme työn perusteella – tarjoaa meille keinon tähän.”
Ajatus on jo saanut tukea varhaisista seeprakaloilla ja hiirillä tehdyistä kokeista. Zon ja hänen ryhmänsä ottivat hiiristä luuydintä ja käsittelivät osaa niistä prostaglandiinilla. Osa jätettiin käsittelemättä. Sitten tutkijat palauttivat luuytimen hiirille. Prostaglandiinilla käsitelty luuydin palautti hiirten veri- ja immuunijärjestelmän paljon nopeammin kuin käsittelemätön versio.
Tämä eläimillä tehty työ on nyt toistettu ensimmäisen vaiheen kliinisessä tutkimuksessa ihmisillä, lisäsi Zon. Kemoterapiaa saaneilla leukemiapotilailla havaittiin, että prostaglandiinilla käsitellyt napanuoraverensiirrot palauttivat valkosolut ja verihiutaleet useita päiviä aikaisemmin verrattuna potilaisiin, joiden napanuoraverensiirtoihin ei ollut lisätty prostaglandiinia. ”Se on erittäin lupaavaa kehitystä”, Zon lisää.
Sanger-instituutilla on rahoitusta 8 000 risteytetyn mutanttiseeprakalan tutkimiseen, joista sen tutkijat odottavat pystyvänsä selvittämään 80-90 %:n kaikkien ihmisen geenien toiminnan.
”Tähän mennessä olemme sekvensoineet noin 3 000 mutanttiseeprakalan genomit ja tunnistaneet mutaatioita noin puolessa kaikista proteiineja koodaavista geeneistä”, Stemple sanoo. Teemme kaikki nämä tiedot julkisesti saataville sellaisten keskusten kautta kuin Oregonissa sijaitseva Zebrafish International Resource Centre ja Saksan Karlsruhessa sijaitseva European Zebrafish Resource Centre. Lähetämme näihin keskuksiin myös näytteitä pakastetusta spermasta jokaisesta luomastamme seeprakalan mutanttikannasta, jotta ne voidaan arkistoida siellä. Tutkijat missä päin maailmaa tahansa voivat sitten pyytää saada käyttää tätä pakastettua spermaa luodakseen seeprakannan, jossa on tietty mutaatio. Tämän jälkeen voidaan testata lääkkeitä, joilla voitaisiin hoitaa tämän geenin ihmisvastineeseen liittyviä sairauksia, jotta löydettäisiin tehokkaimmat niistä.
”Kehitämme tällä tavoin valtavan tehokkaan työkalun, joka määrittää kaikkien geeniemme toiminnot ja auttaa meitä luomaan uusia lääkkeitä, joilla voidaan torjua näihin geeneihin liittyviä sairauksia. Ja tämä kaikki tapahtuu seeprakalan ansiosta.”
{{{topLeft}}
{{{bottomLeft}}
{{{topRight}}
{{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
- Jaa Facebookissa
- Jaa Twitterissä
- Jaa sähköpostitse
- Jaa LinkedInissä
- Jaa Pinterestissä
- Jaa WhatsAppissa
- Jaa Messengerissä
.