Helsingin yliopisto

Bakteerien evoluutiolle löytyi yllättävä lainalaisuus

Jaa

Apugeenien yleisyys bakteeripopulaatiossa säätelee bakteerien kykyä lisääntyä ja levitä isäntäorganismilta toiseen; säätelyä eivät niinkään tee mutaatiot ydinperimässä.

Keuhkokuumeen ja muiden infektioiden aiheuttaja yleinen aiheuttaja on pneumokokkibakteeri. Pneumokokeista on löydetty hyvin paljon geneettistä vaihtelua, mutta aiemmin ei ole kyetty selittämään täsmällisesti, mikä evolutiivinen voima tätä monimuotoisuutta ylläpitää.
Keuhkokuumeen ja muiden infektioiden aiheuttaja yleinen aiheuttaja on pneumokokkibakteeri. Pneumokokeista on löydetty hyvin paljon geneettistä vaihtelua, mutta aiemmin ei ole kyetty selittämään täsmällisesti, mikä evolutiivinen voima tätä monimuotoisuutta ylläpitää.

Tutkijat ovat löytäneet uuden lainalaisuuden, joka on ensisijainen säätelytekijä bakteeripopulaatioiden evoluutiossa. Näyttäisi siltä, että löydös on yksi tämän vuosikymmen merkittävimmistä bakteerien evoluutioon liittyvistä tutkimustuloksista. Toisin kuin aiemmin uskottiin, bakteerien kykyä lisääntyä ja levitä isäntäorganismilta toiselle eivät säätelekään ensisijaisesti mutaatiot ydinperimässä vaan niin sanottujen apugeenien yleisyys koko populaatiossa.

Uuden havainnon julkistivat professori Jukka Corander ja Dr Nicholas Croucher Nature Ecology & Evolution Advance Online Publication (AOP) - julkaisussa 16.10.2017. He johtivat tutkimustyötä, jossa selvitettiin pneumokokkibakteerien evoluutiota useista maista kerättyjen kohorttiaineistojen avulla.

-Valintapainetta populaatioiden evoluutiossa kuvaavaa uutta simulaatiomalliamme voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi bakteerirokotteita suunniteltaessa, näin niiden teho saadaan maksimoitua, Jukka Corander sanoo.

Ensin sekvensoitiin pneumokokin perimä

Pneumokokkibakteeri on yleinen keuhkokuumeen ja muiden infektioiden aiheuttaja erityisesti pikkulapsilla ja iäkkäillä ihmisillä. Pneumokokeista on löydetty hyvin paljon geneettistä vaihtelua, mutta aiemmin ei ole kyetty selittämään täsmällisesti, mikä evolutiivinen voima tätä monimuotoisuutta ylläpitää.

Selvittääkseen bakteerien evoluutiota tutkijat Jukka Corander ja Nicholas Croucher ryhmineen tarkastelivat pneumokokkibakteerien koko perimää lähes vuosikymmenen kattavista näytteistä useista eri maista.

Sitten kehitettiin ennustava evolutiivinen tietokonesimulaatiomalli

Corander ja Croucher kehittivät yhdessäevolutiivisen tietokonesimulaatiomallin, jonka avulla he saattoivat ennustaa täsmällisesti, miten pneumokokkipopulaatiot eri maissa reagoisivat, kun niissä otettiin käyttöön pneumokokkirokote.

Simulaatiomallin sisältämä lainalaisuus on perua aiemmista eläinpopulaatioiden tutkimuksista, joissa on todettu, että yksittäisen yksilön kyvykkyys suvunjatkamiseen on riippuvainen sen tietyn ominaisuuden yleisyydestä ympäröivässä populaatiossa.

-Esimerkkinä tästä toimivat vaikkapa harmittomat eläinlajit, joiden ulkoasu matkii toista, myrkyllistä lajia, Corander sanoo.

-Kun myrkyllinen laji on riittävän yleinen tietyllä alueella, saa sitä läheisesti muistuttava vaaraton laji hyvän suojan samalla alueella, koska saaliseläimet ovat oppineet välttelemään myrkyllistä ravintoa.

Pneumokokeilla tämä valintapaine toimii käänteisesti niin, että mitä harvinaisempi perimän tietty apugeeni on, sitä enemmän siitä hyötyy bakteeriyksilö, joka yrittää levitä populaatiossa.

Päättelyalgoritmilla kvantifioitiin apugeenien valintapaineen suuruus

Professori Coranderin tutkimusryhmän ja Suomen Akatemian COIN-huippuyksikön kehittämällä uuden sukupolven päättelyalgoritmilla tutkijat pystyivät kvantifioimaan apugeenien valintapaineen suuruuden. Tulos yllätti tutkijat.

Valintapaine oli lähes identtinen kaikissa populaatioissa, vaikka niissä esiintyvät bakteerikannat olivat hyvin erilaisia ydinperimänsä suhteen ja kohortit oli kerätty eri tavoin: osa terveiltä pikkulapsilta ja osa aivokalvontulehdusta sairastaneilta aikuisilta, joita ei oltu rokotettu.

-Hämmästyimme jo ensimmäisistä tuloksista. Aiempien tutkimusten perusteella emme osanneet aavistaa, että tämä lainalaisuus olisi läsnä ja että negatiivinen valintapaine dominoisi niin suuresti sitä, mitä populaatioissa tulee tapahtumaan.

