Meillä on käynnissä kaksi siirtogeenisten koivujen kenttäkoetta, mutta suuria talousmetsiä muuntopuista ei havitella. Niillä tutkitaan puiden perusbiologiaa, johon on vaikea päästä käsiksi muin menetelmin.

TEKSTI:Jani Kaaro

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Meillä on käynnissä kaksi siirtogeenisten koivujen kenttäkoetta,
mutta suuria talousmetsiä muuntopuista ei havitella.
Niillä tutkitaan puiden perusbiologiaa, johon on vaikea päästä
käsiksi muin menetelmin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

5/2002

Se alkoi miljoonia vuosia sitten. Alkumeren myrskyisillä rannoilla kellui eliö, joka löysi keinon tahkota auringonvalosta energiaa ja käyttää sitä uusien aineiden valmistukseen. Se otti sisäänsä hiiltä ja typpeä, pilkkoi niitä, liitti niitä yhteen toisten aineiden kanssa ja onnistui sulauttamaan alkuaineet omiksi rakennuspuikseen. Lopulta eliö ponnisti maalle, ujutti hennot juurensa niukkaravinteiseen maaperään ja haarautui sammaliksi, saniaisiksi, havupuiksi, palmuiksi ja kukkakasveiksi.

Nyt yksi noista haaroista on Suomen Akatemian tutkijatohtorin Sari Kontunen-Soppelan tarkasteltavana Punkaharjulla. Se näyttää olevan vain hento koivuntaimi, mutta siinä pyörii miljoonien vuosien ikäinen tapahtumasarja, jossa hiili muuttuu osaksi kasvia. Kontunen-Soppela on kiinnostunut tapahtumasarjan siitä osasta, jossa rubisko-niminen entsyymi tarttuu hiilidioksidimolekyyliin ja sitoo sen ribuloosisokeriin, jolloin hiili muuttuu kasville käyttökelpoiseen muotoon.

- Rubisko on maapallon yleisin yksittäinen proteiini, Kontunen-Soppela sanoo. - Sitä esiintyy kaikissa kasveissa ja vieläpä varsin runsaasti, hän tarkentaa.

  ja siirtynyt suhteellisen muuttumattomana läpi kasvien koko kehityslinjan meidän päiviemme koivuihin, joita Kontunen-Soppela sormeilee.



Saadaan tietoa, jota muuten ei saataisi

Punkaharjun koivut eivät kuitenkaan ole mitä tahansa koivuja. Metsäntutkimuslaitoksen ja eri yliopistojen yhteisessä projektissa on muunnettu vuosimiljoonaista prosessia siirtämällä koivuihin ylimääräisiä rubiskogeenejä. Nämä geenikoivut ovat jo ehtineet aiheuttaa pientä kohuakin, sillä kyseessä ovat maamme ensimmäiset siirtogeenisten puiden maastokokeet. Geenipuita on kenttäkokeissa kahdessa paikassa, Punkaharjulla ja Helsingin Viikissä.

Siirtogeenisten koivujen avulla yritetään selvittää puun perusaineenvaihduntaan liittyviä kysymyksiä. Kun koivuihin lisätään ylimääräisiä rubiskogeenejä, rubisko-entsyymin määrä nurinkurisesti pienenee. - Tämä johtuu siitä, että geenit vaimentavat toistensa toimintaa, Kontunen-Soppela selittää.

Erääseen koivuklooniin on lisätty myös pinaatista otettu nitraattireduktaasi-geeni, joka tehostaa typen sidontaa. - Jos koivu pystyisi vähentämään rubiskon tuotantoa, se voisi suunnata jäljelle jäävän typen muualle, Kontunen-Soppela sanoo. - Haluamme selvittää, käyttääkö puu ylitse jäävät resurssit juurten kasvattamiseen vai johonkin muuhun, hän tarkentaa.

Kontunen-Soppela korostaa, että hänen tutkimuksensa on perustutkimusta, joka ei pyri käytännön sovelluksiin. - Siirtogeenisten yksilöiden avulla puiden biologiasta saadaan tietoa, jota muuten olisi mahdoton hankkia, hän painottaa.

Helpoin on poppeli, havupuut vaikeimpia

Puut eivät ole olleet geneettiselle muuntelulle yhtä houkutteleva kohde kuin ruohovartiset kasvit, koska ne ovat pitkäikäisiä. Jos halutaan esimerkiksi tietää, miten siirretty geeni toimii puun koko elämänkaaren aikana, tuloksia on odotettava kymmeniä vuosia. Ensimmäinen geeninsiirto puulle tehtiinkin vasta 15 vuotta sitten.

Nyt on päästy maastokokeisiin asti, mutta vuosia on vierähtänyt laboratorioissa ja kasvihuoneissa. Noina vuosina tutkijat ovat oppineet, miten erilaisia puulajit molekyylitasolla ovat. Kun on löytynyt menetelmä, jolla geeni on saatu siirretyksi yhteen lajiin, se ei välttämättä olekaan toiminut toisella lajilla.

- Helpoin puu on ehkä poppeli, joka ei ole juuri tupakkaa vaikeampi, kertoo professori Jaakko Kangasjärvi Turun yliopistosta. Maailman ensimmäinen siirtogeeninen puu olikin poppeli. Siihen siirrettiin torjunta-aineita kestävä geeni 1987.

- Koivu taas on selvästi tupakkaa vaikeampi, mutta helpompi kuin tomaatti. Vaikeimpia ovat havupuut, mutta syytä ei tiedetä, Kangasjärvi kertoo.

Menetelmät suurin hankaluus

Jokaisen muunteluprojektin alussa tutkijat joutuvat opettelemaan ja kehittämään tekniikat, joilla geeni saadaan ujutetuksi tutkittavaan puuhun. - Suurimmat vaikeudet liittyvät juuri näiden menetelmien kehittämiseen, sanoo dosentti Ari Pappinen Helsingin yliopiston soveltavan biologian laitoksesta.

  kehitelty jo vuosia, mutta toistaiseksi pystymme siirtämään geenejä vain kuuseen ja koivuun. Olemme panostaneet paljon myös mäntyyn, mutta siirtogeenistä mäntyä emme ole toistaiseksi onnistuneet tuottamaan, Pappinen kertoo. Punkaharjulla siirtogeeninen mänty on jo saatu aikaan.




Mitä iloa geenipuista?

Suomessa siirtogeenisillä puilla tehdään biologista perustutkimusta, mutta puita muunnellaan useita muitakin tarkoituksia varten.

• Tehoa jalostukseen: Jalostuksen suurin ongelma on puiden pitkä nuoruus-vaihe, jolloin ne eivät tuota siementä. Lisääntymiskierron lyhentäminen eli kukinnan aikaistaminen tehostaisi jalostustyötä.

• Vauhtia kasvuun, lisää kokoa: Muuttamalla kasvihormoneiden toimintaa voidaan vaikuttaa puiden kasvuun ja ko-koon. Esimerkiksi lituruohon GA-20-oksidaasin siirtäminen poppelihybrideihin nopeutti pituus- ja paksuuskasvua, laajensi lehtien pinta-alaa, tuotti enem-män ja pidempiä kuituja ja kasvatti bio-massaa.

  proteiinit voivat suojella kasveja tuho-hyönteisten, sienten ja mikrobien tuhoilta. Parhaiten tunnettuja esimerkkejä ovat Bacillus thuringiensis -bakteerin geenit (hyönteisiä vastaan) ja kitinaasit (sieniä vastaan).

• Vähemmän ligniiniä, enemmän selluloosaa: Ligniinin erottaminen kui-duista aiheuttaa paljon kustannuksia paperiteollisuudelle. Tehtaiden tarpeisiin yritetään tuottaa siirtogeenisiä puita, joissa on enemmän selluloosaa ja vähemmän ligniiniä.

