Olisitko uskonut, että sohvallasi lepäävä rakas karvaturrisi voisi toimia ihmisen geenilöytöjen lähteenä? Harva tietää tai tulisi edes ajatelleeksi, että koirilla on 95 prosenttisesti sama perimä ja sairaudet kuin ihmisillä. Professori Hannes Lohen tekemä geenitutkimus Helsingin yliopistossa tuo merkittävää tietoa niin koirien kuin ihmisten silmä-, luusto- ja neurologisiin sairauksiin. Lohen edustamaa tutkimusalaa edistetään Euroopan laajuisella bio- ja lääketieteen tutkimusinfrastruktuurilla (ELIXIR), jota Suomi on mukana perustamassa.
Ahaa-elämys tapahtui noin kymmenen vuotta sitten tutkijatohtori Hannes Lohen paikannettua tutkimusryhmässään Torontossa kääpiomäyräkoirien epilepsiageenin. Samaan aikoihin toisaalla geeni löydettiin myös ihmisestä. Tästä yhteensattumasta alkoi professorin johtama poikkitieteellinen koirageenitutkimus Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisessä ja lääketieteellisessä tiedekunnassa sekä Folkhälsanin tutkimuskeskuksessa. Lohen perustamaan DNA-pankkiin on kerätty vuodesta 2006 lähtien jo liki 50 000 suomalaiskoiran DNA-näytettä.
”Koirarodut antavat geneettisesti loistavan rakenteen erityisesti käyttäytymistutkimuksiin ja koirien ja ihmisten sairauksien tutkimiseen yleisesti. Mikä muu eläinlaji on sosiaalisesti lahjakas, jakaa saman ympäristön ja altistuu samoille taudinaiheuttajille kuin ihmisen paras ystävä”, Lohi tajusi tuolloin.
Lohi totesi erityisesti koirarotujen sisäsiittoisuuden auttavan sairausgeenien tunnistamista.
”Sukulinjoista on helpompi tunnistaa geenejä pienemmillä otannoilla. Verrattuna tutkimuksissa tyypillisesti käytettäviin hiiriin ja rottiin, koirat ovat kokonsa puolesta myös elintoiminnoiltaan lähempänä ihmistä”, Lohi sanoo.
Lohen johtaman koirien geenitutkimuksen kirjo on laaja. Kohteina ovat niin silmäsairaudet, autoimmuunisairaudet, neurologiset sairaudet kuin luusto- lihassairaudet. Ryhmä on tunnistanut koirista useita uusia tautigeenejä mm. epilepsiaa, kääpiökasvuisuutta ja ahdistuneisuushäiriöitä aiheuttavista tekijöistä. Löydettyjen geenialueiden myötä esimerkiksi ahdistuneisuushäiriöt, joista noin
viisi prosenttia ihmisväestöstä kärsii jossain vaiheessa elämänsä aikana, saavat uuden tutkimuspohjan mm. pakko-oireisuuden geenitaustan ja ympäristötekijöiden tutkimiseen.
”Koirarodusta etsitään sairautta aiheuttavaa geeniä, ja samalla rodusta saadaan koiramalli ihmisen sairauksien tautimekanismin selvittämiseen”, Lohi kuvaa tutkimuksen hyötyjä.
Ryhmä tunnisti CNGB1-geenin, joka aiheuttaa verkkokalvon rappeumaa ja pahimmillaan sokeutta perhoskoirissa. Sama geeni on löydetty ihmispotilaissa. Joka kymmenes yli 65-vuotiaista kärsii eläkevuosinaan kyseisestä sairaudesta, jossa sokeat pisteet rajoittavat tarkan näön aluetta estäen esimerkiksi ajokortin uusimisen.
”Lääkeaihioiden jatkokehityksen myötä ihmisen verkkokalvon rappeumaa voisi hoitaa geeniterapian avulla ulkoisesti esimerkiksi levittämällä verkkokalvolle rasvan mukana normaalia geenikopiota kantavia viruksia, jotka korjaisivat solujen toimintaa ja saattaisivat korjata näkökykyä”, Lohi kuvaa
mahdollisuuksia.
”Geenin tunnistamisen jälkeen päästään tutkimaan tautimekanismia ja vertaamaan sitä ihmisen ja koiran välillä. Ihmisellä geeni ei välttämättä ole aina sama ja mutaatio voiolla toisessa paikassa, solureitin muussa geenissä. Geenin toiminnan ja tautimekanismin ymmärtäminen on edellytys, että sairaudelle voidaan keksiä hoitomuotoja. Toisaalta, kun mutaatio löydetään, voidaan koirille kehittää
geenitesti ja katsoa, ketkä koirista kantavat kantavat tautia. Tätä kautta koirankasvattajat ja jalostajat hyötyvät tutkimuksesta nopeasti”, Lohi sanoo.
Hän on mukana Genoscoper Laboratories Oy yrityksessä, joka on hänen johdollaan rakentanut koirille ainutlaatuisen ja edullisen perimänlaajuisen geenitestin, MyDogDNA, joka testaa kerralla yli 100 sairauden ja ominaisuuden kantajuudet sekä perimän monimuotoisuutta ja rakennetta.
”Koirien geneettinen monimuotoisuus on heikentynyt jalostuksen myötä. Tautigeeniä kantavien koirien määrä on kasvanut, ja koska monet sairaudet puhkeavat aikuisiässä, on sairaita koiria jo ehditty käyttää siitokseen. Nurjan puolen vastakohtana sairautta aiheuttava geenimuoto voi yleistyä jalostuksen myötä tiettyyn koirarotuun. Kandidaattigeeni tunnistetaan helpommin ja vähemmillä näytteillä koirista kuin ihmisistä.”
Suuri määrä eläinlääkäreitä ja suomalaisia koiraharrastajia ympäri Suomen ei ole innostunut ohimenevän projektin vuoksi DNA-näytteenottotalkoisiin. Tutkimusryhmän päämääränä on rakentaa suomalaiskoirille ja -kissoille vastaavanlainen oma, laaja sekvenssi- ja varianttitietokanta kuin ihmisistä jo on (1000 Genomes).
”Suomalaisen tieteen lippulaiva on aina ollut geenitutkimus. Meillä on ainutlaatuisen tarkat terveystiedot potilaista sukutauluineen. Koirista ja pian kissoistakin löytyy vastaavat sukutaulutietokannat ja terveystietoa. Harvassa maassa on näin keskitetty, hyvä systeemi”, Lohi sanoo.
”Koirissa on 400 rotua. Tällä hetkellä koirasta on kuvattu kaikkiaan 700 sairautta ja koko ajan löytyy lisää. Tavoitteena on tietokanta, jossa on sekvensoitu joka rodusta koko perimä. Tämä nopeuttaa geenilöytöjä”, Lohi kertoo.
Lohi uskoo, että ison sekvenssitietokannan etuna on eräänlainen konsensus. Tämä saavutetaan,
kun sadat tai tuhannet perimät on sekvensoitu ja suuri varianttimäärä voidaan kartoittaa tarkasti. Samassa rodussa voi olla monta eri sairautta.
”Jos tietokantaan on sekvensoitu esimerkiksi 1000 koiran perimät 50 rodusta, on siellä arviolta 25 miljoonaa varianttia eri roduista. Tietokanta auttaa tulevissa projekteissa niin, että tutkimuksen kohteeksi voidaan ottaa pieni koira tai kissaperhe ja sekvensoida niistä vain muutama yksilö antamaan riittävän varman tuloksen oikeasta tautivariantista. Koirapotilaan variantteja verrataan tietokannan
tuhannen näytteen variantteihin, ja jos jokin tietty variantti löytyy potilaasta, mutta ei tietokannan referenssinäytteistä, voi sen päätellä olevan tautia aiheuttava. Tämän jälkeen asia varmistettaan isommassa aineistossa.”
”Tehokas ja kansallisesti merkittävä tietokanta auttaa pääsemään nopeammin kiinni tautigeeneihin. Nykyisellään tutkimuksessa joudutaan tekemään paljon työtä, jotta variantin sijainnista kromosomistossa saadaan riittävä kuva. Jatkossa otetaan näyte, sekvensoidaan koko perimä ja verrataan sitä suoraan tietokannan variantteihin.”
Arvion mukaan uudet bioteknologiset menetelmät tuottavat vuoteen 2020 mennessä miljoonakertaisesti dataa nykyhetkeen verrattuna. Lohi kertoo, että suuria määriä laskentaresursseja tarvitaan niin tutkimuksessa käytettäviin työmenetelmiin kuin työkaluihin.
”Ennen sekvensoitiin pieniä pätkiä perimästä. Nyt perimälistat ovat niin pitkiä, että niiden manuaalinen hallinta on täysin mahdotonta. Jos tutkimuksen kohteena on 200 koiraa ja jokaiselta koiralta luetaan kokonainen perimä eli 39 kromosomiparia, kestää analysointi perinteisellä menetelmällä useita kuukausia. Yhdestä perimästä tulee satoja gigoja raakadataa.”
”Kun on siirrytty perinteisestä, Sanger-menetelmän sekvensoinnista uuden sukupolven eli koko perimän sekvensointiin (NGS), data analysoidaan valtavia määriä uusilla menetelmillä. Puhutaan kollauksesta, jossa perimä ensin pilkotaan palasiksi tietokantaan, sekvensoidaan ja kasataan. Perimää läpiluettaessa käsittelyyn tulee ihmisen osalta kolme miljardia ja koiran osalta 2,5 miljardia geeniparia sekä erilaisia variantteja ja insertioita, jotka monimutkaistavat sekvenssin tulkintaa,” Lohi kuvaa tutkimusdatan haasteita.
”Varianttien selvittämisen jälkeen tutkitaan, onko variantti patogeeninen. Tässäkin vaiheessa tarvitaan laskentaresursseja. Bioinformatiikan työkaluilla voidaan ennustaa, minkä aminohappomuutoksen
variantti aiheuttaa perimässä. Tämän jälkeen ryhdytään tutkimaan tarkemmin aminohappomuutoksen
vaikutuksia ja siirrytään käyttämään proteiinitason työkaluja ja erilaisia algoritmeja.”
Verkkokalvon rappeumaa aiheuttavan geenin tutkimusryhmä paikansi perhoskoirissa kuuden sairaan ja 14 verrokin avulla. Geenivirhe tunnistettiin eksomi-sekvensointiteknologialla, jossa analysoitiin kerralla koko proteiinia koodaavat alueet. Monet sairautta aiheuttavista mutaatioista sijaitsevat
eksomeissa, vaikkakin se on vain puolitoista prosenttia perimästä. Tämän teknologian avulla, jota käytetään erityisesti tietokannassa olevien tautimuotojen etsimiseen, selvitettiin mutaatio, jota lähes joka viides perhoskoira kantaa perimässään.
Lohen tutkimusryhmä osallistui pilottiorganisaationa tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n projektiin, jossa kartoitettiin, millaisia aineistoja tutkijoille syntyy mittavan laskentakapasiteetin ja
muistitilan myötä. Projektin tavoitteena oli pilotoida malleja ja ratkaisuja siihen, millaisia resursseja tutkijat tarvitsevat ELIXIR-tutkimusinfrastruktuurissa.
Tiina Autio
Lisätietoja:
Lue artikkeli PDF-muodossa
ELIXIR is partly funded by the European Commission