Kaksospari

Identtisyys ei tee kaksosista samanlaisia

Identtiset kaksoset voivat olla yhdennäköiset kuin kaksi marjaa, mutta heidän perimässään on eroja. Erottavia geenimuunnoksia on jo syntyessä, eikä ääritapauksissa sukupuolikaan ole sama. Nyt kysytään, kuinka luotettavasti kaksostutkimus paljastaa perimän ja ympäristön vaikutuksen väestön ominaisuuksiin.

Identtiset kaksoset voivat olla yhdennäköiset kuin kaksi marjaa, mutta heidän perimässään on eroja. Erottavia geenimuunnoksia on jo syntyessä, eikä ääritapauksissa sukupuolikaan ole sama. Nyt kysytään, kuinka luotettavasti kaksostutkimus paljastaa perimän ja ympäristön vaikutuksen väestön ominaisuuksiin.

Peter Zelewski

Australialaisnainen sai tietää kuudennella raskausviikolla odottavansa kaksosia. Ultraäänitutkimus paljasti, että kohdussa oli kaksi alkiota. Koska istukoita ei ollut kuin yksi, oli selvää, että nainen synnyttää identtiset eli samamunaiset kaksoset.

Kaksi kuukautta myöhemmin sikiöt olivat jo niin isoja, että sukupuoli oli määritettävissä. Tuleva äiti kävi jälleen ultraäänitutkimuksessa, jotta hänelle kerrottaisiin, odottiko hän kahta poikaa vai kahta tyttöä. Kaksoset järjestivät kuitenkin yllätyksen.

Identtiset sisarukset olivat veli ja sisko.

Kaksi niin erilaista identtistä kaksosta, että he eivät ole edes samaa sukupuolta, pudottaa pohjan pois käsitykseltä, jonka mukaan identtisillä kaksosilla on sama perimä.

Yllätys sopii viimeaikaisten tutkimusten tuloksiin, jotka osoittavat, että identtisillä kaksosilla on jo syntyessään eri perintötekijöitä.

Itkeviä vauvoja

Identtisillä kaksosilla on – melkein – yhtenevät perintötekijät. Keskimäärin heitä erottaa viisi perimän osaa, mutta 15 prosentissa tapauksista erot ovat huomattavasti suurempia.

© Getty Images

Kaksosten geneettinen eriytyminen alkaa jo kohdussa. Syntymän jälkeen kehitys jatkuu vielä entistä nopeampana. Ajan mittaan kaksoset muistuttavat toisiaan siis aina vähemmän.

Kaksosparista toinen voi sairastua perinnölliseen sairauteen mutta toinen ei. Selitys on yksinkertainen: identtisyys ei tee kaksosista perimältään samanlaisia.

Viisi eroa kaksosten välillä

Useimmat lapset kehittyvät kohdussa yksin. Noin kaksi prosenttia raskauksista on monikkoraskauksia, eli tulevan äidin kohdussa kehittyy yhtä aikaa vähintään kaksi sikiötä.

Noin 70 prosentissa monisikiötapauksista kaksi munasolua on tullut eri siittiöiden hedelmöittämiksi yhtä aikaa, joten raskaus johtaa epäidenttisten eli erimunaisten kaksosten syntymään.

Epäidenttiset kaksoset vastaavat perimältään tavallisia sisaruksia – keskimäärin puolet geeneistä on samoja. Sama pätee useimpiin kolmosiin ja nelosiin, jotka ovat paljon harvinaisempia.

Monikkoraskaus johtaa identtisten kaksosten syntymään noin joka kolmannella kerralla. Näin tapahtuu, kun munasolu jakautuu pian hedelmöitymisen jälkeen ja puolikkaat kehittyvät omiksi yksilöikseen.

Lopputulos on kaksoset, joilla on täsmälleen sama perimä – teoriassa.

2 prosenttia raskauksista johtaa sama- tai erimunaisten kaksosten syntymään.

Islantilainen perinnöllisyystieteilijä Kári Stefánsson on parhaiten ihmisten geneettisiin eroihin ja yhtäläisyyksiin perehtyneitä tutkijoita.

Stefánsson perusti vuonna 1996 deCODE Genetics -yrityksen, joka on vähitellen koonnut valtavan tietokannan. Se sisältää kymmenientuhansien islantilaisten terveyttä ja perimää koskevaa informaatiota ja palvelee tutkimusta, jonka kohteena ovat sairauksien geneettiset syyt ja uudet hoitomenetelmät.

Vuoden 2021 alussa Stefánsson julkisti 383 identtisen kaksosparin koko perimän luennan tulokset.

