Tappajahai pelastaa hengen

Valkohai on paljon muuta kuin tehosaalistaja. Se on myös kuin räätälöity välttämään syövän, pääsemään nopeasti eroon syvistä haavoista ja pysymään terveenä. Tappajan dna:sta on kartoitettu ne erityiskykyjen taustalla olevat geneettiset eväät, joilla laji on noussut huippupedoksi. Tieto voi auttaa kehittämään hoitoja.

Valkohai on paljon muuta kuin tehosaalistaja. Se on myös kuin räätälöity välttämään syövän, pääsemään nopeasti eroon syvistä haavoista ja pysymään terveenä. Tappajan dna:sta on kartoitettu ne erityiskykyjen taustalla olevat geneettiset eväät, joilla laji on noussut huippupedoksi. Tieto voi auttaa kehittämään hoitoja.

Jodi Watt/Imageselect

Kun harppuunan kärki upposi valkohaihin, tämä alkoi sätkiä kauhuissaan.

Terä vedettiin kuitenkin pois siinä samassa, ja venekunta, joka oli jahdannut valkohaita monta päivää Kalifornian rannikolla, riemuitsi terän mukanaan tuomasta pienestä lihas- ja ihokudoksen palasta.

Se oli viimeinen osanen palapeliin, jota tutkijat olivat koonneet vuodesta 2007 asti.

Pelästyneen valkohain kudosnäyte pantiin varovasti nestetyppeä sisältävään laatikkoon ja kuljetettiin Yhdysvaltojen halki Floridassa toimivaan Nova Southeastern -yliopistoon.

Siellä Nicholas J. Marran ja Michael J. Stanhopen johtama tutkimusryhmä kartoitti kahden vuoden ajan kudoksesta valkohain perintötekijöitä.

Palapelin viimeinen osanen otettiin Kalifornian rannikolla, josta se kuljetettiin nestetypessä Floridassa toimivaan Nova Southeastern University -yliopistoon perimän kartoitusta varten.

© Eric Mailander/Monterey Bay Aquarium

Syynä valkohain koko perimän lukemiseen oli halu saada selville, mihin perintötekijöihin lajin monet hämmästyttävät ominaisuudet perustuvat. Valkohaithan ovat esimerkiksi nopeita ja pitkäikäisiä.

Lisäksi ne sairastuvat ilmeisesti ani harvoin syöpään, ja niiden haavat paranevat pikavauhtia. Tutkimus tähtää siihen, että kalan erityiskykyjen geneettiseen taustaan liittyvää tietoa voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi kehitettäessä uudenlaisia syöpähoitoja.

Valkohai välttää syövän

Hait ovat hallinneet meriä yli 400 miljoonaa vuotta. Evoluutiolla on siten ollut runsaasti aikaa optimoida pelottavia petoja ja hioa niiden monia erityiskykyjä.

Suuri valkohai onkin herättänyt paljon kiinnostusta tiedemaailmassa, ja tutkijat ovat paljastaneet lajista paljon uusia puolia.

Esimerkiksi pitkään oletettiin, että valkohait elävät yleensä 20–30 vuotta, mutta vuonna 2014 niiden todettiin kuolevan usein vasta 70-vuotiaana.

Pitkän elämän ja suuren koon vuoksi valkohaiden luulisi sairastuvan helposti syöpäsairauksiin. Totuus on kuitenkin aivan toinen: lajilla esiintyy kasvaimia niin harvoin, että sitä voidaan pitää ainakin tältä osin yhtenä terveimmistä selkärankaisista.

Selitys on ollut pitkään hämärän peitossa, mutta viime aikoina on päästy jyvälle siitä, miksi valkohait välttävät syövän. Tärkein tietolähde on ollut lajin dna.

Kartoitus paljasti nimittäin melko laajan – 4,36 miljardin emäsparin – perimän, joka on noin puolitoista kertaa niin suuri kuin ihmisen.

Valkohailla on 24 520 geeniä 41 kromosomiparissa, eli lajilla on 18 kromosomiparia enemmän kuin ihmisellä.

Luonnossa laaja perimä ei ole sinänsä mikään outo juttu, onhan esimerkiksi joillain sanikkaisilla jopa 600 kromosomiparia.

Valkohain dna:sta on kuitenkin löydetty muita huomiota herättäviä ominaisuuksia, kuten peräti 67 ainutlaatuista geeniversiota.

Noin kolmasosa ylläpitää perimän vakautta ja ehkäisee myös niitä dna-vaurioita, jotka saattavat johtaa syöpäsolujen syntymiseen.

Hyppivät geenit torjuvat syöpää

Vakaasta perimästä huolimatta valkohailla on suhteettoman paljon geenejä, joille on ominaista kopioituminen dna-rihman eri osiin. Kaikkien eliöiden perintöaines sisältää LINEs-nimellä tunnettua liikkuvaa materiaalia.

Erikoinen geenityyppi tuottaa proteiineja, jotka voivat kopioida perintötekijän ja sijoittaa sen toiseen kohtaan dna:ssa.

Näin valkohain perimä on muuttunut jatkuvasti ja aiheuttanut ne mutaatiot, jotka aikojen kuluessa ovat nostaneet lajin ravintohierarkian ylätasolle eli tehneet siitä huippupedon.

Hyppivät geenit tuunaavat dna:ta

/ 3

Rna siirtyy ulos

Tuman entsyymi lukee hyppivän geenin ja kääntää sen niin sanotuksi rna:ksi. Se kulkeutuu ulos tumasta, ja ulkopuolella se ohjaa kahden proteiinin, ORF1:n ja ORF2:n, tuotantoa.

1

Rna siirtyy sisään

Tuman ulkopuolella ORF1 ja ORF2 tarrautuvat rna:han ja kuljettavat sen takaisin tumaan.

2

Dna kopioi uuden rna:n

Tumassa ORF2 leikkaa aukkoja toiseen dna-juosteeseen. Sitten ORF1 liimautuu juosteeseen ja alkaa kopioida rna:n tietoja uuteen kohtaan dna:ssa. Tämän jälkeen ORF2 sulkee dna:n aukot, ja lopuksi rna tulee poistetuksi tumasta.

3
©

Myös hyppiviksi geeneiksi kutsuttu LINEs-aines liittyy normaalisti syövän kehittymiseen, koska se altistaa dna:n vaurioille liikkuessaan perimässä.

Valkohain dna:n kartoitus paljasti, että lajilla hyppivien geenien osuus on suurempi kuin millään muulla tutkitulla selkärankaisella.

Lajin perimästä peräti 30 prosenttia kuuluu LINEs-materiaaliin, kun vastaava luku on ihmisellä vain noin 20 prosenttia.

Siksi valkohaiden pitäisi kaiken järjen mukaan sairastua usein syöpään, mutta yllättävästi kasvaimet ovat niillä ilmeisesti hyvin harvinaisia.

Hyppivien geenien takia valkohait ovat kehittäneet itselleen vahvat versiot perimää vakauttavista perintötekijöistä.

Todennäköisesti juuri suuri määrä hyppiviä geenejä on toiminut ainutlaatuisten geeniversioiden kehityksen käyttövoimana.

Lopputulos on joka tapauksessa perimä, jossa ei synny helposti syöpään johtavia dna-muutoksia.

Välttämättömyyden pakosta tapahtunut kehitys on saanut aikaan lajin, jolla on mitä parhain luonnollinen suoja hengenvaarallisia kasvaimia vastaan.

Vakaa perimä pidentää elinikää

Valkohain dna:sta on löydetty myös geenejä, jotka ovat erikoistuneet korjaamaan muun muassa myrkkyjen, säteilyn ja epäonnistuneen solunjakautumisen aiheuttamia dna-vaurioita.

Hyvä esimerkki lajin syöpäsolujen kehittymistä ehkäisevistä ainutlaatuisista geeneistä on CHEK2. Analyysien mukaan valkohailla se on muuntunut omanlaisekseen, eikä vastaavaa ole millään muulla eläimellä.

Tutkijat uskovat, että muunnos estää dna:n vaurioitumisen kautta syntyneitä syöpäsoluja jakautumasta ja torjuu näin uhkaavan kasvaimen.