• Saastuneet maat puhtaiksi: Monet bakteerit kykenevät hajottamaan myrk-kyjä. Bakteerien geenien siirtäminen puihin tehostaa maan puhdistumista, sillä puiden juuristot "pumppaavat" myrkkyjä laajalta alueelta. Trikloorietyleeniä ja elo-hopeaa hajottavia siirtogeenisiä pop-peleita on jo kehitetty.  


Mäntyyn kokeillaan geenipyssyä

Vanhin tekniikka siirtää haluttu geeni kasviin on ympätä geeni Agrobacteriumin genomiin. Tällä bakteerilla on ainutlaatuinen kyky siirtää dna:taan useiden eri kasvilajien genomiin. Agrobacterium toimii parhaiten poppelissa, haavassa ja koivussa. Kotimaisilla havupuilla tulokset ovat olleet vaatimattomia.

Pappisen ryhmä yrittää parhaillaan siirtää geeniä mäntyyn ns. geenipyssyllä. Tarkoitusta varten männyn hedelmöityneestä siemenestä tuotetaan lukuisia klooneja. Sitten klooneja tuottaviin soluihin ammutaan noin 1-3 mikrometrin kokoisia kulta- tai volframihiukkasia, joiden päällä on pätkä dna:ta. Soluun päästyään vieraan dna:n toivotaan liittyvän solujen genomiin, ja kustakin solusta yritetään kasvattaa kokonainen siirtogeeninen puu.

Kitinaasikoivuja tutkittu eniten

Pappisen ryhmällä on käynnissä useita siirtogeenisten puiden tutkimusprojekteja. Maastokokeissa on monia siirtogeenisiä koivulinjoja, joista eniten on tutkittu kitinaasikoivuja. Nämä ovat koivuja, joihin on siirretty sokerijuurikkaan kitinaasi-entsyymiä tuottava geeni. Sen toivotaan tekevän puut vastustuskykyisiksi sienitaudeille ja tuhohyönteisten hyökkäyksille.

   selluloosan ja ligniinin ohella maailman yleisimpiä molekyylejä. Pappisen tutkimusryhmässä tietokonemalleja tekevä Kati Lohtander arvelee, että kitinaasi syntyi miljoonia vuosia sitten suojelemaan organismeja sienien hyökkäyksiltä. Kitinaasista on ollut ilmeistä hyötyä evoluution kuluessa, sillä se on levinnyt hyvin laajalle sekä eläin- että kasvikunnassa.

Tarkkaan ottaen Lohtander tutkii kitinaasimolekyylin evoluutiota geenipankista löytyvän aineiston pohjalta. Hän koettaa rakentaa molekyylin polveutumishistoriaa kuvaavaa sukupuuta.

- Eräänä tavoitteena on löytää mahdollisia lajien välisiä geenin siirtymiä eli luonnon omia geeninsiirtokokeita, Lohtander sanoo. Hänen mukaansa kitinaasista on jo tiedossa yksi luonnonsiirtymä, jossa kasvin kitinaasi on liittynyt bakteerin genomiin.

- Meidän on ymmärrettävä luonnon omia geeninsiirtoja, jotta voimme arvioida siirtogeenisistä puista aiheutuvia riskejä, Pappinen muistuttaa.

Sokerijuurikkaan entsyymi tehokas

Matkalla Viikin istutuksille Pappinen selittää tarkemmin ajatusta kitinaasin käytöstä. - Kitinaaseja esiintyy koivussa myös luontaisesti. Tehostamme siis koivun normaaleja puolustusmekanismeja.

Miksi kitinaasia tuottava geeni on siirrettävä sokerijuurikkaalta? Miksi ei tehosteta koivun oman kitinaasin tuotantoa?

Pappisen mukaan sokerijuurikkaan kitinaasin käyttöön on hyvä syy. - Toisin kuin monien muiden kasvien kitinaasit sokerijuurikkaan kitinaasi menee myös solujen väleihin. Se voi siis hyökätä sienten kimppuun jo ennen kuin ne ehtivät soluun, hän selvittää.

