Dreng med stregkode paa arm

Läpimurto: Loputkin ihmisen dna:sta on kartoitettu

Ihmisen perimä on lopultakin kartoitettu viimeistä piirtoa myöten. Asialla voi olla tulevaisuudessa käytännön merkitystä esimerkiksi yksilön vakavien sairauksien ja sukuhistorian paljastamiselle.

Ihmisen perimä on lopultakin kartoitettu viimeistä piirtoa myöten. Asialla voi olla tulevaisuudessa käytännön merkitystä esimerkiksi yksilön vakavien sairauksien ja sukuhistorian paljastamiselle.

Shutterstock

Yhdysvaltojen presidentti George W. Bush ilmaisi yhdessä Ranskan, Saksan, Britannian, Japanin ja Kiinan johtajien kanssa 14. huhtikuuta 2003 kiitollisuutensa siitä, että 20 yliopiston ja tutkimuslaitoksen tutkijat olivat saaneet kartoitetuksi ihmisen koko perimän eli neljällä eri kirjaimella kirjoitetun dna:n emäsjärjestyksen.

Kyseessä oli 13 vuotta kestäneen Human Genome Project -tutkimusohjelman lopputulos, jota voitiin pitää tieteellisenä voittona. Todellisuudessa tutkijat eivät olleet tehneet työtä loppuun. Perimää ei ollut siis kartoitettu kokonaan.

George Bush og Francis Collins

Human Genome Projectin johtaja Francis S. Collins sai vuonna 2007 George W. Bushilta Presidential Medal of Freedom -kunniamerkin merkittävästä panoksesta kartoitushankkeeseen.

© Chip Somodevilla/Getty Images

Human Genome Projectissa hypättiin sen dna:n osan yli, jota oli mahdotonta lukea ja jota monet pitivät merkityksettömänä.

Uuden tekniikan ansiosta puuttuva pala on voitu kartoittaa ja osoittaa merkitykselliseksi: siinä piilee tietoa esivanhemmistamme ja vihjeitä keinoista, joilla voidaan pureutua vakaviin sairauksiin, kuten syöpään.

Mitä uutta?

Perimästä puuttui osa

Human Genome Projectin vuonna 2003 esittämä tulos oli ilman muuta mullistava. Melkein kolme miljardia dna-kirjainta oli kartoitettu, ja perimäinformaation pohjalta voitiin tarkentaa huomattavasti kuvaa ihmisen biologisista ominaisuuksista. Lisäksi saatiin uudenlainen apuväline muun muassa syövän ja sydän- ja verisuonitautien tutkimiseen.

Kuitenkin kun Yhdysvaltojen ja viiden muun maan johtajat totesivat ylpeinä, että ihmisen perimä oli kartoitettu kokonaan, he esittivät muunneltua totuutta.

Første billede af DNA molekyle

Tutkija Rosalind Franklin otti vuonna 1953 ensimmäisen kuvan dna:sta (vasemmalla), joka paljasti molekyylin muodon (oikealla).

© Science Source/Imageselect

Melkein 70 vuoden lukurupeama

Loputkin ihmisen dna:sta voitiin kartoittaa tekniikan kehittymisen ansiosta. Perimän selvitystyö alkoi jo vuonna 1953, jolloin tehtiin yksi kaikkien aikojen merkittävimmistä tieteellisistä löydöistä.

1953: Kaksoiskierre paljastui

Englantilaisen Rosalind Franklinin avulla yhdysvaltalainen James Watson ja englantilainen Francis Crick saivat selville, että dna:n molekyylirakenne on kaksoiskierre. Löytö laski geenitutkimuksen kehityksen perustan.

1999: Kromosomi 22 asetti uuden standardin

Brittiläiset, yhdysvaltalaiset ja japanilaiset tutkijat kartoittivat kromosomin 22, jossa on 49 miljoonaa dna-kirjainta. Hanke nosti vaatimustason hyvin korkealle, sillä virheiden osuus oli vain 0,01 prosenttia ja aukkoja jäi mitättömän vähän.

2003: Melkein koko perimä selville

Kuuden eri maan tutkijoista koostuva ryhmä julkisti 92 prosenttia ihmisen perimästä. Osuus kattoi yli 98 prosenttia geeneistä. Kartoitus perustui yli 20 ihmisen dna:han.

2008: Uranuurtajan perimä kartoitettiin

Dna:n rakenteen vuonna 1953 selvittäneestä James Watsonista tuli ensimmäinen ihminen, jonka yksilöllinen perimä luettiin. Kartoitus tehtiin uudella tekniikalla, joka selvisi tehtävästä niinkin nopeasti kuin kahdessa kuukaudessa.

