Kirjoitukset avainsanalla biotekniikka

Cas9-proteiinin rakenne. Cas9 sitoutuu nukleiinihappoon ja voi leikata sitä. Kuva: David Goodsell / RCSB

Heinäkuu ei ollut onnellinen kuukausi genomimuokkaukselle, eli eliöiden genomin tarkalle ja tavoitteelliselle muuttamiselle.

Ensin brittiläinen tutkimusryhmä julkaisi artikkelin Crispr-Cas9 -menetelmän toimintakyvystä: kun alkion perimää yritetään muokata hyvin tarkasti tietystä kohtaa, muokkausmenetelmä aiheuttaa muutoksia myös muualla perimässä. Osa muutoksista oli isoja merkittäviä: muun muassa laajojen geenialueiden poistumia.

Sanomattakin lienee selvää, että tämä on ongelma kliinisille sovellutuksille, eli sille että ihmisen perimää voitaisiin helposti muokata. Ihmisten perimää ei voida lähteä korjaamaan, jos sillä on mahdollisia haittavaikutuksia.

Ei tämä tietenkään mikään kuolinisku ole, sillä vastoinkäymiset on tehty voitettaviksi. Lähinnä tämä tarkoittaa, että matka kliinisiin sovelluksiin on vielä pitkä, ainakin jos vertaa uutisotsikoiden viime vuosina esittämään optimismiin. Muutama vuosi sitten arvioitiin, että sikiön genomimuokkauksen kliiniset testit voisivat alkaa vasta 10-15 vuoden päästä. Tämä oli ehkä optimistinen arvio.

Crispr-Cas9 -genomimuokkausta ollaan jo kohta käyttämässä ihmisen somaattisiin soluihin, eli niihin soluihin, jotka eivät periydy seuraaville sukupolville. Huhujen mukaan Kiinassa on käynnissä useampia tutkimusprojekteja. Yhdysvalloissa ja Euroopassa nähtävästi yksikään kliininen koe ei ole vielä päässyt koehenkilöiden rekrytointia pidemmälle. Somaattisten solujen hoidolla pyritään vaikuttamaan syöpäsoluihin ja verisolujen kantasoluihin sirppisoluanemian hoidossa.

 

Viikkoa myöhemmin EU:n tuomioistuin otti kantaa pitkäaikaiseen kiistaan: pitäisikö EU:n alueella geenimuokattuja lajikkeita säädellä samoin kuten sellaisia lajeja, joihin on siirretty geneettistä materiaalia muilta lajeilta?

Lopputulos oli selkeä kyllä. Päätös oli suuri pettymys tutkijayhteisölle ja elintarviketuottajille.

Tuomioistuimen päätös ei sinänsä ollut yllätys.

EU:n GMO-lainsäädännössä periaatteena on (tuomion mukaan) hyvin tiukka sääntely, paitsi jos menetelmä on pitkään käytetty ja turvalliseksi todettu. Tämä johtaa omituiseen lopputulokseen: esimerkiksi säteilyttämällä tuotetut lajikkeet on vapautettuja tiukasta sääntelystä, koska säteilytystä on tehty 50-luvulta lähtien. Sen sijaan huomattavasti tarkemmat perimänmuokkausmenetelmät on tiukasti säädeltyjä, koska ne ovat uusia, vaikka ne olisivatkin sinänsä turvallisempia.

Jännä lisä on tietenkin se, että GMO-lajikkeet, jotka on luotu siirtämällä geenejä lajilta toiselle pystytään tunnistamaan, mutta geenimuokkauksen kautta luotuja lajikkeita ei välttämättä pysty erottamaan muilla jalostustavoilla syntyneistä lajikkeista. Tämä tekee elintarvikkeiden tuonnista ja viennistä entistä vaikeampaa.

Tuomiosta on mielestäni turha syyttää tuomioistuinta. Tuomioistuimet kun toimivat "roskaa sisään - roskaa ulos" -periaatteella. Ongelmat piilevät EU:n lainsäädännössä, joka on vuodelta 2001. Tämän jälkeen on paljon vettä virrannut Vantaajoesta. Käsityksemme kasvinjalostuksesta on nykyään aivan toinen.

Uusien genominmuokkausmenetelmiä sääntelyn pitäisikin olla poliittinen päätös. EU:n jalostussääntely kaipaa selkeyttämistä ja uudistamista, mikä tahansa sitten tulevaisuuden sääntelyn muodoksi halutaankin.