Istutuksilla havaitaan kuitenkin jotain outoa.

- Näissähän on joitakin hyönteisiä, huudahtaa Yeshitila Degefu. - Mitä, millaisia? Näytä, sanoo Jinrong Lu. Kolmen tutkijan ryhmä kerääntyy katsomaan koivua kiusaavia tuholaisia. Eikö kitinaasin pitänyt estää näitä tuhoja?

- Ne ovat kirvoja, kuuluu Pappisen määritys. - Kirvat eivät pureskele kasvin lehtiä vaan imevät kasvinesteitä työntämällä imukärsänsä lehden solukkoon. Siksi kitinaasi ei vaikuta niihin, hän toteaa.

Kohteena puiden ja sienten viestintä

Pappisen mukaan kitinaasin sieniä torjuva vaikutus on kuitenkin todettu useissa tutkimuksissa. Entsyymi ehkäisee esimerkiksi juurikäävän kasvua ja suojaa lehtilaikkutaudilta, jota aiheuttaa Pyrenopeziza betulicola -sieni.

  hän sanoo.

Puun juuriin tunkeutuu sekä hyödyllisiä mykorritsasieniä että haitallisia taudinaiheuttajia. Miten puu erottaa, mitä sientä vastaan pitää taistella ja mikä taas toivottaa tervetulleeksi? Erityisen kiinnostuksen kohteena on se, mikä on kitinaasien tehtävä tässä molekyylitason viestinnässä.

Kukkimaton puu ei karkaa

Siirtogeenisten puiden maastokokeita on vastustettu, koska kasvien pelätään karkaavan luontoon arvaamattomin seurauksin. Tutkijat vakuuttavat, että käynnissä olevat kaksi maastokoetta ovat turvallisia.

Siirretyt geenit voisivat päästä leviämään vain puiden siitepölyn mukana. Nyt maastossa kasvavat puut ovat kuitenkin niin nuoria, etteivät ne kuki. Varmuuden vuoksi muutaman päivän välein vielä tarkastetaan, ettei puihin ole muodostunut kukka-aihioita.

Vaikka suuri osa julkisesta keskustelusta keskittyy geenien karkaamiseen, tutkijat painiskelevat lähes päinvastaisen ongelman kanssa. Kokemukset osoittavat, että siirretyt geenit "sammuvat" jo muutamassa vuodessa. Syytä tähän ei tiedetä. Jos tutkijat eivät löydä keinoja pitää siirretyt geenit pysyvästi aktiivisina, siirtogeenisten puiden istutuksia ei koskaan tulekaan.

Pienet, paikalliset viljelmät mahdollisia

Kangasjärvi ei edes usko, että siirtogeenisiä puita kasvatettaisiin joskus kuin nykyisiä talousmetsiä. Syyt ovat varsin käytännölliset.

  kalliita. Tavallinen metsänhoitaja ei varmastikaan halua ostaa niitä vasta vuosikymmenien päästä tulevan hyödyn vuoksi, Kangasjärvi sanoo.

Sen sijaan Kangasjärvi uskoo, että siirtogeenisiä puita voitaisiin käyttää sopimusviljelyssä. Viljelijä esimerkiksi kasvattaisi teollisuudelle parempaa kuitua tuottavia täsmäjalostettuja puita. - Näin siirtogeenisten puiden kasvatusalat olisivat paikallisia ja hyvin hallittuja, Kangasjärvi ennustaa.

  on sysännyt liikkeelle ihmisten pelot ja ennakkoluulot.  Geenipuiden tulevaisuus ratkaistaan solmussa, jonka toinen pää on syvästi sosiaalinen ja toinen puhtaasti tekninen. Näyttää siltä, ettei tutkijoilla ole varaa jättää kumpaakaan päätä huomiotta.

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla