Nauta on laitumen supermutantti

Monille nauta on tuskin enempää kuin pihvin lähde – eläin, joka mutustaa laiskasti laitumen kasvillisuutta. Syödessään nauta on kuitenkin yksi evoluution hienoimmista keksinnöistä toiminnassa: se pystyy irrottamaan energiaa sitkeistä kasveista.

Naudan superkyky on tulosta ainutlaatuisista geneettisistä sopeumista. Ne ovat tehneet märehtijöiksi kutsutuista nisäkkäistä, joihin nauta kuuluu, yhden menestyneimmistä eläinryhmistä. Suuri kansainvälinen tutkijaryhmä on hiljattain kartoittanut märehtijöiden evoluutiota 44:n, kuutta eri heimoa edustavan, lajin perimän avulla.

Perimät avaavat aivan uusia näköaloja märehtijöiden pitkälle erikoistuneen ruoansulatusjärjestelmän kehittymiseen. Tutkimuksessa kävi ilmi, että märehtijöiden geenit muun muassa tukevat vahvasti immuunijärjestelmää, joka antaa tarpeellista suojaa ravinnon pilkkomisen vaatimia moninaisia bakteereja vastaan. Lisäksi monet seikat viittaavat siihen, että märehtijöiden erikoiskyvyt voivat auttaa syöpäpotilaita.

Dna valottaa evoluutiota

Märehtijät ovat hyvin menestynyt nisäkäsryhmä, johon kuuluu yli 200 lajia. Nautojen lisäksi märehtijöitä ovat muun muassa hirvieläimet, vuohet, lampaat, biisonit, antiloopit ja kirahvit. Juuri tämän sukupuun tutkijat kartoittivat saadakseen tarkemman kuvan märehtijöiden erikoiskyvyistä, kuten verrattomasta ruoansulatusjärjestelmästä.

Tutkimuksessa verrattiin 44:n eri lajin perimää, mikä tarkoitti yhteensä 40:tä biljoonaa emäsparia. Valtavan tietomäärän pohjalta voitiin luoda todennäköinen sukupuu.

Kävi ilmi, että märehtijöissä on tapahtunut äärimmäisen paljon lajinkehitykseen liittyviä muutoksia, eli niiden evoluutionopeus on suuri. Tosiasiassa se on suurempi kuin millään muulla nisäkäsryhmällä. Havainto sai tutkijat pohtimaan, miksi märehtijät ovat vastanneet erinomaisesti kehityksen haasteisiin.

Maha on bakteeripommi

Märehtijöiden menestys perustuu paljolti niiden ruoansulatusjärjestelmään. Ne pystyvät hyödyntämään peräti 70 prosenttia kasvien selluloosasta. Muut kasvinsyöjät ovat sen sijaan paljon tehottomampia. Esimerkiksi hevosen vastaava prosenttiosuus on vain noin 30.

Avainasemassa ovat neljä mahaa, joista jokaisella on oma tärkeä tehtävänsä. Juoksutusmahaksi kutsutun tavallisen mahan lisäksi märehtijöillä on kolme muuta mahaa: pötsi, verkkomaha ja satakerta. Viimeksi mainittu on uusinta perua, sillä se kehittyi 32–35 miljoonaa vuotta sitten eli reilut neljä miljoonaa vuotta sen jälkeen, kun märehtijät erottuivat omaksi eläinryhmäkseen.

Tutkimuksen kannalta erityisen kiinnostava kohde on pötsi, joka on ravinnon ensimmäinen pysähdyspaikka ja suurempi kuin muut mahat. Se on pieneliöitä pursuava pommi. Millilitra pötsin mahanestettä sisältää 10–100 miljardia bakteeria, sientä ja alkueläintä. Ne pilkkovat kasvien selluloosaa pieniksi rasvahapoiksi ja keskeiseksi energianlähteeksi glukoosiksi, joka imeytyy verenkiertoon. Silti pieneliöt ovat mahdollinen terveysuhka naudalle.

