Peter ja Webster ovat tavallisen huolettomia vuohipoikia, mutta niillä on tärkeä tehtävä, vaikka ne eivät itse sitä tiedäkään: ne kantavat geeniä, joka saa niiden tyttäret lypsämään hämähäkinseittiä.

TEKSTI:Risto Varteva


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Peter ja Webster ovat tavallisen huolettomia vuohipoikia,
mutta niillä on tärkeä tehtävä, vaikka ne eivät itse sitä tiedäkään:
ne kantavat geeniä, joka saa niiden tyttäret lypsämään hämähäkinseittiä.



Julkaistu Tiede-lehdessä

6/2000




mihin seitti sopii

Tekniikka:


• Lentokoneiden ja avaruusluotainten rakenteet.


• Valokaapeleiden ja autonrenkaiden tukirakenteet.


• Luodinkestävät turvaliivit.

Lääketiede:


• Haavatikit.


• Keveät mutta lujat proteesit, esimerkiksi tekojänteet.

Arkielämä:


• Kengännauha, joka kestää.


Niin ainakin on tarkoitus. Kanadalaisen Nexia Biotechnologies -yhtiön seittikilit Peter ja Webster tulivat sukukypsiksi vasta viime keväänä, joten niiden jälkeläisten maidontuotanto alkanee joskus ensi talvena. Vasta silloin nähdään, onko maidossa seitin proteiineja siinä muodossa, että niitä voidaan hyödyntää teollisesti.

Lujempaa kuin teräslanka

Hämähäkit valmistavat seitsemää erilaista lankaa hämähäkkilajista ja langan käyttötarkoituksesta riippuen. Parhaimman seittilangan murtolujuus on suurempi kuin teräksen, mutta vielä edullisemmaksi seittilangan tekee se, että lanka voi venyä 30 prosenttia ennen katkeamistaan. Verkkoon päistikkaa pörähtävä kärpänen ei siis pysähdy kuin seinään vaan tekee viimeisellä lennollaan pehmeän laskun.

Seittilangan murtolujuutta kuvaa hyvin vanha vertailutapa, johon liittyviä tehtäviä fysiikan opiskelijat ovat ikimuistoisen ajan joutuneet laskemaan joko pakosta tai mielikseen. Näissä tehtävissä kysytään, miten pitkänä lanka voi roikkua, ennen kuin se katkeaa omasta painostaan.

Teräksellä katkeamisraja on noin 5 kilometriä, mutta vahvimmalla seittilangalla peräti 80 kilometriä.

Unohtakaa hämähäkkifarmit

Eikö olisi helpompi tarhata hämähäkkejä kuin panna vuohet lypsämään seittiproteiinia?

Ei käy, biologit vakuuttavat. Hämähäkit eivät ole kanoja, joita voidaan ahtaa kylki kylkeen. Hämähäkki tarvitsee laajan reviirin, ja se ajaa tunkeilijan armotta tiehensä tai popsii sen suuhunsa.

Seittigeenejä on aiemmin onnistuttu siirtämään bakteereihin, mutta niiden tuottamat seittiproteiinit ovat sellaisessa sotkussa, ettei niiden selvittäminen oikein tahdo onnistua.

Sen sijaan seittimaidon tuottamisessa on järkeä myös siinä mielessä, että hämähäkin seittirauhaset ja nisäkkäiden maitorauhaset muistuttavat toiminnaltaan toisiaan. Siksi Nexia valitsi tämän tien.

Eristetään kuivaamalla

Seittiproteiinia pitäisi tulla yhteen litraan vuohenmaitoa 2-15 grammaa. Siinä vaiheessa se on vielä vesiliuokoista, kuten hämähäkilläkin niin kauan kuin seittimateriaali on sen sisällä. Kun proteiinit eristetään maidosta ja niiden annetaan kuivua, saadaan kiinteää seittiainetta.

Sellaisenaan sitä ei voi käyttää, sillä hyvin äkkiä bakteerit äkkäävät hyvän biomateriaalin ja syövät sen pois. Se on siis suojattava, mutta tällaiset ongelmat kyllä ratkaistaan, kunhan ensin saadaan vuohet hoitamaan oma osuutensa.

Se on kuitenkin varmistettu, että seittiproteiinia tuottava geeni on siellä missä pitääkin eli Peterin ja Websterin sukusoluissa.

