Ihmisen genomi
JO ENNEN Human Genome -hankkeen alkamista tutkijat olivat oppineet monenlaista geneettisestä koostumuksestamme. Niinpä esimerkiksi sellaiset nimitykset kuin ”geenit”, ”kromosomit” ja ”DNA” esiintyvät usein lehtiuutisissa, joissa kerrotaan löydöistä, joita tutkijat ovat tehneet tavan takaa ja joiden he uskovat paljastavan meille jotakin meistä itsestämme – siitä miten me olemme rakentuneet. Genomi-hanke yrittää nyt jatkaa näistä peruslähtökohdista ja selvittää koko geneettisen koodin, geeniohjeiston.
Ennen kuin lähdemme tarkastelemaan sitä, miten tutkijat tekevät tämän, lukijan olisi hyvä tutustua tekstiruutuun ”Ihmisen piirustukset” sivulla 6.
Geenien paikantaminen
Kuten jo edellisessä kirjoituksessa mainittiin, genomi-hankkeen ensimmäisenä tavoitteena on ollut selvittää, missä kohdin geenimme ovat kromosomistossamme. Eräs geenitutkija on verrannut tätä ”palaneen hehkulampun etsimiseen talosta, jonka katuosoitetta ei tiedetä ja joka sijaitsee tuntemattomassa kaupungissa jossakin vieraassa maassa”. Time-viikkolehden mukaan tämä tehtävä on ”yhtä vaikea kuin jos etsisi jotakin puhelinnumeroa ilman, että tietäisi osoitetta tai sukunimeä”. Miten tutkijat aikovat selviytyä tästä vaikeasta urakasta?
Tutkijat tutkivat perheitä ja sukuja paikantaakseen geenejä, jotka vastaavat ominaisuuksista, jotka periytyvät aiheuttaen tunnettuja piirteitä ja alttiutta joillekin sairauksille. He ovat esimerkiksi jäljittäneet värisokeuden, verenvuototaudin ja suulakihalkion geenejä alueisiin, jotka sijoittuvat yhteen ihmisen kromosomeista. Nämä niin sanotut geenikytkentäkartat ovat hyvin karkeasti suuntaa antavia, sillä ne kertovat jonkin geenin sijainnin vain noin viiden miljoonan emäsparin tarkkuudella.
Tarkkuuden parantamiseksi tutkijat aikovat laatia graafisen kartan. Eräs menetelmä on sellainen, että he pätkivät DNA:n kopioita säännöttömän pituisiksi paloiksi, joista he sen jälkeen selvittävät erityisten merkkigeenien perättäisen järjestyksen. Mitä enemmän paloja on, sitä vaikeampaa on tietenkin myös niiden lajitteleminen. Jos kutakin DNA-pätkää verrataan kirjaan, joka on selvästi merkityllä hyllyllä kirjastossa, niin yhden geenin paikan etsiminen muistuttaa ”sitaatin etsimistä yhdestä kirjasta tarvitsematta käydä läpi koko kirjastoa”, tiedelehti New Scientist selittää. Tällaiset graafiset kartat ovat jo tarkempia, sillä ne kertovat geenin paikan puolen miljoonan emäsparin tarkkuudella. Vuoden 1993 loppupuolella sai tri Daniel Cohenin johtama tutkijaryhmä pariisilaisessa tutkimuslaitoksessa (Center for the Study of Human Polymorphism) aikaan ”ensimmäisen valmiin – vaikkakin karkeajakoisen – kartan ihmisen genomista”, Time-lehden sanoja lainataksemme.
Genomi-hankkeen seuraavana tavoitteena on luetteloida kaikkien ihmisen 100000 geenin kemiallisten aineosien ja jopa muidenkin genomin osien tarkka perättäisjärjestys. Samalla kun tutkijat kehittävät DNA-lukutaitoaan, he huomaavat, että genomi on monimutkaisempi kuin he ovat osanneet kuvitellakaan.
Genomin lukeminen
Ihmisen genomista on ainoastaan 2–5 prosenttia geenejä. Loppuja nimitetään usein ”ylimääräiseksi DNA:ksi” (junk DNA). Jotkut tutkijat ajattelivat aiemmin, että nämä niin sanotusti tarpeettomat jaksot ovat kehittyneet sattumalta evoluution kuluessa. Nykyään he kuitenkin ovat sitä mieltä, että jotkin näistä geenien väliin jäävistä tyhjistä alueista säätelevät DNA:n rakennetta ja sisältävät ohjeita, joita kromosomit tarvitsevat voidakseen kopioitua solunjakautumisen aikana.