Perimän kartoituksessa löydettiin koko joukko geneettisiä sopeumia, jotka pitävät pieneliöt kurissa. Niihin kuuluu proteiiniperhe interferonit. Niiden avulla immuunisolut varoittavat toisiaan tulehduksista ja vahvistavat näin puolustusta. Interferonit tehostavat niin reippaasti immuunijärjestelmän toimintaa, että mahabakteerit eivät aiheuta naudalle vaarallisia tulehduksia.

Geenit luovat täydelliset hampaat

Saadakseen irti kaiken mahdollisen ruohosta naudat käyttävät sen puremiseen 9–10 tuntia vuorokaudessa. Ruohon ja suuhun palautuneen ravinnon mutustamista varten naudoille on kehittynyt tehtävään erikoistunut hampaisto, joka hienontaa kovia kasvikuituja. Perimän kartoitus paljasti 11 märehtijöille tunnusmerkillistä geenimuunnosta.

Naudan hampaistoa hallitsevat suuret, nelikulmaiset hampaat, joiden terä on laakea ja hieman aaltoileva. Yläleuasta puuttuvat etuhampaat, ja hammaskiille ulottuu syvälle ikeniin. Ihmisellä kiille peittää vain hampaiden näkyvän osan. Pitemmälle ulottuva kiille vahvistaa nautojen hampaita ja antaa niille tukea alituisen kasvien pureskelun aikana.

Sarvet työntävät syöpäsolut pois

Kun märehtijöiden geeneihin sukellettiin, todettiin, että sarvista saattaa olla hyötyä muussakin kuin kamppailussa reviiristä ja parittelukumppanista.

Sarvet voivat osallistua syövän vastaiseen taisteluun.

Hirvieläinten sarvet syöksyvät esiin erittäin nopeasti, sillä ne voivat kasvaa jopa kaksi senttiä vuorokaudessa. Räjähdysmäinen kasvu johtuu geeneistä, joilla on myös osuus syöpäkasvainten kehityksessä. Syöpäsolut muodostavat kasvaimen kiihdyttämällä kasvua edistävien geenien toimintaa, mistä seuraa, että solut jakautuvat villisti. Niinpä yhdestä syöpäsolusta tulee pian monta, ja kasvain alkaa muodostua. Tutkimus paljasti kuitenkin, että hirvieläimillä on perinnöllinen suoja mahdollisesti syöpää aiheuttavia sarvien kasvua sääteleviä geenejä vastaan.

Hirvieläimille on syntynyt useita geenimuunnoksia, jotka osallistuvat solunjakautumisen säätelyyn. Geenit ohjaavat solujen jakautumista sarvissa ja estävät soluja muuttumasta hallitsemattomasti jakautuviksi syöpäsoluiksi. Nämä ainutlaatuiset geenivariantit ovat tietenkin lääketieteellisesti kiinnostavia, koska yksistään vuonna 2018 melkein kymmenen miljoonaa ihmistä kuoli syöpään.

Seuraavaksi selvitetään, voidaanko hirvieläinten syöpää ehkäiseviä geenimuunnoksia hyödyntää kehitettäessä uusia hoitoja. Mahdollisena lähestymistapana pidetään geenihoitoa, jossa potilaan perintötekijöitä muunnetaan niin, että ne muistuttavat hirvieläinten geenimuunnoksia.

Näin sarvet kasvavat

Perimän muokkaamiseen suhtaudutaan enimmäkseen epäilevästi riskien vuoksi. Siksi todennäköisesti yritetään ensin valmistaa niitä proteiineja, joiden tuotantoa geenit ohjaavat, ja testata niiden tehoa.

Naudasta on joka tapauksessa tullut enemmän kuin pihvin lähde. Ehkä laitumen supermutantti ojentaa tulevaisuudessa ratkaisun avaimen taistelussa syöpää vastaan.