Kirjoitukset avainsanalla evoluutio

Tähän mennessä sekvensoitujen noin 700 suomalaisten koronavirusnäytteiden sukupuu

Viime viikon sosiaali- ja terveysministeriön ja Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen tiedotustilaisuudessa Olli Vapalahti hieman ohi mennen sanoi: ”Syksyn kannat poikkeavat aika lailla siitä mitkä meillä kiersivät keväällä, jotka sitten varmaan hiipuivat pois.”

Tämä kuulosti mielestäni oleelliselta: keväällä Suomessa kiersi useita viruskantoja ja nämä sitten tukahdutettiin. Syksyksi olimme kuitenkin saaneet ulkomailta uudet kannat, jotka sitten muodostivat syksyn virusaallon.

Onneksi muutamia satoja suomalaisia virussekvenssejä on nyt saatu kansainväliseen GISAID-tietokantaan, joten asiain tola on helppo todeta aineistosta. Osasta suomalaisista koronavirustartunnoista on siis selvitetty niiden aiheuttaneen viruksen geenisekvenssi, eli perimän emäsjärjestys. Koronaviruksen perimä koostuu yksijuosteisesta RNA-ketjusta, jossa on hieman alle 30 000 emästä. Viruksen perimässä tapahtuu hitaasti, mutta varmasti, muutoksia eli mutaatioita. Keskimäärin niitä syntyy noin kaksi kappaletta kuukaudessa. Tämän takia pystymme vertailemaan eri virusnäytteitä ja päättelemään niiden välisiä sukulaisuuksia.

Tein nopean analyysin suomalaisista virussekvensseistä ja se tuki vahvasti Vapalahden väitettä: kevään ja syksyn viruskannat ovat hyvin erilaisia ja syksyn viruskantojen lähimmät sukulaiset ovat ulkomailta havaittuja viruksia.

Päätelmä kuitenkin selkeästi herätti epäilyksiä. Esimerkiksi Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen tutkimusprofessori Markku Peltonen oli Twitterin puolella hyvin kriittinen: ”En ymmärrä miten tällaiseen johtopäätökseen voi päätyä näillä sekvenssimäärillä.” Muista tutkijoista esimerkiksi Annamari Heikinheimo ja Mikael Niku suhtautuivat kriittisesti, että miten muutamalla sadalla selvitetyllä sekvenssillä voidaan tehdä päätelmiä, jos tartuntoja on kokonaisuudessaan kymmeniätuhansia.

Ehkäpä siis on syytä aukaista koko prosessia: kirjoitan tässä blogissa ensiksikin siitä, (I) miten sekvenssitietoa voidaan analysoida, sitten siitä (II) mitä sekvenssitiedosta voidaan yleisesti päätellä ja tarkemmin (III) mitä Suomen virusnäytteistä voidaan päätellä. Jos tekniset yksityiskohdat eivät kiinnosta, voit siis hyvin hypätä ensimmäisen osan yli.

Taustaksi on hyvä ymmärtää, että SARS-CoV-2 -koronavirus on sekvensointimääriltään parhaiten tutkittu taudinaiheuttaja. Vuodessa kansainvälisesti sekvensoitujen virusten määrä on yli 300 000 ja Suomessakin virusta on sekvensoitu satoja näytteitä. Liikumme siis koronaviruksen evoluution kanssa niin vankalla pohjalla kuin taudinaiheuttajan kanssa ylipäänsä voidaan.

 

I

Tein suomalaisista virussekvensseistä fylogeneettisen – eli evolutiivisia sukulaisuussuhteita käsittelevän – puun. Tämä on suhteellisen suoraviivaista: keräsin tietokannasta kaikki koronavirussekvenssit ja ajoin sen Nextstrain-työkalun läpi. Lyhyesti: työkalu linjaa kaikki virussekvenssit, laskee niiden väliset erot, päättelee näistä virusten sukupuun ja lopulta tekee siitä nätin kuvan.

Suomalaista sukupuuta varten valitsin kaikki suomalaiset virussekvenssit. Nämä näytteet pitää asettaa tietenkin kansainväliseen kontekstiin, joten Nextstrain arpoo mukaan muita virusnäytteitä sen mukaan, että suomalaisille näytteille läheistä sukua olevilla virusnäytteillä on suurempi todennäköisyys päätyä mukaan. Sukupuu siis muodostaa mahdollisimman hyvän kuvan, mistä suomalaisille virusnäytteille läheisimmät sukulaiset ovat löytyneet.

Rakentamani sukupuun näkee tästä linkistä: https://nextstrain.org/community/aivelo/cov-finland?f_country=Finland Nyt valinta automaattisesti korostaa suomalaiset näytteet oransseina palloina - jos tämän filtterin ottaa pois päältä sukupuun yläpuolelta, niin puusta erottuvat kaikki eri maiden mukaan otetut näytteet. Puussa näytteet ryhmittyvät yhteen sukulaisuutensa perusteella ja x-akselilla on aika. Vasemmalla on siis kevään näytteet ja oikealla syksyn. Puun haaroja painamalla voi tarkentaa tiettyyn osaan puusta. Jos sivupaneelista valitsee "time" sijasta "divergence" puusta hahmottaa paremmin, että mitkä näytteistä ovat identtisiä ja missä on tapahtunut evoluutiota.

Mitä tästä puusta sitten voi oikein nähdä? Ensinnäkin, näytteet jakautuvat ryhmiin, joissa on enemmän tai vähemmän näytteitä. Näiden ryhmien sisällä kaikki näytteet ovat Suomessa kerättyjä. Tämä siis tarkoittaa, että ne ovat samaa Suomessa tapahtunutta tartuntaklusteria. Virus ei muutu jokaisen tartunnan yhteydessä, vaan keskimäärin noin joka kolmannen kohdalla.

Esimerkiksi tässä kuvassa on yksi laaja tartuntaklusteri, jossa on mukana yli 200 näytettä ja joka on kestänyt yli neljä kuukautta. Klusterin lähimmät sukulaiset ovat irlantilaisia näytteitä (sinisellä puun alareunassa). Suomalaisen klusterin sisällä on lisäksi tanskalainen ja norjalainen näyte (turkoosit pallot).
Esimerkiksi tässä kuvassa on yksi laaja tartuntaklusteri, jossa on mukana yli 200 näytettä ja joka on kestänyt yli neljä kuukautta. Klusterin lähimmät sukulaiset ovat irlantilaisia näytteitä (sinisellä puun alareunassa). Suomalaisen klusterin sisällä on lisäksi tanskalainen ja norjalainen näyte (turkoosit pallot).

Syksyn ja kevään tartuntaklusterit eivät ole samoja: kaikkien syksyn tartuntaketjujen lähin tunnettu sukulainen on joku ulkomainen näyte. Läheisimmissä sukulaisissa on edustettuna eri maita, pääosin Euroopasta: Tanska, Ranska, Irlanti, Venäjä ja niin edelleen.

Puulla on rajoituksensa: tein analyysin suhteellisen pikaisesti, joten en varmistanut yksittäin, miten suomalaisten tartuntaklustereiden lähimmät sukulaiset oikeasti asettuvat ja miten onnistuneesti Nextstrain arpoi mukaan näytteitä. Lisäksi tietokannoissa on hyvin vaihtelevasti näytteitä eri maista: siinä missä Iso-Britanniasta ja Tanskasta on paljon, Virosta ei mukaan päässyt yhtään näytettä. Itä-Eurooppa on myös heikosti edustettuna. Saattaa siis olla, että suomalaisten virusnäytteiden lähimmät sukulaiset ovat yksinkertaisesti sekvensoimatta. Tämän takia kannattaa suhtautua epäilevästi, että tällä analyysillä on pystytty tunnistamaan maita, josta virus on Suomeen levinnyt. Kun näytteitä on sekvensoitu vähän, tietenkin viruksia voi myös levitä Suomesta muualle ja sitten tämä näyttää tuottavan puun, josta suunta näyttääkin toiselta.

Tässä puussa ei ole mukana muita lentokentällä kerättyjä näytteitä kuin joulukuun lopulla havaitut kolme uutta B.1.1.7-muunnosta kantanutta tartuntaa. Näytteiden keruu lentokentiltä tietenkin paisuttaa eri virustartuntaketjujen määrää, eivätkä ne anna hyvää kuvaa siitä, mitä Suomessa kotoperäisesti tapahtuu. Sikäli ne on hyvä sulkea pois tämänkaltaisesta tarkastelusta.

Suomalaiset näytteet ovat lähes täysin Uudenmaan alueelta. Tämä tarkoittaa, ettemme saa hyvää kuvaa siitä, että miten virukset ovat liikkuneet Suomen alueella. Suomalaisista todellisista tartuntamääristä on lisäksi sekvensoitu varmaankin alle prosentin verran. Virusotos on tutkijoiden mukaan pääsääntöisesti satunnainen, mutta näytteissä saattaa olla vahvat positiiviset yliedustettuna, koska näistä jää helpommin riittävästi näytettä sekvensoitavaksi. Yleinen käsitys koronaviruksesta kuitenkin on, että eri haarojen välillä ei ole eroa taudin vakavuudessa, joten tämän ei pitäisi vaikuttaa.

Mistä sitten voidaan tietää, että näytemäärämme on riittävän iso, että olemme tunnistaneet pääosan merkittävistä tartuntaklustereista? Virusklustereiden luonteeseen kuuluu, että niitä ei ole loputonta määrää. Tilannetta kuitenkin vaikeuttaa, että klustereiden kokojakauma saattaa olla haasteellinen: jos on yksi iso klusteri ja loput ovat pieniä, näytteitä pitää saada melko paljon.

Riittävän laajan näytteenoton tunnistamiseen on kätevä ikiaikainen tapa: akkumulaatiokuvaaja. Lyhyesti: ensin laskemme kuinka monta eri tartuntaklusteria olemme havainneet ja kuinka monta näytettä kussakin on. Sitten alamme arpoa tuosta joukosta näytteen kerrallaan ja piirrämme kuvaajan, jossa y-akselille on merkitty havaittujen klustereiden määrä ja x-akselille arvottujen näytteiden määrä. Kuvaaja kuvaa, että kuinka monta näytettä pitää kussakin vaiheessa kerätä, että kaikki klusterit on havaittu. Kun kuvaaja tasoittuu, tiedämme, että olemme saaneet lähes koko diversiteetin havaittua. Nämä kuvaajat näyttävät kevään ja syksyn suomalaiselle virusklustereille tältä:

Kevään klusterit Syksyn klusterit

Koska molemmat kuvaajat ovat tasaantumassa, tämä kertoo, että näytekoon lisääminen ei paljasta kovin paljon enempää tartuntaklustereita. Tämä kertoo siitä, että emme ole saaneet vielä havaittua kaikkia klustereita, mutta lähestymme sitä hyvin. Syksy on myös avoin aikasarja sikäli, että mukaan on laskettu kaikki klusterit tähän asti - niitähän tulee todennäköisesti jatkuvasti lisää maahan. Kuvaajista näkee myös, että keväällä klustereita on ollut vähemmän kuin syksyllä.

Päätelmien uskottavuutta lisää vielä se, että fylogeneettinen puu osuu yksiin epidemiologisen tiedon sekä sen kanssa, mitä tiedämme hengitystievirusten leviämisestä.

Ensinnäkin: keväällä R-arvo, eli viruksen uusiutumisluku, oli Suomessa pitkään alle yhden, mikä tarkoitti, että epidemia pieneni. Tämän takia voimme olettaa, että merkittävä osa tartuntaketjuista loppui. Kesällä puolestaan Suomessa oli hyvin vähän virustapauksia ja melko suuri osa näistä linkittyi ulkomailta Suomeen matkustaviin. Tämä sopii yhteen ajatuksen kanssa, että kotoperäiset tartuntaketjut tukahtuivat ja uudet maahan tulleet tartuntaketjut olivat syksyn aallon takana.

Toiseksi: tiedämme, että influenssaviruksen maailmanlaajuinen kierto tapahtuu ennen kaikkea (lento)matkustajien mukana ja muutkin hengitystievirukset näyttävät seuraavan samaa kaavaa. Korona siis toimii, kuten olettaisimme.

 

II

Iso-Britannia johtaa selkeästi maailmanlaajuista koronaviruksen sekvensointityötä. Lähes puolet kaikista reilusta 300 000 sekvensoidusta näytteestä on brittien tekemiä. Britit käyttävät sekvensointia apuna esimerkiksi tartunnanjäljityksessä.

Virusnäytteiden sekvenssejä vertailemalla voimme sanoa kuinka läheistä sukua ne ovat. Jos esimerkiksi koulussa on useita virustartuntoja, näytteet sekvensoimalla voimme selvittää ovatko nämä samaa virusklusteria, eli tartunta leviää todennäköisesti koulussa, vai ovatko ne eri klustereita, jolloin tartunnat luultavasti tulevat koulun ulkopuolelta. Hyödyllisyys on tietenkin rajallista: koska kaikissa sukupolvissa muutoksia ei viruksen perimään tapahdu, mihinkään erityisen suureen tarkkuuteen tässä ei pääse.

Suurimmalla osalla maailman maista ei ole rkykyä käyttää sekvenssejä tartunnanjäljityksessä. Muut maat, jossa sitä käytetään, kuten Islanti, Taiwan, Singapore ja Uusi-Seelanti, ovat maita, jossa tartuntoja on huomattavasti vähemmän. Lisäksi Britannian ei voida erityisen hyvin sanoa suoriutuneen tästä pandemiasta, joten on myös kyseenalaista, kuinka hyödyllistä sekvensointi oikeasti on tartunnanjäljityksessä.

Virussekvenssit soveltuvatkin paremmin laajemman tilannekuvan muodostamiseen: mistä tartuntoja on maahan tullut ja miten ne maan sisällä leviävät. Esimerkiksi heti pandemian alkuvaiheessa tutkijat sekvensoivat virusnäytteitä Washingtonin osavaltiossa ja huomasivat, että näytteet eroavat toisistaan niin paljon, että niiden lähin yhteinen esimuoto on puolentoista kuukauden takaa. Tämä tarkoittaa todennäköisesti sitä, että virus oli levinnyt huomaamatta puolentoista kuukauden ajan.

Suomessa voitaisiin laajemman sekvensoinnin perusteella esimerkiksi tutkia, mistä maista tartuntoja on tullut Suomeen ja miten Suomen sisäiset tartunnat leviävät maakunnasta toiseen. Tämä auttaisi toisaalta selvittämään kuinka merkittävää leviäminen ulkomailta on ja mihin valvontaa kannattaa kohdistaa. Lisäksi on epäselvää, kuinka vahvasti maakunnat seuraavat toisiaan tautitilanteessa ja kuinka paljon tartunnat liikkuvat maakunnasta toiseen: parempi tilannekuva voi helpottaa alueellisten toimien kohdistamisessa.

Suomessa on sekvensoitu tähän mennessä reilu 800 näytettä ja sekvensointityötä ollaan nyt huomattavasti tehostamassa. Sekvensointia Suomessa hoitaa Helsingin yliopiston virologian laitoksen tutkijat muun koronavirustyön yhteydessä. Suomessa ei ole omasta takaa tutkijaryhmiä, jotka olisivat tehneet taudinaiheuttajien laajaa ja kattavaa sekvensointia. Tämä on suhteellisen tuore lähestymistapa epidemioihin, koska sekvensointiteknologiatkin ovat suhteellisen uusia. Laajaa sekvensointia on tähän asti tehty lähinnä maissa, joissa yksinkertaisesti on enemmän tutkijoita ja resursseja, eli tutkimusrahaa, käytettävissä. Lisäksi monet tutkijat ovat keränneet kokemusta tekemällä reaaliaikaista sekvensointia esimerkiksi zika- ja ebolaepidemioissa. Olettaisin, että tämä kotimaisen kokemuksen puute on syynä myös siihen, miksi esimerkiksi terveysviranomaiset eivät pysty käynnistämään laajamittaista sekvensointia.

Laajemmin sekvensoinnilla voidaan seurata miten viruksen evoluutio etenee. Esimerkiksi Briteissä ensimmäiseksi löydetyn B.1.1.7-variantin havainnointi vaatii geenisekvensointia. Tämän muunnoksen Suomeen leviämisen estäminen onkin ajanut kiinnostusta virusten sekvensointiin.

Kun selvitetään, mitkä kohdat viruksessa ovat muuttuneet, voidaan tietokonemallinnuksin tai laboratoriotutkimuksella arvioida, miten viruksen toiminta muuttuu. Kiinnostavaa on, että mahdollistavatko viruksessa tapahtuvat mutaatiot immuunipuolustuksen väistämisen. Tämän takia muutoksia erityisesti viruksen piikkiproteiinissa, joka sitoutuu ihmisen soluihin, seurataan tarkoin ja muutosten merkitystä testataan jatkuvasti. Tällöin voidaan vertailla, miten koronaviruksen sairastaneen tai rokotteen saaneen ihmisen vasta-aineet pystyvät neutralisoimaan muuntuneen viruksen.

 

III

Suomalaiset virussekvenssit kertovat hyvin selkeästi, että keväällä ja syksyllä maassa ovat kiertäneet eri viruskannat. Kevään tehokkailla toimilla saatiin tukahdutettua leviävät tartuntaketjut, mutta heinäkuusta lähtien maahan tulleet uudet tartuntaketjut laajenivat syksyllä toiseksi aalloksi.

Olisi väärin päätellä, että syksyinen toinen aalto johtuu ulkomaisista tartunnoista. Sinänsä jos ulkomailta ei olisi tullut tartuntoja, hyvin todennäköisesti aaltoa ei olisi tullut. Jos ulkomailta olisi tullut huomattavasti vähemmän tartuntoja kuin tuli, tilanne olisi varmasti samanlainen kuin juuri nyt. Tämä johtuu siitä, että Suomen epidemianhallintaa säätelevät tietyt tartuntojen määrien raja-arvot. Vähemmillä maahantulleilla viruksilla tartuntaklustereita olisi vähemmän ja niiden kasvu olisi ehkä kestänyt hieman kauemmin, mutta ne olisivat isompia ennen kuin niiden leviämistä tehokkaasti rajattaisiin.

Ulkomaiset ja kotoperäiset tartunnat eivät ole toisensa poissulkevia: Suomessa on ollut vähän tartuntoja, joten eri tartuntaketjut eivät kilpaile keskenään. Ne jatkuvat niin kauan kuin jatkuvat. Jos syntyy uusi paremmin leviävä virusmuunnos, kuten B.1.1.7 vaikuttaa olevan, se ei suoraan kilpaile kotoperäisiä kantoja pois. Syrjäyttäminen tapahtuu sitä kautta, että kotoperäiset tartuntaketjut sammuvat helpommin kuin paremmin leviävän kannan tartuntaketjut. Tällöin suhteelliset jatkuvasti suurempi osa on paremmin leviävää virusmuunnosta.

Viruksen perimän selvittäminen on siis tehokas keino selvittää, mitä Suomessa oikein tapahtuikaan keväällä, kesällä ja syksyllä. Nyt kun virussekvensointia merkittävästi lisätään, pysymme ehkä hieman reaaliaikaisemmin kartalla miten virus Suomessa kiertääkään.

 

Jatkan Suomen virussekvenssien sukupuun päivittämistä säännöllisesti sitä mukaan, kun GISAID-tietokantaan tulee lisää näytteitä. Kiitokset Teemu Smuralle tiedoista suomalaisen virussekvensoinnin otoksen kattavuudesta.

Kommentit (8)

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sars2-koronavirus elektronimikroskopiakuvassa kuolevan solun pinnalla. Kuva: NIAID / Wikimedia Commons

Viime viikolla julkaistiin – omasta mielestäni – yksi tämän vuoden merkittävimmistä koronavirusta valottavista tutkimuksista. Preprinttinä, eli toistaiseksi vertaisarviomattomana, julkaistu tutkimus kertoo meille paljon siitä, miksi aikanaan immuunijärjestelmän puolustuskykymme koronavirusta kohtaan tulee laskemaan. Lyhyesti: koronaviruksen mutaatioiden takia.

Tiedämme, että flunssaa aiheuttavat koronavirukset voivat tartuttaa ihmisen uudestaan vuoden tai muutaman kuluttua edellisestä tartunnasta. Yleensähän immuunipuolustus pystyy torjumaan taudinaiheuttajan uudet yrityksen tartuttaa, emmekä tienneet miten koronavirus kiertää immuunipuolustuksen.

Nyt meillä on hyvä veikkaus: viruksen hidas muuntuminen vuosien kuluessa.

Tutkijat tekivät klassisen aikasiirtokokeen (time-shift experiment): he selvittivät flunssaa aiheuttavan 229E-koronaviruksen proteiinirakenteen eri vuosilta ja sitten kokeilivat miten hyvin ihmisten veriplasman immuunisolut neutraloivat näitä viruksia. Oletettavasti nyt meitä kiusaava koronavirus toimii enemmän tai vähemmän samoin kuin harmittomammat sukulaisensa.

Aikasiirtokokeet ovat olleet loisten evoluution tutkimuksen keskeinen työkalu jo jonkin aikaa. Esimerkiksi vesikirppujen ja niiden loisten välistä evoluutiota on päästy tutkimaan, kun järven pohjasedimentistä on kerätty vesikirppujen lepomunia ja vesikirppujen loisien lepomuotoja eri ajanjaksoilta, herätetty isäntä ja loinen ja sitten annettu eri aikakausien loisien tartuttaa eri aikakausien isäntiä. Tämä mahdollistaa kokeellisen lähestymistavan menneeseen evoluutioon.

Koronavirus ja ihmisen seerumi tietenkin eroaa siitä, että ainoastaan virus käy vuosien aikana läpi evoluutiota, ihmiset säilyvät samana. Seerumi sen sijaan muuntuu kokemansa myötä: seerumi pystyy neutralisoimaan sellaisia koronaviruksia, jotka se on kohdannut aiemmin, koska sille on kehittynyt immmunologista muistia. Seerumin neutralisaatioaktiviteetti on myös suhteellisen hyvä – muttei täysin varma – mittari sille, että ihmisellä on immuunisuoja virusta vastaan.

Tutkijat sekvensoivat koronavirusnäytteitä vuodesta 1984 lähtien, eli selvittivät miten eri vuosien viruskantojen perimä on muuttunut. Sen jälkeen he valmistivat vuosien 1984, 1992, 2000, 2008 ja 2016 virusten piikkiproteiinia ja kokeilivat miten eri vuosina kerätyt seeruminäytteen neutralisoivat tätä piikkiproteiinia. Piikkiproteiini on koronaviruksen kuvissa ja kuvituksissa koronan synnyttävä proteiini, joka tarttuu kiinni isäntäsoluihin ja mahdollistaa viruksen tunkeutumisen soluun. Ihmisen neutralisoivat vasta-aineet tunnistavat piikkiproteiinin ja tarttuvat siihen kiinni estääkseen viruksen pääsyn soluihin.

Ensimmäiset hyväksytyt koronavirusrokotteet myös perustuvat juuri piikkiproteiiniin ja siihen, että ne luovat immuunivasteen tätä piikkiproteiinia vastaan.

Koronaviruksen piikkiproteiini muuntuu aika nopeasti. Tämä on ymmärrettävää, sillä kun virus on kerran tartuttanut ihmisen, tämä ihminen on poissa tulevien uhrien joukosta. Jos virus ei muunnu, viruksen loru on lopussa, kun se on polttanut isäntälaumansa loppuun. Jos virus sen sijaan muuntuu niin, että se pystyy tartuttamaan uudestaan ihmisiä, luonnonvalinta suosii sitä valtavan hyvin. Sanotaan siis, että viruksella on suuri valintapaine muuntua, kun se on tartuttanut suurimman osan ihmisistä.

Tutkijat huomasivat, että seerumien neutralisaatioaktiivisuus on voimakasta proteiineihin, jotka ovat kiertäneet ennen seeruminäytteen keruuta, mutta heikompi tuleviin. Esimerkiksi: vuonna 1985 kerätty seerumi neutralisoi voimakkaasti vuoden 1984 piikkiproteiinia, vähemmän vuoden 1992 piikkiä eikä käytännössä lainkaan myöhempiä. Tämä osoittaa selkeästi 229E-koronaviruksen antigeenien (eli vasta-aineiden tunnistamien molekyylien) evoluution. Se, että koronavirukset tartuttavat ihmiset uudestaan, ei johdu siis ihmisen immuunipuolustuksen muutoksista, vaan siitä että evoluution myötä koronavirukset pakenevat tunnistamiselta.

Tässä tutkimuksessa tutkittiin 229E-koronavirusta, joka aiheuttaa lievemmän taudin kuin SARS-CoV-2-virus, sekä vain yhtä viruksen proteiineista. Yleisesti immuunipuolustuksen voimakkuus saattaa riippua siitä kuinka vakava tauti on. Oletettavasti viruksen evoluutio ja immuunivasteen heikentyminen on vuosien prosessi. Lisäksi vaikka virus pystyisi aiheuttamaan tartunnan tai taudin, jäännösimmuniteettivastetta on varmaan vielä sen verran, että tauti on lievempi.

 

Viime viikolla nousi julkisuuteen myös ryminällä Iso-Britanniassa leviävä koronaviruksen muoto (jonka britit nimesivät kehityslinjaksi B.1.1.7). Britit ovat hyvin huolestuneita uudesta viruslinjasta ja monet Euroopan maat myös lopettivat hämmentävän nopeasti lennot Britanniasta.

Brittihallinnon hengitystievirusuhkaneuvonantoryhmä (NERVTAG) veti yhteen tähänastiset tiedot viruksen leviämisestä: genomisen tiedon perusteella uusi linja kasvaa 71% nopeammin kuin aiemmat, sen R-luku on 0.39-0.93 korkeampi kuin aiemmin leviävien viruslinjojen ja virustaakka tartunnan saavilla on hieman isompi kuin aiemmissa viruslinjoissa.

Ensimmäiset näytteet, jotka kuuluvat B.1.1.7-linjaan on havaittu 20. ja 21.9. ja se on tämän jälkeen nopeasti yleistynyt Lontoossa ja Kaakkois-Englannissa. Joulukuun alussa yli puolet tutkituista virusnäytteistä Lontoossa on tätä uutta linjaa. Nopea yleistyminen on herättänyt huolen, että tämä viruslinja lisääntyy ja leviää paljon nopeammin kuin aiemmat.

Havainnosta tekee uskottavan se, että se löydettiin alun perin vihjeen perusteella eikä sattumalta. Eteläafrikkalaiset tutkijat olivat huomanneet, että heillä N501Y-mutaatiota kantava viruskanta oli yleistynyt nopeasti. Kun he kysyivät briteiltä, että näkyykö tällaista heidän aineistossaan, britit huomasivat uuden linjan. Etelä-Afrikassa on siis havaittu samoja mutaatioita, mutta eri viruslinjassa - he ovat lähiaikoina julkaisemassa tietoja omista havainnoistaan.

B.1.1.7-linjan omalaatuinen piirre on se, että siinä on paljon enemmän muutoksia kuin voisi odottaa viruksen tähänastisen evoluution perusteella. 14 mutaatiota erottaa tämän linjan muista koronaviruksen kehityslinjoista. Koronaviruksen mutaatio on melko hidasta: siihen kertyy 1-2 muutosta kuukaudessa. Kokonaisuudessaan tällä hetkellä kiertävät viruslinjat eroavat suurimmillaan 22 mutaatiolla alkuperäisestä viruksesta.

Uuden viruslinjan erot sen lähimpiin sukulaisiin näkyy hätkähdyttävästi allaolevasta kuvaajasta: viruksen evoluutio on ollut tasaista ennen muutosta ja linjan evoluutio on tälläkin hetkellä tasaista. Jossain vaiheessa viruksen evoluutiota se on vain käynyt läpi nopean hyppäyksen.

Kuvaajassa näkyy x-akselilla kerättyjen näytteiden ajat ja y-akselilla geneettinen ero juureen, eli ensimmäisiin virusnäytteisiin. B.1.1.7-linjan muutos on yhtä nopeaa kuin linjassa, josta se on peräisin, mutta linjan syntyy liittyy hyppäys. Kuva: virological.ws /CC-BY-SA 3.0
Kuvaajassa näkyy x-akselilla kerättyjen näytteiden ajat ja y-akselilla geneettinen ero juureen, eli ensimmäisiin virusnäytteisiin. B.1.1.7-linjan muutos on yhtä nopeaa kuin linjassa, josta se on peräisin, mutta linjan syntyy liittyy hyppäys. Kuva: virological.ws /CC-BY-SA 3.0

Brittitutkijat spekuloivat mahdollisella syyllä, miten virus on syntynyt: immuunipuutostilasta kärsivät potilaat. Tiedämme, että virustartunnan saaneilla ihmisillä virusten monimuotoisuus on pientä. Koronavirus on yksijuosteinen RNA-virus, joten viruksessa tapahtuu paljon mutaatiota jatkuvasti. Kokonaisuudessaan viruksen evoluutio on hidasta, koska viruksella ei ole paljon varaa muuttua. Ihmisen sisällä menestyminen on haastavaa, koska immuunipuolustuksemme on heti viruksen kimpussa. Viruksella on aika kapea liikkumavara siitä, mitkä mutaatiot voivat jäädä henkiin. Käytännössä siis vain noin joka toisessa tai kolmannessa sukupolvessa tapahtuu mutaatio, joka pääsee leviämään eteenpäin.

Immuunikadosta kärsivät ihmiset voivat olla kuitenkin poikkeus. Koska heidän immuunipuolustus ei pysty suitsimaan koronavirusta, virukseen kohdistuva valinta on huomattavasti löysempää. Tämä mahdollistaa sen, että immuunikatopotilaan sisällä viruksesta tulee huomattavasti monimuotoisempi, siitä kehittyy hyvin erilaisia muunnoksia. Tartunnat myös yleensä voivat kestää näissä potilaissa pitkään ja virukset voivat lisääntyä viikkojen ajan - esimerkiksi eräässä tapauksessa tartunta kesti ainakin 103 päivää. (Tämä on eri asia kuin ns. long covid, jossa oireet jatkuvat pitkään, vaikka virus itsessään ei enää lisäänny.)

Kun immuunikatopotilaita sitten hoidetaan veriplasmalla, eli tartunnasta selviytyneistä ihmisistä hankituilla vasta-aineilla, viruksen aiemmin kokema löyhä valinta muuttuu yhtäkkiä hyvin tiukaksi. Tällöin monimuotoinen virusyhteisö ihmisen sisällä pienentyy. Tämä tiukka valinta voi nopeasti valikoida huomattavan erilaisen viruskannan, jolla saattaa olla vastustuskykyä joitain yksittäisiä ihmisen vasta-aineita kohtaan. On varmasti huomattavan harvinaista mutta mahdollista, että immuunikatopotilaasta lähtee tartunta eteenpäin tässä vaiheessa.

Tämä skenaario on tavallaan samanlainen kuin se, jota pelättiin minkkien kanssa: nopeasti muuttuva valinta voi nopeasti hypäyttää viruksen evoluutiota uuteen suuntaan. Minkeillä tämä ei nähtävästi toteutunut.

 

Kuinka merkittäviä muutokset sitten ovat? Brittitutkijoilla on vahva epäilys, että uusi viruslinja leviää tehokkaammin kuin aiemmat, mutta sen aiheuttaman taudin vakavuudessa ei ole eroja.

Kaikkia koronaviruksen perimässä tapahtuvia muutoksia tutkitaan tarkkaan ja niiden merkitystä arvioidaan laboratoriotutkimuksissa. Osa B.1.1.7-linjan muutoksista on jo tapahtunut erikseen muissa viruslinjoissa, mutta ne eivät ole vielä esiintyneet yhdessä samassa viruksessa.

Muutoksista kolme on mahdollisesti merkittäviä aiemman tiedon perusteella: N501Y on piikkiproteiinin siinä kohdassa, joka sitoutuu isäntäsoluun (receptor binding domain, RBD) ja sen on osoitettu laboratoriotutkimuksissa lisäävän sitoutumista ihmisen ACE2-proteiiniin. 69-70del on epäilty johtavan siihen, että jotkut ihmisen vasta-aineet eivät tunnista proteiinia. P681H puolestaan on ihmisen furiiniproteiinin sitoutumiskohdassa, joka on viruksen soluuntunkeutumisen kannalta olennainen kohta.

Huolestuttavaa on, että samaan virukseen on päätynyt useampi aiemmin merkittävänä pidetty muutos sekä havainto, että virus tuntuu yleistyvän nopeasti Englannin väestössä. Viruksen yleistyminen voi johtua muustakin kuin siitä, että virus leviää tehokkaammin. Esimerkiksi sattuma voi nopeastikin yleistää, joita virusmuotoja. Koska tämä linja on vakavin tähänastisista kehittyneistä viruslinjoista, siihen kohdistuu valtava tutkijoiden huomio. Näemme varmaan suhteellisen nopeastikin analyysejä siitä, että onko tämä viruslinja paremmin leviävä kuin aiemmat ja jos on, kuinka paljon.

 

Yleisesti ottaen se minkä tiedämme on vähemmän huolestuttavaa kuin se mitä emme tiedä. Pelkään, ettei se ole sattumaa, että uusi virusmuoto löytyi juuri Iso-Britanniasta. Iso-Britannialla on maailman kunnianhimoisin hanke koronavirusnäytteiden sekvenoimiseksi ja evoluution seuraamiseksi. Tällä hetkellä GISAID-tietokannassa on reilu neljännesmiljoona virusnäytettä ja niistä puolet on Iso-Britanniasta. Muualla Euroopassa sekvensointia on tehty huomattavasti vähemmän. Tähän mennessä uutisissa on mainittu, että B.1.1.7-linjaa on löytynyt ainakin Alankomaissa, Tanskassa ja Italiassa. Jos virusmuoto muodostaa yli puolet Lontoon tapauksista, niin on hankala nähdä, miten se ei olisi jo levinnyt yli Euroopan.

Tämän takia olen vähän skeptinen eurooppalaisia matkustusrajoituksia kohtaan: jos kiinnitämme huomiomme nyt Britteihin, uusi linja saattaa jo levitä muissa maissa ja muista maista. Sillä on tietenkin väliä leviääkö uutta viruslinjaa maiden välillä tuhansia, satoja, kymmeniä vai yksittäisiä tapauksia, ja väliaikaiset matkustusrajoitukset voivat antaa lisää aikaa pystyttää parempaa yhteistyötä viruksen leviämisen estämiseksi. Tällä hetkellä on tosin epäselvää, että mitä rajoitusten jälkeen ja lisäksi aiotaan tehdä.

Suomen tilannetta on vaikeampi arvioida, koska tänne on varmaankin liikettä Lontoosta vähemmän ja suomalaiset rajavalvonnat ovat olleet ehkä hieman tehokkaampia kuin Euroopassa muuten. Suomen koronavirussekvensointeja pyörittävä Teemu Smura kertoi sunnuntaina Twitterissä, että noin sadan loka-marraskuussa Suomessa analysoidun koronavirusnäytteen joukossa ei uutta B.1.1.7-linjaa ole näkynyt.

Uusien viruslinjojen kehittyminen ei myöskään ole erillään kaikesta muusta pandemianhallinnasta: esimerkiksi Iso-Britanniassa virus on levinnyt huomattavan laajalti. Mitä enemmän virus leviää, sitä enemmän sillä on mahdollisuuksia kehittyä uusiin suuntiin ja löytää tilanteita, joissa se voi nopeasti muuntua.

Relevantti kysymys nyt onkin kuinka monta muutosta koronaviruksen perimään voi kertyä ennen kuin se on niin erilainen, ettei ihmisen immuunipuolustus enää tunnista sitä samaksi virukseksi. Tähän emme tiedä vastausta.

Rokotteen suhteen en olisi kuitenkaan huolissani: RNA-rokotteeseen voidaan päivittää uusi viruksen perimä, jos ja kun merkittäviä muutoksia alkaa kertymään. Virusmutaatioiden seuraaminen voi valottaa sitä, että miten rokotetta pitää muuttaa. Avoin kysymys on kuinka usein kansalaiset joutuvat ottamaan uuden rokotteen.

 

 

Kommentit (3)

OC43-koronavirus elektronimikroskopiakuvassa. Kuva: Erskine Palmer / Wikimedia Commons

Tautien evoluution tutkijaa kirpaisee sydämestä aina, kun joku kirjoittaa, että taudinaiheuttajat ja loiset pyrkivät muuttumaan vähemmän haitallisiksi, koska niille on etua siitä, etteivät ne tapa isäntäänsä.

Enkä ole ainoa! Viime blogikirjoituksessa mainitsemani Robert May aloittaa Roy Anderssonin kanssa vuonna 1982 kirjoittamansa artikkelin : ”Loisten ja niiden isäntien välinen yhteisevoluutio on sekä yleisbiologisesti kiinnostava että sillä on käytännön merkitystä maatalouden, eläinlääkinnän ja lääketieteen näkökulmasta. Yllättävästi, suurin osa lääketieteellisistä, loisopillisista ja ekologisista teksteistä sivuuttaa aiheen perustelemattomalla väitteellä, että menestyksekkäät loiset muuttuvat evoluutiossa haitattomiksi isännilleen.”

Ei ole olemassa mitään luonnonlakia, että tartuntataudit tai loiset kehittyvät vähemmän vaarallisiksi ajan mittaan. Isäntäeliön kuolema on vain yksi osa palapeliä, joka määrittää sitä, mihin suuntaan taudinaiheuttajan evoluutio kulkee. Isäntäeliön kuolema ei ole loiselle sinänsä ole merkityksellistä – merkityksellistä on se, että taudinaiheuttaja pääsee lisääntymään ja leviämään.

 

Keskeinen harha aiemmassa ajattelussa oli, että ainoat pelaajat tartunnan vaarallisuudessa ovat taudinaiheuttaja ja isäntä. Tästä jää puuttumaan olennainen häiritsijä: muut taudinaiheuttajat. Loinen ei pelkästään hyödynnä isäntäänsä, vaan se myös kilpailee muiden loisten kanssa.

Tehdään ajatusleikki. Oletetaan, että eräässä eliössä, vaikkapa ihmisessä, on lauma samanlaisia loisia. Nämä loiset kaikki kuluttavat saman verran ihmistä omaan kasvuunsa ja lisääntymiseensä. Keskeistä sekä loisen että isännän suhteen on virulenssi eli taudinaiheuttamiskyky. Mitä virulentimpi loinen on, sitä enemmän se hyötyy isännästään ja sitä enemmän haittaa loisesta on isännälleen. Jos yhdessä ihmisen sisällä olevista loisista tapahtuukin mutaatio, että se pystyy käyttämään kaksi kertaa enemmän ihmistä hyödykseen, se saa valtavan valintaedun. Tämä loinen alkaa kasvamaan kaksi kertaa nopeammin ja lisääntyy kaksi kertaa nopeammin. Sen virulenssi kaksinkertaistuu. Seuraavissa loissukupolvissa sen jälkeläiset ovat yliedustettuna, kunnes kaikki loiset ovat tehokkaampia lisääntyjiä. Lopputuloksena loisesta on tullut kaksi kertaa vaarallisempi ihmiselle.

Todellinen maailma on täynnä erilaisia yhteistartuntoja: pääsääntöisesti elämissä ja monissa ihmisissäkin on useita erilaisia eri lajia olevia loisia ja geneettisesti erilaisia samaa lajia olevia loisia. Miksi siis kaikki loiset eivät muutu yhä vaarallisemmiksi?

Loisten pitää paitsi menestyä yhden isännän sisällä syntyvässä kilpailussa myös laajemmalla tasolla, koko isäntäpopulaation suhteen. Jos isäntäyksilö kuolee – ja jokainen isäntäyksilö kuolee ennemmin tai myöhemmin – loisen on pitänyt sitä ennen päästä levittäytymään seuraavaan isäntään. Kaiken lisäksi selkärankaisilla, kuten ihmisellä, on myös loistava evolutiivinen ase loisia vastaan: immuunipuolustus. Monille taudinaiheuttajille ihminen on sopiva isäntä vain lyhyen ajan, kun immuunipuolustus ei ole vielä pystynyt hankkiutumaan eroon taudinaiheuttajasta.

Tässä tietenkin aukeaa selkeä näkymä: mitä nopeammin loinen tappaa isäntänsä, sitä nopeammin sen on edettävä eteenpäin. Mitä nopeammin immuunipuolustus pystyy hyökkäämään taudinaiheuttajaa vastaan, sitä nopeammin taudinaiheuttajan on levittävä eteenpäin. Immuunipuolustus on sitä tärkeämpi, mitä virulentimpi taudinaiheuttaja on kyseessä.

Loisen evoluutioon liittyy siis erilaisia ristiriesoja: toiset tilanteet saattavat valita pienempää virulenssia ja rauhallisempaa yhteiseloa loisen ja isännän välillä ja toiset tilanteet taas tekevät loisesta entistä vaarallisemman.

 

Epideeminen leviäminen on erikoistapauksensa: ihmiset eivät ole aiemmin kohdanneet sars2-koronavirusta, joten meillä ei ole immuniteettia tätä virusta kohtaan. Teoreettinen oletus on, että koska suurin osa ihmisistä on alttiina virukselle, viruksesta valikoituu epidemian alkuvaiheessa virulentimmat kannat, koska leviäminen on helppoa. Kun virus jää pysyvästi kiertämään ihmisiin, luonnonvalinta siirtyy suosimaan matalampaa virulenssia. Käytännössä tämä tarkoittaa, että epidemian leviämisvaiheessa virus voi muuttua jatkuvasti entistä virulentimmaksi, mutta kun koronavirus on siirtynyt pandeemisesta vaiheesta endeemiseen vaiheeseeen, eli kausikoronavirukseksi, se alkaa muuttua vähemmän virulentiksi.

Reaalimaailma ei aina vastaa teoreettisia odotuksia ja virulenssin evoluutio on erityisen vaikea tutkia. Parhaat esimerkit virulenssin evoluutiosta epidemiassa ovat kaniinien virukset ja bakteriofaagi λcI857. Olen aiemmin kirjoittanut kaniinien viruksista: niistä Helsingin kaniinikadosta tutun RHD-viruksen virulenssi ei ole juurikaan laskenut sen levittyä uusiin ympäristöihin, mutta myksoomaviruksen virulenssi on laskenut. Syy on yksinkertainen: myksoomavirus tappaa isäntänsä niin nopeasti, ettei se ehdi tehokkaasti leviämiään seuraavaan isäntään. RHD-virus on myös tappava, mutta se voi levitä myös kuolleesta kaniinista eteenpäin. Parempi selviytyminen ympäristössä siis parantaa viruksen leviämistä niin hyvin, ettei sen virulenssista ole haittaa.

Bakteriofaagi λ on latentti Escherichia coli -bakteerin virus, mikä tarkoittaa, että se lisääntyy liittymällä bakteerin perimään ja antamalla bakteerin tehdä itsestään kopioita tytärsoluihin. Välillä osa viruksista aktivoituu alkaa tuottamaan uusia viruksia ja tappaa isäntäsolun. Bakteriofaagin mutantti muoto puolestaan pääsääntöisesti aina lisääntyy tappamalla isäntäsolunsa. Mutantti muoto on siis paljon virulentimpi. Kun näitä kahta bakteriofaagia kasvatetaan yhdessä Escherichia colin kanssa, virulentimpi muoto saa nopeasti lisääntymisedun ja se yleistyy nopeasti. Kun nopean leviämisen vaihe on ohi, vähemmän virulentti muoto puolestaan pääsee lisääntymään paremmin.

Mitä sitten ihmisten epidemioista tiedetään? Aivan liian vähän, koska ihmisiä on vaikea tutkia. Saamme yksinkertaisesti niin vähän vaarallisia tartuntoja, että näistä on vaikea kerätä tietoa.

Anekdotaaliset kuppatarinat voivat olla parhaita tiedonlähteitä: kun kuppa levisi Eurooppaan vuonna 1495 – todennäköisesti Amerikasta – se oli aluksi hyvin tappava ja muutenkin virulentti tauti. Oletettavasti nopeasti etenevä ja näyttävä tauti ei edesauttanut kuppabakteerin leviämistä seksiteitse, ja luonnonvalinta vähemmän virulentin bakteerin suhteen oli tehokasta. Jo puolen vuosisadan kuluttua kuppa oli muuttunut lähemmäksi tuntemaamme vaarallista, mutta hitaammin etenevää, tautia.

HI-virus on tutkittavissa oleva taudinaiheuttaja, koska sekin on levinnyt pandemisesti, mutta suhteellisesti hitaammin. Vaikuttaa siltä, että Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa HIV on kehittymässä virulentimmaksi, kun taas Afrikassa HIV tuntuu kehittyvän vähemmän virulentiksi. Erilaiset torjunnan mekanismit voivat ohjata samaa taudinaiheuttajaa eri suuntiin eri puolilla maailmaa.

 

Koronavirusten evoluutiosta meidän on vaikea sanoa mitään, koska niiden vaarattomuus voi johtua enemmän immuunipuolustuksen yksilönkehityksestä kuin evoluutiosta.Todennäköisesti toinen sars2-koronavirustartunta ei ole enää yhtä vaarallinen kuin ensimmäinen, mutta se ei johdu viruksesta, vaan meistä. Kun sanomme, että koronavirus muuttuu vaarattomammaksi kausikoronavirukseksi, tarkoitamme, että saamme koronavirustartunnasta jonkinlaisen jonkin aikaa kestävän vastustuskyvyn, joka suojaa toiselta tartunnalta.

Tiedämme uudesta koronaviruksesta, että tartunnat ovat lapsille yleensä lieviä, mutta vanhemmille ikäpolville vaarallisempia. Käytännössä kaikki saamme flunssaa aiheuttavien koronavirusten tartunnat jo lapsina, joten saamme vastustuskykyä näitä viruksia kohtaan aikaisin. Voisiko olla, että nykyään flunssaa aiheuttavat koronavirukset ovat aivan yhtä vaarallisia kuin uusi koronavirus, mutta emme vain huomaa sitä, koska meillä on flunssaviruksia vastaan vastustuskykyä? Tätä on vaikea tutkia, koska meillä ei ole tutkimusmallia, johon voisimme tartuttaa erilaisia koronaviruksia ja vertailla virusten virulenssia.

Koronaviruksen leviämiseen vaikuttaa myös kaikki se, mitä me ihmiset teemme. Torjuntatoimien vaikutusta on vaikea arvioida: esimerkiksi vakavien tapausten havaitseminen ja eristäminen tehokkaammin kuin lieväoireisten tapausten voi valita matalampaa virulenssia. Yleinen kontaktien vähentäminen samoin voi valita matalampaa virulenssia. Jos leviäminen taas tapahtuu pääosin runsaasta viruksen erittämisestä ennen oireiden alkamista, se voi valita korkeampaa virulenssia. Mitä laajemmalle virus leviää, mitä enemmän viruksia on, sitä enemmän puolestaan on evoluutiolla työvälineenään uusia mutaatioita. 

Anderssonin ja Mayn näkemys vuodelta 1982 pätee yhä: ”Yleisesti ottaen, päättelemme, että loisten virulenssin ja leviämiskyvyn monimutkainen suhde jättää mahdollisuuden moniin erilaisiin evolutionaarisiin kehityskulkuihin, joilla on erilaiset päätepisteet.”

Uusi koronavirus voi siis aivan hyvin kehittyä kumpaan tahansa suuntaan.

Kommentit (0)

Toksoplasman muodostama pseudokysti hiiren kudoksessa. Kuva: Yale Rosen / Wikimedia Commons.

Loisten leviäminen lajista toiseen on yksi loistutkimuksen suurista mysteereistä. Mikä määrittää sen, mihin isäntälajeihin loinen voi tarttua? Miksi joillain lajeilla on laajempi kirjo isäntiä kuin toisilla?

Tämän olen todennut monesti, mutta näihin kysymyksiin ei löydy yhtä vastausta. Biologiassa on aina olemassa sarja erilaisia vastauksia evoluutiosta molekyylitason mekanismeihin. Eräs tuore artikkeli antaa mielenkiintoisen vastauksen molekyylitason mekanismeista (josta voi olla hyötyä evoluution ymmärtämiseen). 

 

Yksisoluinen protisti Toxoplasma gondii aiheuttaa ihmisillä toksoplasmoosi-nimisen taudin, joka voi olla kehittyvälle sikiölle vaarallinen. Kolmannes maailman ihmisistä saa jossain vaiheessa tartunnan. Toksoplasma pystyy lisääntymään suvuttomasti missä tahansa tasalämpöisessä eläimessä, mutta se pystyy lisääntymään suvullisesti vain ja ainoastaan kissaeläimissä. Loinen pystyy siis sinänsä kasvamaan laajalla kirjolla, mutta osa lisääntymiskierrosta on tarkkaan rajattu.

Toksoplasma on jännä loinen, koska se saa isäntäeläimensä tykästymään kissan virstaan, on kyse sitten rotasta tai simpanssista. Toksoplasman tartuttamista rotista tulee tyhmänrohkeita seikkailijoita, kun taas simpanssit haluavat tutkia tarkemmin leopardin virtsajälkiä. Epäilläänpä, että jopa ihmisillä toksoplasmatartunta aiheuttaa muutoksia käyttäytymisessä, mikä altistaa muun muassa autokolareille. Mutta tämä on oma tarinansa (ja ei, toksoplasman vaikutukset ihmiseen eivät vielä ole erityisen selkeitä).

Tuoreessa tutkimuksessa tutkijaryhmä selvitti, mikä saa toksoplasman lisääntymään vain kissaeläimessä. Tutkimuksen menetelmät itsessä olivat jo hieno ikkuna siihen, mitä kaikkea nykyään voidaankaan tehdä.

Tutkijat kasvattivat toksoplasman koteloituneita muotoja, joita he keräsivät hiirten aivoista. Nämä koteloituneet muodot avattiin pepsiinilä ja suolahapolla, jolloin prosessi vastaa sitä, mitä tapahtuisi kissan mahalaukussa. Tämän jälkeen toksoplasma siirrettiin kissan suolistosta tehdylle organoidille. Organoidit ovat miniatyyrielimiä, joissa on oikean elimen rakenne, ja joita voi käsitellä kasvatusmaljalla.

Toksoplasma ei tehnyt mitään kissan suoliorganoidilla, eikä koteloista puretuissa toksoplasmoissa ollut lainkaan geeniaktiivisuutta. Tämä viittaa siihen, ettei toksoplasma pystyy lisääntymään kissan suolistossa sinänsä, vaan vaatii jotain ravinnon kautta tulevaa tarpeellista lisää. Tutkijat sitten lisäsivätkin linoleenihappoa organoidille ja toksoplasmat alkoivatkin lisääntyä.

Linoleenihapon tarve on mielenkiintoinen. Kissaeläimet ovat ainoita nisäkkäitä, joilta puuttuu delta-6-saturaasi-entsyymi, joka hajottaa linoleenihappoa. Tämä johtaa siihen, että kissaeläimillä on merkittävästi enemmän linoleenihappoa verenkierrossa ja suoliston solujen saatavilla. Kun tutkijat sitten yrittivät kasvattaa toksoplasmoja maljalla hiirten suolikasvatuksilla, johon oli lisätty linoleenihappoa ja delta-6-saturaasi-entsyymiä tuottavaa geeniä hiljentäviä aineita, toksoplasma kasvoi. 

Loinen siis tunnistaa kissaisäntänsä (ja alkaa suvullisesti lisääntyä) tietyn entsyymin puutteen takia, joka aiheuttaa tietynlaisen kasvuympäristön.

Toksoplasmatutkimus oli suhteellisen suoraviivainen, joskin työläs. Se on kuitenkin uraauurtava, koska tämä on ensimmäinen kerta, kun loistutkimuksessa selvitetään isäntäkohtaisen suvullisen lisääntymisen mekanismi. Tämän jälkeen tutkijat voivat selvittää tarkemmin toksoplasman evoluutiota ja toksoplasmaa voidaan alkaa kasvattaa laboratoriossa myös muissa kudoksissa kuin kissan suolistossa.

Tähän mennessä toksoplasman tutkimus on vaatinut kissojen käyttöä koe-eläimenä. Kissa on harvinainen koe-eläin ja työläs kasvatettava, eivätkä ihmiset ole erityisen innoissaan kissojen käytöstä. Yhdysvaltain maatalousministeriökin sulki kissojenkasvatuslaitoksensa yleisön paineen takia. Nyt toksoplasmatutkimus voi jatkua hiirimallilla.

Tietenkin, tämänkaltainen tutkimus tuottaa myös mahdollisuuksia tehdä oikeanlaisella lääkityksellä kissan suolistosta epäsuotuisan ympäristön toksoplasmalle. Jos kissojen suoliston linoleenihappopitoisuuteen päästään vaikuttamaan lääkityksellä, toksoplasman lisääntyminen pystytään estämään. Mutta tässä tapauksessa (eläin)lääketieteelliset sovellukset ovat ehkä tylsin näkökulma oikeasti mielenkiintoiseen tutkimukseen.

Kommentit (3)

Käyttäjä4499
Liittynyt21.7.2017
Viestejä10257
1/3 | 

Hieno tutkimus. Mietin vain, miten kissojen suoliston olosuhteiden muutos vaikuttaisi niiden normaaliflooraan... ja mieleen.

ÄLÄ LAINAA TEKSTIÄNI, KIITOS.

Seuraa 

Kaiken takana on loinen

Tuomas Aivelo on ekologian ja evoluutiobiologian tutkijatohtori Helsingin yliopistossa. Hän karkaa arjestaan tutkimaan Helsingin viemärirottia, punkkeja ja metsämyyriä Alpeille, pohtimaan biologian oppimista tai ihan vain ihastelemaan loisia.

Teemat

Blogiarkisto

2018
2017
Heinäkuu
2016
2015
2014