Molekyylien shakkipeliä

Viitisen vuotta sitten yhdysvaltalainen Leonard Adleman ratkaisi dna-molekyylien avulla kauppamatkustajan ongelman, tosin suppeassa muodossa. Se oli kuitenkin alkua tulevaisuuden tietokoneille, joissa käytetään transistorien sijasta elämän perusmolekyylejä eli rna:ta ja dna:ta.

Uusi kehitysaskel on yksinkertaisen shakkitehtävän ratkaiseminen rna-molekyyleillä. Kyse ei ole pelistä vaan shakkimatematiikkaan liittyvästä ongelmasta: "Miten monella eri tavalla shakkilaudalle voidaan sijoittaa ratsuja niin, että ne kaikki uhkaavat vain tyhjiä ruutuja?"

Normaalilaudan 64 ruudulla erilaisia ratsuasemia tulisi 2 potenssiin 64 eli runsaat kymmenentuhatta miljoonaa miljardia. Niistä vain osa toteuttaa edellä annetun ehdon.

Laura Landweberin johtama ryhmä Princetonin yliopiston molekyylibiologeja pienensi urakkaa kutistamalla laudan 9-ruutuiseksi. Silloin vaihtoehtoja on vain 512.

Jokaiselle ruudulle tehtiin kaksi omaa rna-molekyyliä, joka sisälsivät joko tiedon "ratsu ruudulla" tai "ruutu tyhjä". Näin saadut 18 erilaista rna:ta monistettiin ja sekoitettiin keskenään. Kun tätä rna-soppaa oli aikansa huljuteltu, tuloksena oli niin paljon rna-molekyylien yhdistelmiä, että minilaudan kaikki asemat olivat lähes varmasti niiden joukossa.

Ratkaisujen etsimiseksi joukosta otettiin erikseen ne molekyylit, joissa oli tieto "ratsu ruudussa a1". Tästä joukosta puolestaan tuhottiin ke-miallisesti ne molekyylit, joissa oli tieto "ratsu ruudussa b3" tai "ratsu ruudussa c2", koska ruudun a1 ratsu uhkaisi niitä.

Nyt väärät vastaukset oli poistettu, joten jäljelle jääneiden piti olla oikeita. Tuloksen testaamiseksi tästä oikeiden vastausten rna-sopasta otettiin summittain 43 molekyyliä. Niistä vain yhteen oli jäänyt väärä vastaus eli asema, jossa ratsu uhkaa toista. Muut molekyylit antoivat oikean ratkaisun - joita muuten on yhdeksän ruudun laudalla 93. Kuudellatoista ruudulla eli 4 x 4 -laudalla hyväksyttäviä asemia olisi jo 1694.

Ratsutehtävä ei ole mitenkään mutkikas. Se sopii kuitenkin hyvin rna-kokeisiin, koska siitä nähdään nopeasti, tulevatko ratkaisut oikein.

Samaa periaatetta on käytetty testattaessa uusia tietokoneita ja niiden ohjelmia. Kone pannaan laskemaan logaritmeja tai piin desimaaleja, jotka tunnetaan ennestään. Tuloksesta nähdään heti, toimivatko kone ja ohjelma oikein.

Laser etsii syöpäsolut

Pienen kolikon kokoinen laserlaite selvittää jo leikkauksen aikana, onko leikkaushaavassa mahdollisesti vielä syöpäsoluja.

Laite on kehitetty Yhdysvaltain energiaministeriön alaisessa Sandia-laboratoriossa. Kun verinäyte johdetaan laitteen läpi, lasersäde mittaa solujen nopeuden. Syöpäsolut kulkevat hitaammin kuin terveet solut, koska syöpäsoluissa on enemmän proteiinia.

Tavoitteena on ke-hittää leikkausveitsi, jossa solujen mittalaite on kiinteästi mukana. Silloin kirurgi voi ohjata kättään sen mukaan, mitä tietoja veitsen tuntumassa olevista soluista saadaan.

Varo vakoojaa

Läpimittaa 15 senttiä, painoa alle 60 grammaa, ja pallon sisällä kaksigrammainen videokamera. Mustaksi leskeksi nimettyä lentolaitetta kehitetään Yhdysvaltain puolustusministeriön projektissa.

Vakoilutekniikan uutuus on toistaiseksi kauko-ohjauksinen, mutta tarkoitus on saada se lentämään itsenäisesti. Tähän päästään ns. MEMS-tekniikalla, jossa yhdistyvät mikromekaniikka- ja  elekroniikka (ks. Tiede 2000 2/2000, s. 48-53). Samalla vakooja pienenee entisestään, ja sen nopeus kasvaa nykyisestä 70 kilometristä tunnissa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla