Poikasten altistuminen raskasmetalleille muuttaa geenien säätelyä talitiaispopulaatioissa

Geenit koodaavat elämää. Geenien ilmenemistä säätelevät niin sanotut epigeneettiset markkerit, jotka kiinnittyessään DNA-molekyyliin voivat estää tai lisätä geenituotteen valmistusta. Markkereita ovat esimerkiksi DNA:han kiinnittyvät metyyliryhmät. Monien ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan DNA:n metylaatioon eli metyyliryhmän kiinnittymiseen DNA:han.

Liikenteestä, teollisuudesta ja kaivostoiminnasta johtuen metallien määrä ympäristössämme on kasvanut. Metallit ovat pysyviä, ja siksi vaikuttavat pitkään senkin jälkeen, kun päästölähde on hävinnyt. Toinen tutkimuskohteena olleista metalleista, arseeni, on luokiteltu yhdeksi haitallisimmista ympäristömyrkyistä.

Metallien vaikutuksia eliöihin, muun muassa geenien säätelyä, on tutkittu tavallisesti laboratorioiden malliorganismeilla. Tutkimuksissa pitoisuudet ovat usein korkeampia kuin ne, joille eliöt altistuvat luonnonympäristöissä. Lajit myös reagoivat saasteisiin hyvin eri tavalla, joten tulokset eivät välttämättä ole yleistettävissä.

”Tiedämme, että kehittyvät yksilöt ovat erityisen herkkiä ympäristön saasteille, ja nämä varhaiskehityksen vaikutukset voivat olla pitkäaikaisiakin. Emme kuitenkaan täysin ymmärrä, miksi näin on. Epigeneettiset muutokset ovat tässä yksi mahdollinen mekanismi”, toteaa apulaisprofessori Suvi Ruuskanen bio- ja ympäristötieteen laitokselta Jyväskylän yliopistosta.

Ympäristö muokkaa epigeneettistä koodia myös alkionkehityksen jälkeen

Kansainvälinen tutkijaryhmä selvitti nyt kokeellisesti, miten altistuminen pienille määrille arseenia tai lyijyä vaikuttaa poikasten DNA:n metylaatioon. Metallitasot vastasivat luonnonoloja eli esimerkiksi Keski-Euroopan saastuneilta alueita mitattuja metallitasoja.

”Vertasimme näitä tuloksia Harjavallan kuparisulaton saastuneelta alueelta tiaisten poikasista kerättyyn, vastaavaan aineistoon. Siellä linnut altistuvat erilaisille metalleille, mutta usein myös laadultaan ja määrältään huonommalle ravinnolle”, kertoo Harjavallan tutkimusalueella pitkään työskennellyt yliopistonlehtori Tapio Eeva Turun yliopiston biologian laitokselta.

Tutkimuksessa havaittiin, että arseenille altistuminen vaikutti kehitykseen liittyvien geenien DNA-metylaatioon. Lyijylle altistuminen vaikutti erityisesti hermoston kehitykseen liittyviin geeneihin. Tutkijat havaitsivat myös, että Harjavallan saastuneelta alueelta peräisin olevat poikaset erosivat muista eniten. Tämä voi johtua joko metallien suorasta vaikutuksesta, tai metallien vaikutuksesta ympäristöön, esimerkiksi lintujen ravintoon.

”Aiemmin on tutkittu melko paljon alkionkehityksen aikaisia muutoksia DNA:n metylaatiossa, mutta tuloksemme vahvistavat, että ympäristö muokkaa epigeneettistä koodia myös myöhemmässä vaiheessa. Nähtäväksi jää, kuinka pysyviä muutokset ovat”, kertoo tutkija Veronika Laine Helsingin yliopiston Luonnontieteelliseltä keskusmuseolta.

Linkki tutkimukseen, joka julkaistiin Environmental Science and Technology -julkaisusarjassa kesäkuussa 2021: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c08621

Linkki tutkimukseen, joka julkaistiin Epigenetics-julkaisusarjassa elokuussa 2021: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15592294.2021.1943863

Projektin tutkimusresursseista ovat pääosin vastanneet Turun ja Jyväskylän yliopistot sekä Hollannin ekologinen instituutti (Netherlands Institute of Ecology, Wageningen). Tutkimukset ovat saaneet rahoitusta Koneen säätiöltä, Suomen Akatemialta, Turun yliopistosäätiöltä ja Suomen kulttuurirahastolta.

Lisätietoa:
Suvi Ruuskanen, Jyväskylän yliopisto, suvi.k.ruuskanen@jyu.fi, puh. +358 50 516 4725
Tapio Eeva, Turun yliopisto, teeva@utu.fi
Veronika Laine, Helsingin yliopiston Luonnontieteellinen museo, veronika.laine@helsinki.fi

https://www.jyu.fi/fi