Tutkijat ovat olleet kauan kiinnostuneita siitä, mikä kytkee geenin toimintaan ja pois toiminnasta. New Scientist -lehden mukaan ihmisellä saattaa olla jopa 10000 sellaista geeniä, jotka koodaavat, ohjaavat, transkriptiotekijöiksi kutsuttujen valkuaisaineitten tuotantoa. Näyttää siltä, että useat niistä liittyvät yhteen ja sen jälkeen sovittautuvat johonkin DNA:ssa olevista uurteista niin kuin avain lukkoon. Kun valkuaisaineet ovat oikealla paikallaan, ne joko aktivoivat läheisen geenin toimintaan tai ehkäisevät sen toimintaa.
On olemassa myös niin sanottuja ”änkyttäviä geenejä” (stuttering genes), joissa jokin osa kemiallista koodia toistuu monta kertaa. Normaalisti kussakin niistä CAG-tripletti kertaantuu 11–34 kertaa. (Tripletillä eli kolmikolla tarkoitetaan kolmen perättäisen nukleotidin jaksoa, joka vastaa aina tiettyä aminohappoa.) Kun tämä tripletti toistuu 37 kertaa tai useammin, seurauksena on aivojen rappeutumissairaus, josta käytetään nimitystä Huntingtonin korea.
Huomionarvoista on sekin, millainen vaikutus voi olla yhden emäskirjaimen muuttumisella jossakin geenissä. Jos toisessa hemoglobiinin kahdesta aineosasta on 146 emäskirjaimen pituisessa jaksossa yksi väärä emäskirjain, niin seurauksena on sirppisoluanemia. Ihmisellä kuitenkin on elimistössään eräänlainen korjauslukumekanismi, joka tarkistaa, että DNA:ssa on kaikki kunnossa solujen jakautuessa. Tiedetään, että eräs virhe tässä järjestelmässä voi aiheuttaa paksusuolensyövän. Monet muut sairaudet, esimerkiksi sokeritauti ja sydäntauti, eivät johdu yhdessä geenissä olevasta virheestä, vaan ne ovat useamman viallisen geenin yhdessä aiheuttamia.
Genomin uudelleen kirjoittaminen
Lääkärit odottavat Human Genome -hankkeen antavan tietoja, joiden avulla he pystyvät diagnosoimaan ja hoitamaan ihmisen sairauksia. He ovat jo kehittäneet testejä, joilla voidaan selvittää, sisältävätkö jotkin geenijaksot poikkeavuuksia. Jotkut pelkäävät, että häikäilemättömät ihmiset tulevat geenitestien avulla toteuttamaan eugeniikkaa, ihmisen rodunjalostusta. Nykyisin useimmat vastustavat ihmisen iturataan kohdistuvaa hoitoa, siis siittiö- ja munasolujen geenien muuntamista. Jopa pariskunnilla, jotka suunnittelevat perimältään normaalin alkion tuottamista koeputkihedelmöityksellä, on edessään myös siitä päättäminen, mitä tapahtuu niille alkioille, joita ei kelpuuteta siirrettäväksi kohtuun kasvamaan. Eikä tässä kaikki. Ajattelevat ihmiset ovat tuoneet julki huolensa syntymättömien puolesta. Mitä voi tapahtua niille syntymättömille, joilla todetaan jokin selvä geenivirhe? Moni pelkää, miten aikuisten ihmisten geenien kartoittaminen tulee vaikuttamaan heidän mahdollisuuksiinsa saada työtä, edetä urallaan ja jopa saada vakuutuksia. Oma lukunsa on myös paljon keskustelua herättänyt kysymys geenimanipulaatiosta.