Valkohain perimää vuodesta 2007 asti selvittäneet floridalaisen Nova Southeastern University -yliopiston tutkijat ovat nyt saaneet palapelin viimeisetkin osaset paikalleen.

© David Royal/CSUMB

Toinen esimerkki on SIRT7-geeni, joka osallistuu dna:n korjaamiseen ja huoltamiseen. Tärkeästä tehtävästään huolimatta SIRT7 liittyy usein myös syöpään.

Syynä on se, että geenin toiminnan vilkastuminen suurentaa syöpäsolujen syntymisen riskiä muun muassa maksassa, keuhkoissa, rinnoissa ja kohdussa.

Vaimea toiminta sen sijaan ehkäisee syöpää. Valkohain erikoinen versio ei ilmeisesti toimi niin aktiivisesti kuin SIRT7-geeni tavallisesti toimii, joten se antaa suojaa syöpää vastaan.

Haavat paranevat rivakasti

Elimistön luonnollinen vastustuskyky on vahva valtti, mutta siitä ei ole paljon iloa, jos hai ankaraa pedon elämää eläessään satuttaa tai vioittaa itseään hengenvaarallisesti.

Valkohai ei kuitenkaan kuole kovin helposti vammoihinsa, sillä se saa tehokkaasti kuriin verenvuodot ja tulehdukset.

Vuonna 2008 Etelä-Afrikan rannikolla sattunut onnettomuus paljasti, kuinka vakavista vammoista valkohai voi vielä toipua melkein ennalleen. Valkohai sai potkurin lavoista 25 senttiä pitkän, 30 senttiä leveän ja yhdeksän senttiä syvän avohaavan selkäänsä.

Onnettomuuden uhri nähtiin monta kertaa seuraavien kahden vuoden aikana, ja havaintojen mukaan haava umpeutui ja lopulta hävisi näkyvistä.

Noin suuri vamma tarkoittaa useimmille eläimille kuolemantuomiota, mutta valkohailla laajatkin kudosvauriot voivat korjautua harvinaisen tehokkaan paranemisprosessin ansiosta. Siihen kuuluu elinikäinen kyky korvata tuhoutuneet suomut.

Monet valkohain ainutlaatuisista geeneistä osallistuvat veren hyytymisen ja arpikudoksen muodostumisen säätelyyn sekä korvaavien solujen tuotantoon.

Esimerkiksi valkohain oma versio FGG-geenistä huolehtii siitä, että verenvuoto tyrehtyy nopeasti, ja sen VEGF-geeni toimii hyvin aktiivisesti.

Tämän tehtävänä on varmistaa, että uusia verisuonia muodostuu sinne, missä niitä tarvitaan, koko paranemisprosessin ajan.

Kun tapahtumasarja alkaa, vaurioitunut verisuoni supistuu nopeasti. Sitten erikoiset kuidut, fibriinisäikeet, tulppaavat haavan, ja se alkaa parantua alhaalta päin.

Hetimmiten vauriokohtaan hakeutuu immuunisoluja ehkäisemään taudinaiheuttajista johtuvaa tulehdusta. Samanaikaisesti alkaa toimia valkohain oma versio FGG-geenistä.

Se kerää fibroblasteiksi kutsuttuja sidekudossoluja, jotka tuottavat säiemäisiä proteiineja kollageenia ja elastiinia. Kumpikin ryhtyy paikkaamaan vauriokohtaa.

Kollageenista on sekä täytteeksi että tueksi: se korvaa tuhoutunutta kudosta ja luo edellytykset sille, että muut proteiinit voivat parantaa haavaa. Tämä vaihe kestää yleensä 1–2 vuorokautta.

Edes syvät viiltohaavat eivät lannista valkohaita, sillä nopea paranemisprosessi varjelee sitä verenvuodolta. Haavan umpeutuminen jättää kuitenkin pysyvän jäljen. Hailla onkin usein paljon arpia.

©

Vuotava verisuoni tulppautuu

Vain sekuntien kuluttua haavan syntymisestä verihiutaleita alkaa kerääntyä vuotokohtaan. Verihiutaleet sisältävät entsyymiä, joka muodostaa fibriinisäikeitä. Nämä tulppaavat vuodon luomalla haavaan hyytymän.

©

Tulppa häviää, ja uusi kudos kasvaa

24–48 tuntia haavan syntymisen jälkeen alkaa kertyä sidekudossoluja, fibroblasteja. Ne poistavat fibriinisäikeet ja käynnistävät haavaa ympäröivän sidekudoksen ja ihon suomujen kasvun. Haava umpeutuu.

©

Uudet suomut peittävät haavan

Kudosten uusiuduttua ja haavan umpeuduttua ihon pinnassa lomittuvat vanhat ja uudet suomut. Uudet suomut ovat 30–50 prosenttia suurempia ja enemmän epäjärjestyksessä arpena erottuvassa kohdassa.

Haavan koko vaikuttaa paranamisprosessin pituuteen, ja joissakin tapauksissa aikaa kuluu jopa useita vuosia. Se jättää myös aina jälkensä valkohaihin.

Arpeutumiskohdassa suomupeite ei ole niin hyvässä järjestyksessä kuin normaalisti, ja osa suomuista on tavallista suurempia. Siksi arvet täplittävät haavoja saaneita yksilöitä.

Rusto pitää syövän loitolla

Vahva vastustuskyky parantaa mahdollisuuksia pysyä terveenä silloin, kun syöpä, tulehdustaudit ja haavat uhkaavat terveyttä.

Valkohaiden immuunijärjestelmä toimii tehokkaasti – ja hieman eri tavalla kuin muilla selkärankaisilla. Merkittävin ero piilee siinä, että hailla ei ole luuydintä, joka on normaalisti immuunisoluiksi erikoistuvien kantasolujen esiintymispaikka.

Haiden vastine on joukko munuaisten tuntumassa sijaitsevia pieniä elimiä. Lisäksi haiden luurankoa vastaava tukiranka on rustoinen. Tämä ominaisuus voi olla ratkaisevassa asemassa kasvainten ehkäisyssä.

Tutkimusten mukaan hain ruston proteiinit osallistuvat syövän kukistamiseen estämällä uusien verisuonien kasvua. Jotta kasvain voi kasvaa, se tarvitsee hapen- ja ravinnonsaannin turvaavan oman verisuoniston.

Hai voi pelastaa ihmishenkiä

Tutkijat näkevät valkohain dna:ssa valtavan potentiaalin. Tavoitteena on onkia siitä biolääketieteellisesti arvokasta tietoa, jonka avulla voidaan kehittää esimerkiksi syöpä- ja haavahoitoja.

Valkohain perintötekijät saattavat edistää myös tulevaisuuden geeniterapiaa, jossa potilaan omia perintötekijöitä korvataan niiden paremmilla versioilla.

Hain muunnokset voivat toimia esikuvina tavoiteltaessa yhtä vahvaa vastustuskykyä.

Vaikka geenihoidot avaavat uusia lääketieteellisiä näköaloja, ne ovat kiistanalaisia muun muassa siksi, että perimän muokkauksen pitkäaikaisvaikutuksia ei juuri tunneta ja menetelmiin liittyy riskejä.

Todennäköisesti kokeellisista geenihoidoista on lupaavista tuloksista huolimatta vielä melkoisesti matkaa vakiintuneeksi käytännöksi.

Realistisempana vaihtoehtona voidaan pitää lääkitsemistä haiproteiineilla, jotka tehostavat haavojen paranemista tai ehkäisevät syöpää vaikuttamatta lainkaan potilaan perimään.

Haiden nopean paranemisprosessin jäljittely voi onnistua, ja ehkä ominaisuus on mahdollista siirtää ihmisiin.

Perimän kartoitus on vasta ensimmäinen askel uusien hoitojen suuntaan. Kehitystyö vaatii vuosia, eikä konkreettisista tuloksista ole edes mitään takuita.

Evoluutio on käyttänyt yli 400 miljoonaa vuotta hain hiomiseen täydelliseksi huippupedoksi, ja tutkijat ovat vasta sukeltaneet pinnan alle.

Valkohaiden perimän yksityiskohtia päästään nyt kuitenkin selvittämään toden teolla, ja ennen pitkää saadaan varmastikin tietää, millaisia aarteita niiden joukossa on.