Edistynyt kuvantamistekniikka taltioi äidiltä perittyjen geenien luentaa

Kaiken sanotaan perustuvan geeneihin. Nykyarkeologia osoittaa, että geenejä koodaavaa DNA:ta löytyy esivanhempiemme ja monien ammoin maapallolla eläneiden eliöiden – niin pienten kuin suurtenkin – jäänteistä. Emäsjärjestykseen pohjautuva geneettinen informaatio ei riitä, vaan elämään tarvitaan myös geenien täsmällistä ilmentymistä ja luentaa. Molekyylibiologian perustutkimus on selvittänyt näiden perustavanlaatuisten prosessien taustalla olevat mekanismit lumoavan yksityiskohtaisesti. Yhden näistä uraauurtavista löydöksistä tekivät Nobel-palkitut François Jacob ja Jacques Monod, jotka esittelivät solutason geenien ilmentymisenä tunnetun ilmiön, jossa perimässämme oleva tieto muutetaan, luetaan ja muunnetaan toimiviksi proteiineiksi. Sittemmin niin nuoret kuin kokeneemmatkin tutkijat ovat täydentäneet näiden hämmästyttävien toimintojen kuvausta ja osoittaneet biologisten toimintojen monimutkaisen luonteen.

Oman lisänsä tähän tutkimusperinteeseen toi vastikään Science-tiedelehdessä julkaistu kansainvälinen tutkimus, johon osallistuivat myös Brendan Battersby ja Uwe Richter Helsingin yliopistosta, kuvaamalla prosessin, jossa mitokondrioiden geenit koodataan proteiineiksi.

Kehon muodostavien kudosten ja elinten soluissa on mitokondrioiksi kutsuttuja soluelimiä, jotka tuottavat pilkotuista ravinteista ja hapesta energiaa solujen käyttöön. Tämän ansiosta mitokondriot tunnetaan solujen moottoreina. Toiminto perustuu äidiltä perityn mitokondrioiden perimän täsmälliseen ilmentymiseen. Häiriöt tässä prosessissa liittyvät suureen joukkoon ihmisen sairauksia, jotka voivat ilmetä missä tahansa vaiheessa elämää. Prosessien molekyylitason mekanismit ovat tärkeydestään huolimatta jääneet hämärän peittoon. Kryoelektronimikrosopian kuvantamiseen tuomat edistysaskelet tarjoavat tutkijoille nyt keinot selvittää yksittäisten proteiinien toimintaa ennennäkemättömän tarkasti ja yksityiskohtaisesti.

Tutkimusryhmä teki yhteistyötä Tukholman yliopistossa ja Karoliinisessa instituutissa työskentelevän Alexey Amuntsin sekä Miamin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan professori Antoni Barrientosin kanssa ja onnistui yhteisen osaamisensa turvin taltioimaan sen, miten mitokondrioiden ribosomit koodaavat lähetti-RNA:n sisällön proteiiniksi. Kuvattu rakenne paljasti ainutlaatuisen suodatusmekanismin, joka estää vasta valmistuneiden proteiinien ennenaikaiset laskostumisvirheet. Laskostumisprosessien on oltava hallittuja ja johdettava oikeanlaiseen kolmiulotteiseen muotoon, jotta proteiinit toimivat asianmukaisesti soluissa. Proteiinien laskostumishäiriöillä voi olla perustavanlaatuisia biologisia seurauksia kaikille eliöille, ja ihmisissä ne voivat aiheuttaa vakavia sairauksia.

– On todella sykähdyttävää saada kuvamateriaalia biologisesta prosessista, jota olemme vuosien ajan tutkineet biokemian ja geenitutkimuksen työkaluilla, kertoo Uwe Richter, yksi artikkelin pääkirjoittajista ja tutkimusryhmän johtaja Helsingin yliopistosta ja Newcastlen yliopistosta.

– Tutkimus korostaa ruohonjuuritasolta ponnistavan ja kansainväliseen yhteistyöhön nojaavan perustutkimuksen voimaa ja merkitystä, toteaa tutkimusjohtaja Brendan Battersby Biotekniikan instituutista, ja yksi artikkelin vastuukirjoittajista.

 – Tutkimusta rahoittavien tahojen keskuudessa on nähtävissä huolestuttava pyrkimys ohjata tutkimusta ylhäältä alas kohti tiettyjä tavoitteita, joiden saavuttamiseen käytetään suuria tutkimuskonsortioita. Tässä mallissa tutkimusrahoitus evätään yksittäisiltä tutkijoilta, joiden työhön tutkimukseen perustuvat löydökset pohjaavat. Luovia ajatuksiaan toteuttamalla parhaat tutkijat päätyvät väistämättä tekemään yhteistyötä, jonka lopputuloksena on kiistatta osoitettu syntyvän todellisia innovaatioita, sanoo Battersby.

– Näiden solutason mekanismien yksityiskohtien tuntemisella on vahva yhteys niin ihmisen sairauksiin kuin yleisesti määrättyjen antibioottien haittavaikutuksiinkin. Mitokondrioiden perimän ilmentymisellä on useita yhtymäkohtia bakteerien perimän ilmentymiseen. Näin ollen monet bakteeri-infektioiden hoitoon käytetyt antibiootit voivat häiritä näitä solujen moottoreita, mikä selittää osan lääkkeiden haittavaikutuksista. Uusien tehokkaiden ja turvallisten antibioottien kehittäminen edellyttää näihin ribosomirakenteisiin perehtymistä. Pohjimmiltaan tässä korostuu pienestä ponnistavan perustutkimuksen merkitys ja sen innovaatioita tuottava voima, jota meillä ei ole varaa menettää, Battersby toteaa.