Yleinen evoluutiomekanismi saa tukea aikaisemmasta E. coli -bakteerien aineistosta

Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että kyseessä on yleinen evoluutiomekanismi, joka vaikuttaa moniin bakteerilajeihin, silloin kun niiden apugeenien määrä perimässä on suuri ja geenien horisontaalinen siirtymä tavallista.

Vahvaa epäsuoraa tukea tälle oletukselle antaa Jukka Coranderin äskettäin julkaisema tutkimus Ison-Britannian verenmyrkytystapauksista kerätystä valtavasta E. coli -bakteerien aineistosta.

http://genome.cshlp.org/content/early/2017/06/29/gr.216606.116.abstract

Tutkimusviite

Corander et al. Frequency-dependent selection in vaccine-associated pneumococcal population dynamics. Nature Ecology & Evolution, http://dx.doi.org/, DOI: 10.1038/s41559-017-0337-x.

Lisätiedot

Jukka Corander työskentelee Oslon yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa, Sangerin genomikeskuksessa Cambridgessa sekä Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteisessä Helsingin informaatioteknologian tutkimuskeskuksessa, http://www.hiit.fi/. Evoluutivinen epidemiologia on Coranderin keskeisiä teemoja uudessa ERC Advanced Grant EU-tutkimushankkeessa: http://www.hiit.fi/news/erc-advanced-grant-awarded-professor-jukka-corander-4412

Yhteystiedot

Jukka Corander, 050 415 5294, jukka.corander@helsinki.fi

Yhteyshenkilöt

Kuvat

Keuhkokuumeen ja muiden infektioiden aiheuttaja yleinen aiheuttaja on pneumokokkibakteeri. Pneumokokeista on löydetty hyvin paljon geneettistä vaihtelua, mutta aiemmin ei ole kyetty selittämään täsmällisesti, mikä evolutiivinen voima tätä monimuotoisuutta ylläpitää.
Keuhkokuumeen ja muiden infektioiden aiheuttaja yleinen aiheuttaja on pneumokokkibakteeri. Pneumokokeista on löydetty hyvin paljon geneettistä vaihtelua, mutta aiemmin ei ole kyetty selittämään täsmällisesti, mikä evolutiivinen voima tätä monimuotoisuutta ylläpitää.
Lataa
Jukka Corander työskentelee Oslon yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa, Sangerin genomikeskuksessa Cambridgessa sekä Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteisessä Helsingin informaatioteknologian tutkimuskeskuksessa.
Jukka Corander työskentelee Oslon yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa, Sangerin genomikeskuksessa Cambridgessa sekä Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteisessä Helsingin informaatioteknologian tutkimuskeskuksessa.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Helsingin yliopisto
Helsingin yliopisto
PL 3
00014 Helsingin yliopisto

02941 911 (vaihde)http://www.helsinki.fi/yliopisto

Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen tiedeyhteisö, joka toimii neljällä kampuksella Helsingissä ja usealla muulla paikkakunnalla Suomessa. Se on toistuvasti maailman sadan parhaan yliopiston joukossa. Helsingin yliopisto on perustettu vuonna 1640.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto

Datatieteen tutkijat ja uudet menetelmät esillä Helsingin Tiedekulmassa tiistaina 29.5. kello 9-1525.5.2018 14:24Tiedote

Helsingin yliopisto ja Aalto-yliopisto etsivät datatieteen menetelmille uusia käyttötapoja yhteisessä HiData-tutkimuskeskuksessa, Helsinki Centre for Data Science, joka esittäytyy Tiedekulmassa tiistaina 29.5., Yliopistonkatu 4. Tilaisuus on avoin ja antaa yleiskäsityksen datatieteen menetelmistä ja mahdollisuuksista eri tieteenaloilla. Tarkoitus on myös ideoida uusia tutkimusalueita ja sovelluksia.

Peltojen kipsikäsittelystä tehoa maatalouden vesiensuojeluun25.5.2018 09:00Tiedote

Peltojen kipsikäsittely on osoittautunut tehokkaaksi, turvalliseksi ja viljelijöiden hyväksymäksi keinoksi vähentää maatalouden fosforikuormitusta Itämereen. Tulokset perustuvat laajaan kipsinlevitystä testanneeseen pilottiin Varsinais-Suomessa. Kipsin laajamittaisella käytöllä pystyttäisiin vastaamaan Itämeren suojelukomission (HELCOM) Suomelle asettamiin fosforikuormituksen vähentämistavoitteisiin. Kipsikäsittelyllä olisi suuri potentiaali koko Itämeren tasolla.

Åkrarnas gipsbehandling effektiviserar vattenskyddet inom jordbruket25.5.2018 09:00Tiedote

Gipsbehandlingen av åkrar har visat sig vara effektiv, säker och även accepterad av bönderna som en metod att minska jordbrukets fosforbelastning på Östersjön. Resultaten bygger på ett omfattande pilotprojekt där gipsspridning har testats i Egentliga Finland. Om gipsbehandlingen togs i bruk i större utsträckning skulle det bli möjligt att uppfylla de mål som Skyddskommissionen för Östersjön (HELCOM) har fastställt för Finlands del när det gäller att minska fosforbelastningen. Gipsbehandlingen har stor potential med tanke på hela Östersjön.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme