Franziska Niemeyer opetteli profiloimaan soluja niiden kudosympäristössä – nyt hän opettaa muitakin

Visium HD -aineisto ihmisen munasarjasyöpänäytteestä. Keräysalueen koko on 6,5 × 6,5 mm, ja se sisältää noin 11,2 miljoonaa yhtenäistä
keräyspistettä. Aineisto on julkisesti saatavilla 10x Genomicsilta. Kuvaa muokannut Franziska Niemeyer.

Tilallinen transkriptomiikka on niin uutta tekniikkaa, ettei sille ole vielä edes vakiintuneita analyysistandardeja. Helsingin yliopiston tutkija Franziska Niemeyer oppi menetelmän kansainvälisellä huippukurssilla – ja toi sen tänä keväänä myös suomalaisten tutkijoiden ulottuville.

Mitä solu puuhaa? Kysymystä voi lähteä ratkomaan monella tapaa, mutta yksi toimivimmista on sekvensoida solun RNA. RNA:sta nähdään, mitkä geenit ovat solussa aktiivisina. Tästä voidaan edelleen päätellä, kuuluuko solu esimerkiksi kasvaimeen vai onko se tervettä kudosta. 

Perinteinen tapa tehdä sekvensointeja on ollut ottaa kudosnäyte ja analysoida se könttänä. Yhdessä näytteessä voi kuitenkin olla miljoonia soluja, ja lopullinen analyysi kertoo enemmän siitä, mitä näytteen solut tekivät keskimäärin kuin yksittäisten solujen aktiivisuudesta. 

Tällaista analyysia voisi verrata siihen, että tutkisi Lego-mallia hajottamalla sen ja laskemalla keskiarvoja palikoiden muodosta, koosta ja väreistä. Tämä tarkkuus voi riittää, jos halutaan vaikka katsoa, onko ihonalainen kyhmy kasvain, mutta joskus tarvitaan tarkempia menetelmiä. 

Hienostuneempi vaihtoehto on niin sanottu yksisoluanalyysi. Jatkaaksemme Lego-analogiaa: hajotetaan malli edelleen paloiksi, mutta tällä kertaa palikat lajitellaan lajeittain järjestykseen. Näin voi keskittyä tarkastelemaan yksittäistä palikkaa. Tällainen analyysi hukkaa kuitenkin kokonaiskuvan: vaikka palikka on punainen ja siinä on kuusi nuppia, emme enää tiedä, missä kohdin rakennelmaa se sijaitsi. 

Soluja tarkastellessa tämä on ongelma, koska elimistön solut eivät toimi tyhjiössä vaan vuorovaikutuksessa muiden solujen kanssa. Niinpä keskittyminen vain yhteen soluun ilman sen suhdetta naapurisoluihin ei koskaan anna koko kuvaa solun toiminnasta. Tarvittiin siis parempia tekniikoita. 

Kiinnostus syttyi jo opintojen alussa 

Vuonna 2018 Franziska Niemeyer aloitteli bioinformatiikan ja genomitutkimuksen opintojaan Bielefeldin yliopistossa Saksassa. Hän oli jo opintojensa alussa kiinnostunut konenäöstä ja kuva-analyyseistä – tietokoneilla pystyi analysoimaan visuaalista aineistoa ihmissilmää tarkemmin ja luotettavammin. 

Vuonna 2022, tehdessään maisterivaiheen opintoja Helsingissä, Niemeyer etsi itselleen tutkimusryhmää, jossa voisi jatkaa väitöskirjan parissa. Hän löysi Andrew Ericksonin vasta aloittelevan, eturauhassyöpään keskittyvän tutkimusryhmän, joka käytti uutta ja kiinnostavaa tekniikkaa: tilallista transkriptomiikkaa. Niemeyer halusi mukaan. 

Kyse oli todella uudesta tekniikasta. Tilallisen transkriptomiikan keskeiset tieteelliset keksinnöt oli tehty vasta 2016 ja ensimmäiset kaupalliset sovellukset 2019 – siis vasta Niemeyerin aloitettua jo opintonsa. 

”Uusi tekniikka vaikutti heti kiinnostavalta. Halusin oppia siitä lisää”, Niemeyer kertoo. 

Kudospalasta kartaksi 

Alkuperäinen, sekvensointiin perustuva tilallinen transkriptomiikka on analyysitekniikka, jossa kudosnäyte asetetaan erityiselle mikroskopialasille, johon on kiinnitetty RNA-molekyylejä sitovia koettimia. Sitä voi kuvitella eräänlaiseksi imupaperiksi, jonka päälle kudosnäyte laitetaan ja josta näytteen RNA vapautuu koettimiin. Samalla kudoksesta otetaan äärimmäisen tarkka mikroskooppikuva. Lopputuloksena syntyy eräänlainen kartta: jokaisesta kohdasta kudoksen mikroskooppikuvaa tiedetään, mitkä geenit ovat siinä aktiivisina. Tekniikan tarkkuus vaihtelee – yhdestä keräyskohdasta voi löytyä noin 20 solua, mutta tarkimmillaan menetelmä erottaa yksittäisiä soluja. 

Tekniikassa on kuitenkin kaksi haastetta. Ensinnäkin se on uutta ja siksi kallista: yksi koe, jossa on neljä 6,5 × 6,5 millimetrin kokoista keräysaluetta, maksaa lähes 15 000 euroa. 

Toiseksi tekniikka tuottaa valtavasti dataa. Vaikka muutaman millimetrin kokoinen keräysalue ei kuulosta isolta, yhdelle 6,5 × 6,5 millimetrin keräysalueelle mahtuu jopa satoja tuhansia soluja. Kun jokaisessa niistä on satoja tuhansia RNA-molekyylejä, joista kukin on tyypillisesti 1 000–2 000 emäksen pituinen, nousee yhden ainoan näytteen sisältämä datamäärä lukemiin, jotka ovat liikaa tavallisille tietokoneille. Tällaisen datan käsittelyyn ei myöskään ole vielä vakiintunutta analyysityönkulkua. 

”Tilallisen transkriptomiikan haltuun ottaminen tarkoittaa käytännössä sitä, että oppii koodaamaan oman analyysinsä”, Niemeyer selittää. 

Niemeyeriä haaste ei pelottanut. Vuonna 2025 hän osallistui yhdessä 30 muun tutkijan kanssa ELIXIRin Single-Cell Omics-verkoston Sveitsin Lausannessa järjestämälle nelipäiväiselle tilallisen transkriptomiikan data-analyysikurssille. 

Kurssilla oli luentoja ja iltapäivisin data-analyysiharjoittelua. Niissä opiskelijat kokeilivat eri analyysimenetelmiä. Koska teknologia on vielä uutta ja jokainen koe on erilainen, koodi täytyy räätälöidä jokaista näytekierrosta varten erikseen, jotta valtavasta datamäärästä saadaan suodatettua olennainen. 

”Kurssi oli erittäin innostava ja hyvin organisoitu. Oli kiinnostavaa jutella alan suurimpien nimien kanssa samoissa lounaspöydissä”, Niemeyer muistelee. 

Silti suurimman yllätyksen tarjosi lopulta se, miten jäsentymätön tieteenala vielä on. 

”Kun kysyi alan standardeista – esimerkiksi laadunvalvontaan, näytteiden normalisointiin tai solujen segmentaatioon liittyen – sai useammin vastauksen, etteivät asiantuntijatkaan oikein vielä tienneet, mikä on paras tapa.” 

Oppi kiersi takaisin Suomeen 

Kurssin jälkeen Niemeyer palasi Suomeen ja alkoi hyödyntää oppimaansa väitöskirjatutkimuksessaan. Se käsittelee eturauhassyöpäkasvainten evoluutiota ja ei-invasiivisten diagnostiikkatyökalujen kehittämistä. 