 

Kolmas, ja yhä jatkuva haaste, genomimuokkauksen käytölle on jatkuva patenttitaistelu. Crispr-Cas9 -menetelmästä on jo pitkään jatkunut oikeustaistelu MIT:n ja Harvardin yliopiston Broad-instituutin ja Kalifornian yliopiston Berkeleyn yksikön välillä.

Genomimuokkausmenetelmälle on vaikea kehittää kaupallisia sovelluksia niin kauan kuin ei ole selvää, kuka omistaa peruspatentit.

Patenttikiista on tällä hetkellä yhdysvaltalaisessa vetoomustuomioistuimessa, joka kuunteli suulliset argumentit huhtikuun lopussa. Tuomio on odotettavissa lähiaikoina, ja kommentaattorit pitävät epätodennäköisenä, että kiista etenisi enää korkeimpaan oikeuteen asti.

Asiasta tekee tietenkin mielenkiintoisemman sen, että siinä missä yhdysvaltalaiset patenttiviranomaiset ovat suosineet Broad-instituutin patenttia, eurooppalaiset ovat myöntäneet Berkeleyn ryhmälle laajemman patenttioikeuden. On siis todennäköistä, että eri yritykset myyvät Crispr-Cas9 -patenttia Euroopassa ja Yhdysvalloissa.

 

Patenttikiistan hyvä puoli on siinä, että se ainakin näyttää hitaasti mutta varmasti kulkevan kohti päätöstä. Samaten perustutkimus epäilemättä tehostaa jatkuvasti menetelmän varmuutta ja toimivuutta. Euroopan unionin poliittiset päättäjät ovat sen sijaan olleet hitaita parantamaan tai kokonaan uudistamaan GMO-lajien sääntelyä.

Kommentit (0)

Huomenna jaetaan kemian Nobel-palkinto. Tänä vuonna veikkauspörssissä on yksi tutkijapari muiden yli: Jennifer Doudna, University of California, Berkeleystä ja Emmanuelle Charpentier Uumajan yliopistosta. Heidän saavutuksensa ovat niin kiistämättömiä, että he tulevat varmasti voittamaan tällä vuosikymmenellä palkinnon, jos se ei vielä tänä vuonna osu kohdalle. Heidän ratkaisevat julkaisunsa ovat vasta kolme vuotta vanhoja, mikä saattaa olla ainoa syy miksi he saattavat joutua vielä odottamaan. Usein keskeisestä julkaisusta kestää vuosikymmeniä palkinnon saamiseen. Nopea aikataulu olisi kuitenkin nyt hyvinkin oikeutettu.

Doudna ja Charpentier kehittivät tutkimusryhmiensä avulla uuden tehokkaan tavan muokata eliöiden geenejä, Crispr-Cas9 -menetelmän. Menetelmä on otettu nopeasti käyttöön, sillä jo noin kolmenkymmenen eri aitotumallisen eliön genomin muokkauksesta on julkaistu tutkimusartikkeleita. Huomasin kesällä lounaskeskusteluissa kuinka monet kollegani kokeilivat Crispr-Cas9:ää ja olivat yllättyneitä, kuinka helppo ja tehokas se oli. Ei ihme, että Business Insider julisti menetelmän ”vuosisadan merkittävimmäksi biotekniikan keksinnöksi”. Vuoden alussa Crispr-Cas9 myös ylitti uutiskynnyksen tiedemaailman leikkikalusta aidosti merkittäväksi tekniikaksi, kun kiinalaiset tutkijat muokkasivat ensimmäisen kerran ihmisalkion geenisekvenssiä.

Crispr-Cas9 ei ole ensimmäinen geenien muokkaukseen soveltuva menetelmä. TALEN ja sinkkisorminukleaasit toimivat samantyyppisellä periaatteella, mutta niiden käyttäminen on huomattavasti työläämpää ja siksi myös kalliimpaa. Crispr-menetelmän hyödyllisyyttä on hypetetty runsaasti, mutta ainakaan vielä se ei ole tuottanut pettymyksiä.

 

Cas9, cripsr-associated protein 9, on Streptococcus pyogenes –bakteerin proteiini, tarkemmin ottaen nukleaasi, eli entsyymi joka leikkaa DNA-ketjua. Cas9 avaa kohdatessaan DNA-ketjun ja tunnistaa siitä 20 emäsparin pituisen koodin. Jos koodi on tuttu, Cas9 leikkaa DNA-ketjun auki. Proteiinin tarkoitus on tunnistaa solunulkopuoliset tunkeutujat, kuten virukset, ja estää niitä vahingoittamasta solua. Järjestelmä vertautuu siis monin tavoin aitotumallisten RNA-interferenssiin.