2022: Työ saatiin päätökseen

Uudella tekniikalla voitiin kartoittaa ihmisen perimästä puuttunut kahdeksan prosenttia. Kartoituksen kohteena olivat ensimmäisen kerran myös kromosomien keski- ja ulko-osat, joissa on paljon vaikeasti luettavia dna:n toistojaksoja.

Aluksi kartoitetussa perimässä oli 341 aukkoa. Puuttuvia emäspareja eli tutkijoille täyttä hepreaa olevia dna-kirjaimia oli miljoonia. Tutkijat olivatkin laskeneet heti rimaa ja tyytyneet todellisuudessa kartoittamaan 92 prosenttia perimästä.

Luettua osuutta pidettiin perimän kiinnostavimpana osana, sillä siihen sisältyvät melkein kaikki niistä 22 000 geenistä, jotka ohjaavat kehossa proteiinien tuotantoa. Geenien on kauan katsottu olevan tärkeimpiä dna-jaksoja, koska nimenomaan ne varmistavat, että solu kykenee valmistamaan välttämättömiä proteiineja.

Totuus on, ettei vuonna 2003 pystytty sekvensoimaan koko perimää.

Kartoituksesta puuttunut kahdeksan prosentin osuus sijoittuu enimmäkseen kromosomien keski- tai kärkiosiin. Koska niissä on vain vähän proteiinien tuotantoa ohjaavia geenejä, niitä on pidetty vähämerkityksisinä.

Epäolennaisuus ei ollut kuitenkaan ainoa syy siihen, että Human Genome Project jätti kahdeksan prosenttia perimästä huomiotta. Totuus on, että vuonna 2003 ei pystytty sekvensoimaan koko perimää tuolloin käytössä olleella tekniikalla.

Uusien menetelmien ansiosta työ on nyttemmin voitu viedä loppuun myös aikoinaan toisarvoiseksi tuomitun dna:n osalta.

Mikä aiheutti ongelmia?

Loppuosassa dna toistaa itseään

Siinä dna:ssa, joka muodostaa 92 prosenttia ihmisen perimästä, emäsparit vertautuvat kirjaimiin, jotka voidaan lukea tekstinä. Niistä syntyy erilaisia sanoja, jotka yhdistyvät ymmärrettäviksi lauseiksi, kuten proteiinien valmistusohjeiksi.

Loppuosassa ei sen sijaan ole mitään tolkkua. Kirjaimista muodostuvat sanat tai lyhyet lauseet toistuvat jopa tuhansia kertoja peräkkäin. Nämä toistojaksot osoittautuivat vuonna 2003 perimän kartoittajille liian kovaksi palaksi.

Tuolloin pystyttiin sekvensoimaan vain lyhyitä, vain parin sadan kirjaimen pituisia, dna-pätkiä kerralla. Siksi dna piti leikellä lukemattomiksi palasiksi sekvensointia varten. Lopuksi täytyi vielä selvittää, mitkä palaset sopivat yhteen.

Työtä tehtiin siis ikään kuin silppuamalla useita lehden sivun valokopioita täysin sattumanvaraisesti. Yhdestä kopiosta otettiin osa, jossa lukee ”ja myrskyinen yö”, toisesta ”synkkä ja myrskyinen” ja kolmannesta ”Oli synkkä”. Kun kaikki kolme osaa liitettiin toisiinsa, muodostui lause: ”Oli synkkä ja myrskyinen yö." Ja tällä tavalla jatkettiin niin kauan, että koossa oli koko juttu.

Menetelmää ei voitu kuitenkaan käyttää, kun teksti koostui samoista jatkuvasti toistuvista sanoista. Juuri tämä oli syynä siihen, että toistojaksojen kartoitus meni myttyyn.

Viimeisten kymmenen vuoden aikana on kuitenkin saatu käyttöön välineitä, joilla on mahdollista sekvensoida yli 100 000 emäsparin dna-jaksoja. Siksi dna:ta ei tarvitse enää pätkiä. Uusiin keinoihin tartuttiin kansainvälisessä T2T Consortium-hankkeessa, jonka tavoitteena oli kartoittaa vielä lukematon ihmisen perimän osa.

Koska tutkijat onnistuivat tehtävässä, ihmisen perimästä kertovan kirjan kaikki sivut on vihdoinkin luettu. Kirjasta puuttuu toki sieltä täältä sanoja, mutta kolmesta miljardista kirjaimesta koostuva vaikeaselkoinen teksti on selvillä kutakuinkin kokonaan.

Koska kyseessä on naisen perimä, miehen Y-kromosomista ei ole päästy täysin perille. Tutkijat painivat kuitenkin jo ongelman kimpussa. Kaikesta huolimatta ihmisen perimän uusi kartoitus on merkittävä saavutus, jolla ennustetaan olevan sekä lääketieteellistä että suku-ja henkilöhistoriallista merkitystä.

Millaista hyötyä voidaan odottaa?