Odotuksenmukaista olisi, että sisarusparin muodostavat identtiset kaksoset vastaisivat perimältään toisiaan täydellisesti. Kävi kuitenkin ilmi, että heitä erotti keskimäärin viisi perimän osaa – siis erilaista geenijaksoa – jo syntymän aikaan. Huomattavasti enemmän geneettisiä eroja löytyi 15 prosentilta kaksospareista.

Periaatteessa identtiset kaksoset ovat perimältään samanlaisia, kun taas epäidenttisillä kaksosilla puolet geeneistä on samoja. Sikiöaikaiset perimän muutokset tekevät kuitenkin identtisistä kaksosista syntymään mennessä noin 0,03-prosenttisesti erilaisia.

Kaksoset kohdussa
© Shutterstock

Epäidenttisillä kaksosilla erillisiä muunnoksia

Kahdesta eri siittiöiden hedelmöittämästä munasolusta kehittyvät erilliset sikiöt, jotka muistuttavat perimältään toisiaan kuin tavalliset sisarukset. Sikiöaikana kaksosissa tapahtuu perimän muutoksia (sininen ja vihreä) riippumatta toisistaan. Epäidenttisille kaksosille ei synny yhteisiä muunnoksia.

Yleisyys: 1,5 prosenttia syntyneistä

Kaksoset kohdussa
© Shutterstock

Identtisillä kaksosilla yhteisiä ja erillisiä muunnoksia

Ne perimän muutokset, jotka syntyvät ennen munasolun jakautumista (sininen), ovat kaksosten yhteisiä. Munasolu jakautuu kahdeksan päivän kuluessa hedelmöityksestä, ja sen jälkeen tapahtuu keskimäärin viisi perimän muutosta, jotka on vain toisella kaksosella (punainen ja oranssi).

Yleisyys: 0,5 prosenttia syntyneistä

Eroja syntyy esimerkiksi, kun solun dna-juoste vaurioituu niin, että geneettisen koodin kirjain muuttuu, tai kun dna-juoste solun jakautuessa kopioituu väärin ja kaksi kirjainta vaihtaa paikkaa.

Äkillisiä satunnaisia perimän muutoksia kutsutaan mutaatioiksi. Kári Stefánssonin kaksosanalyysit paljastivat, että mutaatioita voi syntyä solussa milloin tahansa hedelmöityshetkestä koko sikiöajan loppuun asti.

Perimän ja ympäristön vaikutus epäselvempi

Kun mutaatio syntyy pian hedelmöityksen jälkeen ennen munasolun jakautumista, kumpikin kaksonen saa sen ja pari säilyy siten samanlaisena.

383 identtisen kaksosparin geenit kartoitettiin. Useilla oli erilaisia perintötekijöitä.

Jos mutaatio sen sijaan syntyy munasolun jakauduttua jommassakummassa puolikkaassa, sen saa vain toinen kaksonen.

Kyse on siis niistä munasolun jakautumisen jälkeisistä mutaatioista, joiden takia identtiset kaksoset eivät ole perimältään 100-prosenttisesti samanlaisia, vaikka heidän pitäisi periaatteessa olla.

Identtisten kaksosten geneettisillä eroilla on suure merkitys tieteelle. Kaksostutkimusten avulla nimittäin selvitetään esimerkiksi sairauksien, älykkyyden ja taipumusten perinnöllisyyttä. Lähestymistapa auttaa arvioimaan, missä määrin ominaisuudet riippuvat perimästä ja kasvuympäristöstä.

Kaksostutkimuksessa identtiset kaksoset, jotka on erotettu toisistaan heti syntymän jälkeen esimerkiksi eri adptioperheisiin, valottavat ominaisuuksillaan erilaisen kasvuympäristön vaikutusta, onhan heillä sama perimä.

Kaksoissisaret

Löytäessään toisensa kaksoissisaret olivat 25-vuotiaita.

© Getty Images

PERIMÄ: Erotetuilla kaksosilla samankaltainen luonne

Identtiset kaksoset Anaïs ja Samantha erotettiin toisistaan heti syntymän jälkeen. Toinen adoptoitiin Yhdysvaltoihin, toinen Ranskaan. He kasvoivat erilaisissa kulttuureissa ja elinympäristöissä tietämättä toistensa olemassaolosta ja tapasivat toisensa ensimmäisen kerran vasta 25-vuotiaina. Psykologi Nancy Segal on tutkinut heitä.