”He eivät tyydy vain lukemaan elämän kirjaa, vaan he haluavat myös kirjoittaa siihen”, aikakauslehti The Economist selittää. Eräs keino, jolla lääkärit ehkä kykenevät tähän, on retrovirusten käyttäminen. Virusta voidaan luonnehtia geenijoukoksi, jota ympäröi vaippa. Lähtökohtana on virus, joka pystyy tartuttamaan ihmisen. Tutkijat poistavat tästä viruksesta ne geenit, joita se tarvitsee lisääntymiseensä, ja korvaavat ne potilaan viallisten geenien terveellä vastineella. Kun tämä virus ruiskutetaan elimistöön, se tunkeutuu niihin soluihin, joihin sen on tarkoitus vaikuttaa, ja korvaa vialliset geenit terveillä geeneillä, joiden kuljettimena se toimii.
On löydetty geeni, joka voi suojella ihosyövältä, ja äskettäin tutkijat ilmoittivat yksinkertaisesta hoitokeinosta, joka perustuu kyseisen geenin käyttöön. Vain joka 20. ihmisellä on tämä geeni, joten tavoitteena on panna se voiteeseen, josta se pääsee tunkeutumaan ihosoluihin. Niissä geeni käynnistäisi sellaisen entsyymin tuotannon, jonka lääkärit uskovat hajottavan elimistölle vaarallisia, syöpää aiheuttavia toksiineja.
Vaikka nämä menetelmät tuntuvat vallan suurenmoisilta, niin geenimanipulaation käytölle on pantu tiukkoja rajoituksia. Lisäksi tutkijat joutuvat taistelemaan ankarasti ihmisten pelkoja vastaan, jotka kohdistuvat geenimanipulaatioon.
Ihmisen genomiin liittyy vielä paljon monimutkaisia, vaikeasti avautuvia asioita. ”Ihmisen genomeja ei ole vain yhtä lajia”, toteaa perinnöllisyystieteilijä Christopher Wills. ”Niitä on viisi miljardia erilaista, ja käytännöllisesti katsoen jokaisella ihmisellä tällä planeetalla on omansa.” Sinunkin genomisi paljastaa sinusta monenlaisia asioita. Mutta kertooko se kaiken?
Paljastaako genomisi kaiken?
Jotkut ajattelevat geenien olevan pikku diktaattoreita, jotka panevat meidät käyttäytymään tietyllä tavalla. Viimeaikaisten lehtitietojen mukaan on löydetty geenejä, joiden jotkut uskovat aiheuttavan skitsofreniaa, alkoholismia ja jopa homoseksuaalisuutta. Monet tutkijat antavat sen neuvon, että tällaisten yhteyksien olemassaolon mahdollisuuteen tulee suhtautua pidättyväisesti. Esimerkiksi Christopher Wills kirjoittaa, että joissakin tapauksissa geenimuunnokset vain ”altistavat kantajansa alkoholismille”. Lontoossa ilmestyvän The Times -sanomalehden mukaan molekyyligeneetikko Dean Hamerin näkemys on, että ihmisen seksuaalisuus on niin monitahoinen ilmiö, että se ei voi olla yhden geenin määrättävissä. Britannica-tietosanakirjayhtiön vuosikirjassa 1994 Britannica Book of the Year todetaankin: ”Ei kuitenkaan ole löydetty yhtään sellaista geeniä, joka saattaisi alttiiksi homoseksuaalisuudelle, ja tähänastisellekin työlle pitäisi saada varmennus toisten tekemillä tutkimuksilla.” Edelleen aikakauslehti Scientific American toteaa: ”Käyttäytymispiirteitten määritteleminen on tavattoman vaikeaa, ja käytännöllisesti katsoen kaikki väitteet perinnöllisestä taustasta voidaan selittää myös elinympäristön vaikutukseksi.”
On kiintoisaa panna merkille, mitä perinnöllisyystieteilijä David Suzuki sanoi eräässä BBC:n genetiikkaa käsitelleessä tv-sarjassa (Cracking the Code). Hänen käsityksensä näet on, että ”omat olosuhteemme, uskontomme, jopa sukupuolemme voi muuttaa sitä vaikutusta, joka geeneillämme on meihin. – – Se, millä tavoin geenit vaikuttavat meihin, on riippuvainen ulkonaisista olosuhteistamme.” Niinpä hän varoittaa: ”Jos sanomalehdissä lukee, että tutkijat ovat löytäneet geenin, joka aiheuttaa alkoholismia tai rikollisuutta, tekee ihmisen älykkääksi tai aiheuttaa jotakin muuta, niin sitä ei pidä ottaa täydestä todesta. Jotta tutkijat voisivat tietää, miten jokin geeni vaikuttaa johonkuhun, heidän pitäisi tietää myös kaikki tämän ihmisen elinympäristöstä, eikä sekään ehkä riittäisi.”