Perimän muutokset altistavat syövälle

Kartoitusta pitkään odottaneista melkein 200 miljoonasta emäsparista useimmat sijoittuvat kromosomien tiuhaan toistuviin osiin. Vaikka niitä on pidetty vähämerkityksisinä, ne vaikuttavat sisältävän runsaasti merkittävää tietoa.

Kyseisellä dna:lla on ilmeisesti hyvin vähän varsinaisia tehtäviä, mutta se vaikuttaa loihtivan perimän äkillisiä muutoksia, mutaatioita. Geeneissä tai muuten tärkeissä dna-jaksoissa syntyvät muutokset ovat enimmäkseen haitallisia, joten luonnonvalinta pyrkii hävittämään ne nopeasti.

Jonkin toistojakson muuntuminen ei ole kuitenkaan samanlainen hätätapaus, sillä siitä tuskin on suoranaista haittaa. Mutaatioiden syntyminen ja säilyminen kiinnostavat tutkijoita, sillä muunnokset paljastavat muun muassa, kuinka läheistä sukua henkilöt ovat toisilleen. Kun yhteisiä muunnoksia on paljon, kyse on lähisukulaisista.

Samalla tavalla voidaan tutkia vaikkapa eri kansojen välisiä sukulaisuussuhteita. Ja niistä voidaan tehdä päätelmiä esimerkiksi muuttoliikkeestä.

DNA spiller rolle ifht. kræft

Uusi kartoitus paljasti dna:n osia, joilla on merkitystä esimerkiksi aivosyöpään sairastumiselle.

© Shutterstock

Dna:ssa on menneisyys ja tulevaisuus

Uusi kartta ihmisen perimästä voi antaa tietoa esivanhempiemme maailmanvalloituksesta, sukutaustasta ja syöpäriskistä.

Lisäksi havaittiin, että paljastuneet dna-jaksot sisältävät ennen tuntemattomia geenejä, joilla saattaa olla merkitystä lihassairauksien ja syövän syntymiselle. Yhtä suuri yllätys oli se, että yli neljäsosa kartoitetusta dna:sta sisältää pitkiä jaksoja, jotka ovat kopioituneet kromosomista toiseen.

Moniin kopioituneisiin jaksoihin sisältyy geenejä, kuten LPA, joka kuuluu sydän- ja verisuonitautien riskitekijöihin. Tutkimusten mukaan kopioiden määrä vaihtelee sekä yksilöiden että kansojen välillä. Tämä voi selittää sen, miksi eri väestöryhmien sairastuvuudessa on selviä eroja.

Mitä jatkossa?

Vuorossa miehen dna

Vaikka ihmisen koko perimän kartoitus tarkoittaa, että tavoite on saavutettu, tutkijoiden työ on yhä kesken. Seuraavana tähtäimessä on väliin jätetty Y-kromosomi.

Y-kromosomia on ollut tähän asti vaikea sekvensoida, sillä se sisältää runsaasti toistojaksoja. T2T Consortiumin tutkijat ovat kuitenkin ilmoittaneet päässeensä jo hyvään vauhtiin miehen perimän selvittämisessä, joten on enää vain ajan kysymys, milloin Y-kromosomi on kartoitettu. Siihen kuuluvilla geeneillä tiedetään olevan oma osuutensa muun muassa hedelmättömyyden, Alzheimerin taudin ja syövän kehittymisessä.

X-kromosom og Y-kromosom

Y-kromosomin (ylhäällä) koko on kolmasosa X-kromosomin (alhaalla) koosta. Y-kromosomissa on vain 55 geeniä, kun taas X-kromosomissa niitä on 900.

© Shutterstock

Tulevaisuudessa aiotaan kartoittaa isommalta ihmisjoukolta koko perimä, jotta päästään vertailemaan eri kansojen ja väestöryhmien perinnöllisiä ominaisuuksia. Tällä tutkimussuunnalla T2T Consortium tekee yhteistyötä Human Pangenome Projectin tutkijoiden kanssa. Tavoitteena on lukea 350 henkilön perimä. Ensimmäiset 70 on jo kartoitettavana.

Analysoimalla monta perimää parannetaan mahdollisuuksia selvittää sairauksien periytymistä ja löytää sairastumisalttiuteen vaikuttavia geenejä.

Koska valitut 350 henkilöä edustavat useita kansoja, vertailu paljastaa esimerkiksi, onko eri etnisillä ryhmillä yhtä suuri riski sairastua tiettyihin sairauksiin ja vaikuttaako etninen tausta lääkkeiden tehoon.

Toisin sanoen ihmisen perimän tutkimuksessa riittää työtä. Kartoitus ei suinkaan loppunut siihen, kun George W. Bush julisti hankkeen päättyneeksi vuonna 2003. Uusia tehtäviä tulee jatkuvasti.