Jotkut pelkäävät, että geenien muokkaus sotkee eliöiden koko perimän ja tekee niistä Frankensteinin hirviöitä. Turha pelätä. Evoluutiossa genomit ovat tottuneet muuntumaan ja torjumaan haitallisia muutoksia.


Jotkut pelkäävät, että geenien muokkaus sotkee eliöiden
koko perimän ja tekee niistä Frankensteinin hirviöitä.
Turha pelätä. Evoluutiossa genomit ovat tottuneet
muuntumaan ja torjumaan haitallisia muutoksia.


Julkaistu Tiede-lehdessä 2/2004


Vaikuttaa siltä, että monilla geenitekniikkaa vastustavilla ihmisillä on väärä käsitys perimästä. He tuntuvat uskovan, että se on pelottavan herkkä kokonaisuus, jossa vähäinenkin muutos voisi vaikuttaa arvaamattomasti ja peruuttamattomasti tuhansien geenien toimintaan.
Totta on, että genomin vakaus on yksilölle elintärkeää - ja juuri siksi perimämme ei ole herkkä muuttumaan vaan vastustaa muutoksia aktiivisesti.
Jos vakaus olisi niin horjuvaa kuin geenitekniikan kritisoijat kuvittelevat, perimämme muuntuisi koko ajan, ja tämän seurauksena meillä jokaisella olisi muun muassa toistuvia syöpiä. Seuraavatkaan sukupolvet eivät olisi turvassa, sillä mutaatioita tapahtuisi samaa vauhtia sukusoluissakin. Sitä menoa lajillamme ei olisi kovinkaan pitkää tulevaisuutta edessään.
Myös koko elämän evoluutio olisi paljon havaittua villimpää, jos eliöiden genomit tallentaisivat kaikki mahdolliset tilapäiset muutoksensa.
Viitenätoista viime vuotena tutkijoiden mielikuva perimämme vakaudesta on entisestään vahvistunut. Tänä aikana molekyylibiologian menetelmien huima kehitys sekä ihmisen ja monen muun eliön perimän lukeminen ovat nimittäin auttaneet ymmärtämään genomien käyttäytymistä yhä paremmin.



Evoluutio tietenkin tarvitsee geneettistä muuntelua. Maapallon elämä ei olisi kehittynyt ensimmäisistä yksinkertaisista mikrobeista näin monimuotoiseksi, ellei perimässä ajoittain syntyisi muutoksia, jotka siirtyvät sukupolvesta toiseen.
Pitkän evoluution aikana perimäaines on muunnellut niin paljon, että tuloksena on ollut muun muassa ihmisen genomi, jonka koko on esimerkiksi kolibakteerin perimään verrattuna tuhatkertainen.
Ihmisen ja kolibakteerin perimässä on silti yllättävän paljon samankaltaisia geenejä tai geenien osia. Evoluution kannalta perimän dna-rihmaa voikin verrata kompostiin: osa alkuperäisestä raaka-aineesta on säilynyt tunnistettavana, vaikka kokonaisuus on ajan mittaan möyhentynyt, menettänyt osan materiaalistaan ja saanut uutta täydennystä sekaansa.



Genomi voi kasvattaa kokoaan monistumalla jopa kokonaisuudessaan, mutta yleensä ovat monistuneet vain dna-rihman jotkin osat.
Erityisen herkkiä monistumaan ovat geenien välillä sijaitsevat toistojaksot, joissa toistuvan dna-yksikön pituus voi vaihdella yhdestä emäsparista sataan ja toistojen määrä kymmenestä tuhansiin. Joitakin jaksoja löytyy tasaisesti joka puolelta genomia, toisia erityisesti kromosomien päistä tai keskiosista. Bakteereilla ei juuri ole toistoja, mutta esimerkiksi ihmisperimä suorastaan tulvii niitä. Toisto-dna:n määrä selittääkin paljolti eri eliöiden genomien suuret kokoerot.
hyödyttömäksi roskaksi tai "lois-dna:ksi", tai sen on oletettu säätelevän geenien toimintaa. Nykykäsityksen mukaan se ei luultavasti osallistu geenien toimintaan mutta sitä saatetaan tarvita dna-rihmojen järjestelmälliseen laskostumiseen mutkikkaiksi sykeröiksi eli kromosomeiksi.
Myös monet toimivat geenit ovat evoluution mittaan kopioituneet ja kopioiduttuaan hieman muuntuneet. Näin on syntynyt niin kutsuttuja geeniperheitä, joissa erilaiset kopiot ovat alkaneet erikoistua eri tehtäviin tai erilaisiin toimintaympäristöihin. Esimerkiksi globiinigeenien perhe tuottaa happea sitovia proteiineja, joista leghemoglobiinit toimivat tietyissä kasveissa, myoglobiinit eläinten ja ihmisen lihaksissa ja hemoglobiinit veressä.
Joskus mutaatiot ovat tehneet osan kopioista toimimattomiksi. Dna:ssamme voi olla yhdestä toimivasta geenistä parikymmentäkin tällaista valegeenikopiota.



Kaikki eliöt saavat ympäristöstään jatkuvasti vaikutteita, jotka pyrkivät muuttamaan solujen perimää.
Monet soluissa loisivat virukset voivat siirtää omaa geneettistä materiaaliaan isäntäsolun perimään. Seuraavaan isäntäsoluun siirtyessään ne saattavat myös ottaa mukaansa vanhan isännän perimäaineksia ja siirtää niitä osaksi uuden isännän genomia. Näin geneettistä materiaalia saattaa siirtyä jopa lajista toiseen. Ihmisenkin perimässä on paljon dna-alueita, jotka ovat alun perin tulleet viruksilta.
Perimässä itsessään on myös transposoneja, "hyppiviä geenejä", jotka saattavat olla muinaisten virusten jäännöksiä. Ne pystyvät joko irrottautumaan alkuperäisestä paikastaan ja siirtymään uuteen tai tuottamaan itsestään kopion, joka siirtyy uuteen kohtaan perimää. Hypyn seurauksena syntyy muutoksia sekä lähtö- että tuloalueella.
Lisäksi dna:han syntyy mutaatioita muun muassa säteilyn, hapettavien aineiden ja eräiden kemikaalien vaikutuksesta. Joskus muutos tuntuu vain yksittäisessä dna-emäksessä, toisinaan laajalla dna-alueella.
Laajimpia vaikutuksia syntyy, jos muutos häiritsee solunjakautumista. Solun jakautuessa koko genomi kahdentuu, ja sen kopioinnista huolehtiva entsyymi, dna-polymeraasi, on herkkä tekemään virheitä.
Voi myös käydä niin, että kokonaiset kromosomit kahdentuvat väärin tai niitä tulee tytärsoluihin väärä määrä.



Kaikki edellä luetellut tekijät, jotka ovat muokanneet esimerkiksi ihmisen perimän nykyisenlaiseksi, uhkaavat koko ajan sen vakautta. Onneksi perimämme on varautunut tähän tehokkaasti.
Genomimme erilaisten virheiden korjaamiseen tiedetään osallistuvan vähintään 120 erilaista geeniä, joten elimistö tosiaan panostaa tähän asiaan. Korjausgeenien tärkeyttä kuvaa myös se, että monet niistä ilmeisesti kehittyivät jo evoluution alussa ja ovat sitten säilyneet lähes ennallaan. Kaukaistakin sukua olevien eliöiden korjausgeenit ovat nimittäin hyvin samanlaisia.
Ihmisen perimästä tunnetaan nykyään ainakin viisi erilaista dna:n korjausmekanismia.
Kolmessa mekanismissa erikoistuneet entsyymit poistavat dna:sta siihen kiinnittyneitä vieraita molekyylejä sekä vaurioituneita dna-pätkiä. Nämä mekanismit ovat erityisen tärkeitä esimerkiksi iholla ja ruoansulatuskanavassa, jotka ovat jatkuvasti alttiita ympäristön häiriötekijöille.
Kaksi muuta korjausmekanismia paikkaavat dna:n kahdentumisessa syntyviä virheitä: dna-kaksoisjuosteen katkoksia ja dna-polymeraasin erehdyksiä.



Dna:n korjaussysteemit ovat keskittyneet paikkaamaan lähinnä pienehköjä paikallisia vaurioita. Siksi suuret kromosomaaliset muutokset, kuten kromosomilukujen häiriöt tai kromosomien osien irtoamiset ja uudelleenkiinnittymiset, pääsevät usein livahtamaan varsinaisten korjausmekanismien seulasta.
Mutta ei hätää: jotta nämäkin virheet saadaan eliminoiduksi, solun elämänkiertoon kuuluu tiettyjä tarkistuspisteitä. Jos solu ei läpäise tällaista tarkistusta esimerkiksi epänormaalin kromosomistonsa takia, se ajautuu apoptoosiin eli ohjelmoituneeseen solukuolemaan. Siksi solussa syntynyt dna-virhe pääsee harvoin siirtymään edes tytärsoluihin.
Vielä harvinaisempaa on, että virhe periytyisi yksilön jälkeläisille, sillä vain sellainen virhe voi periytyä, joka on sattunut osumaan kaikista mahdollisista soluista juuri sukusoluihin tai niiden esiasteisiin.


Tiina Raevaara on filosofian maisteri ja geneetikko, joka tekee Helsingin yliopiston perinnöllisyystieteen osastossa väitöskirjaa eräästä dna:n korjausmekanismista ja sen yhteydestä periytyviin syöpiin.


Jos korjaus pettää, syöpä uhkaa


Toisinaan solun korjausgeenitkin vioittuvat niin paljon, että mutaatioita alkaa kertyä solun genomiin. Usein muutokset sattuvat alueille, joilla ei sijaitse mitään tärkeää, mutta silloin tällöin ne osuvat geeneihin, jotka säätelevät esimerkiksi solunjakautumista. Solu saattaa alkaa jakautua hallitsemattomasti ja muodostaa vähitellen pahanlaatuisen kasvaimen, syövän, joka tunkeutuu ympäröiviin kudoksiin ja levittää etäpesäkkeitä muualle elimistöön.
Sukusolussa olevat eli jälkeläisen kaikkiin soluihin siirtyvät korjausgeenien viat ovat niin vakavia, että useimmiten tällaisen vian perinyt alkio menehtyy jo kehityksensä alkuasteilla. Sellaisia ihmisiä, joilta puuttuu kokonaan jokin korjausmekanismeista, syntyy nimittäin hyvin vähän.
Yksi esimerkki periytyneestä korjausmekanismin puutoksesta on xeroderma pigmentosum -oireyhtymä. Siitä kärsivien iho on niin herkkä auringonvalolle, että heidän riskinsä saada ihosyöpä on tuhat kertaa suurempi kuin ihmisillä keskimäärin. Oireyhtymää sairastavat joutuvatkin jatkuvasti poistattamaan pahanlaatuisia ihokasvaimia.