Ei varmastikaan, sillä siihen, millainen sinä olet, voi vaikuttaa vielä eräs tekijä. Seuraavassa kirjoituksessa tarkastellaan sitä, mikä se on ja miten se voi vaikuttaa sinun hyväksesi.
[Tekstiruutu/Kaavio s. 6, 7]
(Ks. painettu julkaisu)
Ihmisen piirustukset
• Kehosi koostuu noin 100000 miljardista solusta, ja useimmissa niissä on sisällä täydelliset piirustukset sinusta. (Punasoluilla ei kuitenkaan ole tumaa, joten ne eivät sisällä näitä piirustuksia.)
• Solusi ovat mutkikkaita kokonaisuuksia, ja ne muistuttavat suuresti kaupunkeja, joissa on teollisuuslaitoksia ja energiavarastoja sekä selkeitä kulkuväyliä, joita pitkin pääsee soluun ja sieltä pois. Säätely tapahtuu solun tumasta käsin.
• Solujesi tuma, piirustustesi koti, on verrattavissa kaupungintaloon, missä paikalliset viranomaiset yleensä säilyttävät niiden talojen piirustuksia, jotka on suunniteltu rakennettaviksi kaupungin alueelle. Ennen kuin ne voidaan rakentaa, jonkun täytyy tilata rakennustarvikkeet, hankkia työkaluja ja varusteita ja organisoida rakentaminen.
• Kromosomeissasi ovat piirustuksesi emäskirjaimin kirjoitettuna. Jos nämä tiukalle sykkyrälle kiertyneinä olevat DNA-molekyylit, joita on 23 paria, avattaisiin ja liitettäisiin perä perää toisiinsa, niistä syntyvä nauha ulottuisi noin 8000 kertaa kuuhun ja sieltä takaisin.
• DNA:si on kuin kierreportaikko, jonka reunoja emäspareista koostuvat puolat yhdistävät toisiinsa. Adeniiniemäs (A) on aina liittyneenä tymiiniemäkseen (T) ja sytosiiniemäs (C) guaniiniemäkseen (G). Jos tikapuiden kaltainen DNA avataan kuin vetoketju, paljastuu geneettinen koodi eli ”salakirjoitus”, jonka viesti muodostuu näistä neljästä kirjaimesta: A, C, G ja T.
• Ribosomisi ovat kuin liikkuvia tehtaita, ja ne kiinnittyvät RNA:han (ribonukleiinihappoon) ja lukevat sen koodiviestin. Samalla kun ne tekevät näin, ne liittävät yhteen erilaisia aminohappoyhdisteitä, joista puolestaan koostuvat ne valkuaisaineet, joista sinä yksilönä – erilaisena kuin muut – olet rakentunut.
• Geenisi eli perintötekijäsi ovat DNA-jaksoja, joita elimistösi käyttää malleina valmistaessaan rakenneosasiaan, valkuaisaineita eli proteiineja. Geenit määräävät sen, millainen riski sinulla on sairastua joihinkin tauteihin. Voidakseen lukea geenejäsi kemialliset työvälineet, entsyymit, avaavat pätkän DNA:ta kuin vetoketjun. Kun toiset entsyymit tämän jälkeen lukevat geeniä pituussuunnassa, ne samalla rakentavat täydentävää emässarjaa 25 emäksen sekuntivauhdilla.
[Tekstiruutu s. 8]
Ihmisen tunnistaminen geenien avulla
Ihmiskudoksista eristetään DNA:ta, joka pilkotaan pätkiksi. DNA-pätkät siirretään hyytelöön, jonka läpi johdetaan sähkövirtaa. Hyytelöön syntyy nyt pieniä täpliä. Hyytelöön kastetaan ohut nailonkalvo, johon nämä täplät tarttuvat. Kalvoon kiinnitetään radioaktiivinen geenikoetin, ja tämän jälkeen kalvo valokuvataan. Lopputuloksena on DNA-sormenjälki.