Samanthan ÄO on 129, Anaïsin 112. Samanthan aivot toimivat nopeammin, ja hän kykenee ratkaisemaan monenlaisia ongelmia sisartaan paremmin. Persoonallisuutta 21 luonteenpiirteen, kuten tarmokkuuden, luovuuden ja seurallisuuden, osalta mittaava testi paljasti kuitenkin, että sisarilla on paljon yhteistä.

Toisistaan erotettujen kaksosten tutkimus vihjaa siis, että perimällä on suurempi merkitys persoonallisuudelle kuin älykkyydelle.

Jos kuitenkin selviää, että kaksosparien osapuolet ovat usein jokseenkin yhtä älykkäitä, voidaan päätellä, että perimä vaikuttaa merkittävästi älykkyyteen.

Jos sen sijaan selviää, että yleensä kaksosista vain toinen sairastuu keuhkosyöpään, on saatu vahvaa näyttöä elinympäristön ja -tapojen, kuten tupakoinnin ja ilmansaasteiden, altistavasta vaikutuksesta.

Kári Stefánssonin esittämät uudet tiedot horjuttavat luottamusta kaksostutkimusten luotettavuuteen.

Teoriassa toinen kaksonen on esimerkiksi voinut saada geenimuunnoksen, joka suurentaa alkoholismin riskiä, ja sairastuu alkoholismiin toisin kuin sisaruksensa.

Jos oletetaan, että kaksosilla on sama perimä, johtopäätös on todennäköisesti, että alkoholisoituminen johtuu ympäristöstä. Todellisuudessa perimällä on kuitenkin tärkeämpi osuus alkoholismin kehityksessä.

Identtiset kaksoset voivat olla veli ja sisko

Kun alussa mainittu australialaisnainen synnytti identtiset kaksoset, jotka olivat eri sukupuolta, taustalla eivät vaikuttaneet mutaatiot. Itse asiassa syystä ei ole saatu täyttä varmuutta. Näitä niin sanottujen puoli-identtisten kaksosten tapauksia tunnetaankin vain kaksi.

Monet seikat viittaavat kuitenkin siihen, että munasolun hedelmöittää yhtä aikaa kaksi eri siittiötä. Toisessa siittiössä on X- ja toisessa Y-kromosomi.

Kaikkien kolmen sukupuolisolun vuorovaikutus kahdesti hedelmöityneessä munasolussa on monimutkaista, ja ensimmäisten solunjakautumisten jälkeen on olemassa puolisko, jossa on miehen XY-kromosomisto, ja puolisko, jossa on naisen XX-kromosomisto.

Sitten munasolu jakautuu kahdeksi alkioksi, joista XY-kromosomistoinen kehittyy pojaksi ja XX-kromosomistoinen tytöksi.

Lääkäri Michael Gabbett australialaisesta Queenslandin teknillisestä yliopistosta julkisti vuonna 2019 tiedon äärimmäisen harvinaisista identtisistä kaksosista. Vaikka vastaavia tapauksia tunnettiin vain yksi, hän epäili, että ilmiö on luultua tavallisempi.

Toisella kertaa ultraäänitutkimus paljasti, että sikiöillä oli yhteinen istukka. Se osoitti kiistattomasti naisen odottavan identtisiä kaksosia.

Istukka

Valtaosalla identtisistä kaksosista on kohdussa yhteinen istukka.

© SPL

Identtisillä kaksosilla voi kuitenkin olla kohdussa omat istukkansa niin kuin epäidenttisillä kaksosilla on. Näissä tapauksissa kaksosten identtisyyden määrittäminen vaatii dna-analyysejä.

Asiasta kiinnostunut Michael Gabbett analysoi melkein tuhannen epäidenttisen kaksosparin perimän. Koska hän ei löytänyt ainoatakaan puoli-identtistä kaksosparia, päätelmäksi tuli, että ilmiön täytyy olla hyvin poikkeuksellinen.

Gabbettin analyysit paljastivat sen sijaan, että kumpikin puoli-identtinen kaksospari oli kimeeri. Se tarkoittaa, että yksilö koostuu geneettisesti erilaisista soluista tai kudoksista.

Pojalla on siten kehossaan osia, joissa on naisen XX-kromosomisto, ja tytöllä on vastaavasti osia, joissa on miehen XY-kromosomisto.

Vain toinen kaksonen on autisti

Tammikuussa 2021 julkaistu islantilaisen Kári Stefánssonin tutkimus osoitti myös, että useimmat identtiset kaksoset ovat kimeerejä.

Ne viisi geenimuunnosta, jotka keskimäärin erottavat kaksosparin osapuolia toisistaan, olivat nimittäin syntyneet eri kehitysvaiheissa sikiöaikana.

Jos mutaatio syntyy solussa siinä vaiheessa, kun alkio koostuu esimerkiksi 20 solusta, karkean arvion mukaan geenimuunnos esiintyy kahdeskymmenesosassa vastasyntyneen kaksosen soluista.

Sama pätee tavalliseen raskauteen – joten oikeastaan kaikki ovat eräänlaisia kimeerejä siinä merkityksessä, että esimerkiksi käden solut voivat olla geneettisesti erilaisia kuin jalan.

Solussa voi syntyä mutaatioita myös syntymän jälkeen, ja kun solu jakautuu, perimän muutos yleistyy siinä kudoksessa, johon solu kuuluu. Muiden kudosten solut eivät sen sijaan muutu mutaation myötä.

Koska identtisillä kaksosilla tapahtuu perimän muutoksia koko elämän ajan, he muistuttavat geneettisesti toisiaan aina vain vähemmän.

Mutaatioiden lisäksi perimää muuttavat kromosomien vaurioituminen ja rakenteen muuttuminen, kun kromosomit muodostuvat väärin, ja geenien monistuminen. Geenijakso voi siis esiintyä perintöaineksessa kahteen kertaan.

Elämä tekee identtisistä kaksosista jatkuvasti vähemmän toistensa kaltaisia. Sekä ympäristö että solujen jakautumistapa muuttavat perimää. Myös erilainen suoliston mikrobikanta, suolifloora, saattaa johtaa siihen, että toinen kaksonen sairastuu, toinen pysyy terveenä.

Solu jakautuu
© Shutterstock

1. Lyöntivirhe muuttaa kaksosten geneettistä koodia

Kun solu jakautuu, geeneistä kirjoitetaan kopio, mutta tähän voi tulla lyöntivirheitä – siis mutaatioita. Kromosomit voivat myös vaurioitua solun jakautuessa, ja jos ne muodostuvat väärin, perimä muuttuu.

Metyyli kiinnittyy geeniin
© Shutterstock

2. Ympäristövaikutus sammuttaa geenejä

Stressi, sairaus ja univaje voivat passivoida geenejä metylaatiolla: niihin liittyy niin sanottu metyyliryhmä. Kyse on epigeneettisestä säätelystä, joka voi olla syynä esimerkiksi siihen, että toisesta kaksosesta tulee autisti tai skitsofreenikko.

Suolibakteereja
© Shutterstock

3. Suolifloora voi sairastuttaa toisen kaksosen

Kun kaksoset syntyvät, heillä on samanlainen pieneliöstö suolistossaan. Ruokavalio ja sairaudet vaikuttavat suoliflooraan, ja geenit reagoivat bakteerien viestiaineisiin. Yksilöllisissä muutoksissa voi piillä selitys sille, että vain toinen kaksosista sairastuu vaikka syöpään tai lihoo.

Kiinassa Harbinin lääketieteellisessä yliopistossa tutkittiin vuonna kolmea identtistä kaksosparia, joista vain toinen osapuoli oli autisti.

Geneettistä alttiutta pidetään yleisesti autismin avaintekijänä, ja tutkimus tähtäsi sen selvittämiseen, voiko toisen kaksosen autismi johtua niistä perimän muutoksista, joita toisella kaksosella ei ole.

Tulokseksi tuli, että kaikilla kolmella autistisella kaksosella oli 37 geenistä joko virheellinen tai ylimääräinen versio. Heidän kaksoissisaruksiltaan tällaisia geneettisiä poikkeamia ei löydetty.

Toisen kaksosen geenit sammuvat

Lähempi tarkastelu paljasti, että 37 geenistä 26 osallistuu aivosolujen kehityksen ja viestinnän säätelyyn.

Perimän muutokset ovat todennäköisesti vaikuttaneet haitallisesti löydettyjen geenien toimintaan ja sitä kautta aiheuttaneet poikkeavuuksia aivojen normaaleihin hermoyhteyksiin ja autismin.

Tutkimustulokset antavat ymmärtää, että periaatteessa perimältään samanlaisilla identtisillä kaksosilla voi olla yksilöllisiä geneettisiä ominaisuuksia, jotka selittävät, miksi vain toinen esimerkiksi sairastuu.

Kaksoisveljet

Scott (vas.) vietti vuoden avaruudessa. Hänen astronauttiveljensä Mark jäi maapallolle.

© Scanpix

YMPÄRISTÖ: Avaruuskaksonen paljasti painottomuuden vaikutuksen

Scott ja Mark Kelly ovat identtisiä kaksosia – ja Nasan avaruuslentäjiä. Scott palasi vuonna 2016 maapallolle vietettyään 340 vuorokautta avaruuden painottomuudessa. Mark piti sen sijaan tänä aikana jalkansa tukevasti maanpinnalla. Kaksoisveljet osallistuivat tutkimukseen, jossa kartoitettiin, kuinka pitkäaikainen oleskelu avaruudessa vaikuttaa kehoon.

Mittausten mukaan Scottiin aivot reagoivat hitaammin ja sydän löi nopeammin kuin Markin. Lisäksi Scottin immuunijärjestelmä toimi ylivilkkaasti, ja hänen kromosomeissaan oli tapahtunut rakennemuutoksia. Tutkijat katsoivat, että fysiologiset erot aiheutti painottomuus eikä veljesten – periaatteessa yhtenevä – perimä.

Identtisten kaksosten perimää muuttaa jatkuvasti myös mekanismi, joka ei vaikuta itse geneettiseen koodiin.

Kyse on niin sanotuista epigeneettisistä muutoksista, jotka johtuvat siitä, että geeniin liittyy metyyliryhmä.

Molekyyli toimii eräänlaisena kemiallisena kytkimenä, joka sammuttaa geenin.

Tutkijat puhuvat dna:n metylaatiosta. Jos se tapahtuu esimerkiksi geenissä, jonka pitää toimia normaalisti, jotta pysyy terveenä, on olemassa vaara, että henkilö sairastuu.

Useissa tutkimuksissa on saatu näyttöä siitä, että identtisillä kaksosilla voi esiintyä hyvin erilaisia epigeneettisiä muutoksia. Niistä riippuu, millainen riski kummallakin kaksosella on sairastua esimerkiksi syöpään, diabetekseen tai psykoosiin.

Brittitutkijat saivat selville, että ZNF659-niminen geeni on vain hieman metyloitunut kaksosparin terveillä osapuolilla ja voimakkaasti metyloitunut heidän skitsofreniaan sairastuneilla parikeillaan.

ZNF659:n voimakas metylaatio suurentaa siis skitsofrenian puhkeamisen riskiä.

Suolisto tekee kaksosista erilaisia

Identtisten kaksosten erilaisuus ei johdu ainoastaan perimän pienistä eroista. Tübingenissä Saksassa toimivan kehitysbiologian Max Planck -instituutin mikrobiologi Ruth Leyn tutki vuonna 2019, mitä bakteereja 21 identtisellä kaksosparilla oli suolistossaan.

Suoliflooran koostumuksessa esiintyy paljon yksilöllistä vaihtelua, ja bakteerit erittävät aineita, jotka vaikuttavat immuunijärjestelmään ja aineenvaihduntaan monin eri tavoin.

Suolen mikrobit voivat esimerkiksi edistää suolistosyövän kehittymistä, ehkäistä diabetesta ja altistaa skitsofrenialle, verenpainetaudille ja astmalle.

Identtisillä kaksosilla on erilainen suolifloora, ja sen takia vain toisesta voi tulla lihava.

Tutkimuksen mukaan yhdeksän parin tapauksessa kummallakin kaksosella oli jokseenkin samanlainen suolifloora. Lopuilla 12 kaksosparilla osapuolten mikrobikanta erosi huomattavasti toisistaan.

Selvimmät erot tulivat esiin Firmicutes- ja Bacteroidetes-pääjaksoihin kuuluvien mikrobien määrässä. Ne on yhdistetty lihomistaipumukseen.

Tulosten valossa näyttää siis siltä, että vaikka identtisillä kaksosilla on sama perimä, yksilöllinen suolistomikrobisto voi johtaa siihen, että vain toiselle alkaa kertyä liikakiloja.

Siitä huolimatta, että viimeaikaisten tutkimusten mukaan identtiset kaksoset ovat luultua erilaisempia, erot eivät ole niin ilmiselviä, että ne voitaisiin todeta ilman tarkkoja analyysejä.

Silmämääräisen arvion mukaan identtiset kaksoset muistuttavat toisiaan usein erehdyttävästi – ellei sitten ole kyse sellaisesta harvinaisuudesta kuin australialaisnaisen synnyttämät eri sukupuolta olevat kaksoset.

Identtiset kaksoissisaret

Identtiset kaksoset ovat aluksi melko samanlaisia, mutta erot kasvavat ajan mittaan.

© Peter Zelewski