”Viime aikoina tutkimukseni on tosin ohjautunut myös tilallisten menetelmien avoimeen lähdekoodiin perustuvien automatisoitujen työtapojen kehittämiseen”, Niemeyer kertoo. 

Hän päätti myös jakaa oppimaansa eteenpäin. Vuonna 2026 Niemeyer oli mukana järjestämässä Helsingin yliopistolla tilallisen transkriptomiikan kurssia. Päävastuu kurssista oli apulaisprofessori Anna Vähärautiolla, mutta Niemeyer hoiti käytännön organisoinnin ja veti osan harjoitustöistä. 

Kaksiviikkoinen kurssi nojasi osittain Lausannesta saatuihin materiaaleihin. 

”Kaikki Lausannen luennot kuvattiin, joten saatoimme tarjota ne myös oman kurssimme osallistujille.” 

Korvaamatonta apua antoi myös Tieteen tietotekniikan keskus CSC:n pyörittämä Noppe-opetusjärjestelmä, jossa kurssilaiset saattoivat simuloida supertietokoneella tehtävää laskentaa. 

”Noppe toimi erinomaisesti. Aluksi mietimme myös ajan varaamista oikealta supertietokoneelta, mutta puhtaasti opetustarkoituksiin se ei olisi ollut mielekästä. Lopuksi annoimme kuitenkin ohjeet Puhdin ja myöhemmin myös Roihun käyttöön heille, jotka halusivat hyödyntää tekniikkaa omassa tutkimuksessaan.” 

Myös Helsingin kurssille otettiin 30 halukasta, mutta toisin kuin Lausannessa, jossa opiskelijoita haalittiin tietoisesti eri puolilta Eurooppaa, oli valtaosa kurssilaisista Helsingin yliopistolta. 

Eurooppalainen yhteistyö auttaa pysymään kehityksen kärjessä 

Helsingin yliopiston järjestämä kurssi edustaa ELIXIR-verkoston vahvuutta, toteaa ELIXIR-Suomen koulutuskoordinaattori Eija Korpelainen. Hän on ollut yksi ELIXIR Single-Cell Omics Communityn perustajista ja mukana sen toiminnassa alusta, eli vuodesta 2022 alkaen. 

Hän oli myös valikoimassa Lausannen kurssilaisia. Ajatuksena oli levittää tietoa ja osaamista mahdollisimman laajalle, joten kurssilaiset valittiin ympäri Eurooppaa. 

”Koulutus on välttämätöntä, jotta tämä kallis data muuttuu hyödylliseksi tiedoksi.” 

Uutena tutkimusmenetelmänä tilallinen transkriptomiikka myös kehittyy nopeasti, kun kaupalliset toimijat tuovat markkinoille uusia teknologioita. 

”Kehitys on niin nopeaa sekä laboratorioteknologioissa että analyysityökaluissa, että tarvitaan kansainvälistä yhteistyötä parhaiden menetelmien valikoimiseksi. Yhteistyön avulla voimme myös tarjota edistyneitä kursseja tutkijoille”.

Niemeyer kertoo auttavansa mielellään, jos joku muu yliopisto haluaa järjestää alan kursseja Suomessa. 

Kiinnostusta tilallista transkriptomiikkaa kohtaan riittää ympäri Suomea ja Eurooppaa. ELIXIR Single-Cell Omics Communityn viimeisin kansainvälinen tilallisen transkriptomiikan kurssi järjestettiin Uppsalassa 6. lokakuuta 2026. Kurssille valittiin kahdeksan suomalaista tutkijaa eri yliopistoista.

ELIXIRin Single-Cell Omics -yhteisön projekti on valittu ELIXIR BioHackathon Europe 2026 -tapahtumaan. Projektissa tutkijat kehittävät menetelmiä eri tietovarannoista ja eri lajeista peräisin olevien yksisoluaineistojen yhdistämiseen, jotta eri lajien solutyyppien vastaavuuksia voitaisiin tutkia.

Teksti: Juha Merimaa
Kuvat: Juha Merimaa ja Franziska Niemeyer
28. lokakuuta 2026