Crispr puolestaan tulee sanoista clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Nämä ovat lyhyitä toistojaksoja bakteerin genomissa, jotka on rakennettu virusten sekvenssien perusteella. Kun cas-proteiini on hajoittanut viruksen, osa sen genomista säilötään ”muistiksi” bakteerin genomiin. Nämä DNA-pätkät sitten luetaan solussa RNA:ksi, joka liittyy Cas-proteiiniin ja tunnistaa viruksen, jos se yrittää iskeä uudestaan soluun. Crispr-Cas9 –järjestelmä on siis oikeastaan bakteerin opitun immuunipuolustuksen selkäranka.

Järjestelmä on merkittävä myös siksi, että tämä toimii periaatteessa lamarckilaisella periaatteella: bakteeri muuttaa perimäänsä ympäristön perusteella ja kaikki bakteerin ”jälkeläiset” perivät bakteerin tunnistamat virussekvenssit ja samalla siis suojan näitä vastaan.

Crispr-Cas9:ää käytetään hyödyksi juuri näiden oivallisten ominaisuuksiensa avulla.  Tutkijat pystyvät katkomaan DNA-ketjua juuri siitä kohdin kuin haluavat ja tämän jälkeen muuttamaan ketjun emäsjärjestystä, joko leikkaamalla pois palasia tai lisäämällä uutta DNA:ta. Cas9 voi myös pelkästään tarttua ketjuun leikkaamatta sitä auki, jolloin sen avulla voidaan säädellä geenien ilmentymistä.

Jännin Crispr-Cas9:n sovellus on geenin ajaminen (gene drive) koko populaatioon. Geenin ajamisessa saadaan eliölajin populaation lähes jokaiseen yksilöön haluttu geeni. Tämä onnistuu niin, että hedelmöityksessä toiselta vanhemmalta peritty geeni kopioi itsensä toiselta vanhemmalta perittyyn DNA-ketjuun vastaavalle paikalle. Perinnöllisyystieteen termein heterotsygoottisesta yksilöstä tulee automaattisesti homotsygoottinen. Tällöin geeni päätyy jokaiseen jälkeläiseen ja niin edelleen kaikkiin näidenkin jälkeläisiin. Geenien ajaminen on suoraviivaista Crispr-Cas9:n järjestelmällä: eliön toiseen DNA-ketjuun siirretään järjestelmän keskeiset osat, tunnistusalueet (Crispr) ja nukleaasi (Cas9), sekä näiden keskelle geeni, jonka halutaan yleistyvän populaatiossa. Kun hedelmöitys on tapahtunut, Cas9 tunnistaa toiselta vanhemmalta perityn DNA-pätkän ja leikkaa ketjun sen puolelta auki. Tämän jälkeenn solu automaattisesti korjaa emäsjärjestyksen Crispr-Cas9 –DNA-ketjun mallin mukaan. Menetelmällä voitaisiin hankkiutua eroon haitallisista lajeista: jos vaikka jokaisen hyttysen jälkeläisiksi syntyisi vain koiraita, populaatiomäärät romahtaisivat nopeasti. Menetelmää on jo kokeiltu laboratorio-olosuhteissa esimerkiksi banaanikärpäsillä.

Crispr-Cas9:n sovellutusten osalta ollaan paitsi jännien, myös syvien eettisten kysymysten äärellä. Missä olosuhteissa ihmisen genomin muokkaaminen on sallittua? Mitkä haitalliset eliölajit saa ajaa sukupuuttoon? Onko Crispr-Cas9:llä muokatut lajit verrattavissa GM-eliöihin vai onko geenien muokkaus hyväksyttävämpää kuin geenien siirto muilta eliölajeilta? Millä ehdoin saamme muokata esimerkiksi lemmikki- tai tuotantoeläinten genomia? TALEN-menetelmällä muokattu mikropossu vihjaa, että nämä kysymykset eivät ole enää pelkästään teoreettisia. UNESCOn asiantuntijapaneeli jo ehdotti ihmisen ituradan, siis jälkeläisille periytyvän, genomin muokkaamisen väliaikaista kieltämistä.

 

Keksinnön merkitys on helppo ymmärtää: tutkijat pystyvät täsmällisesti muokkaamaan minkä tahansa eliön geenisekvenssiä. Mahdollisuudet ovat suunnattomat, eikä vielä ole varmasti tarkkaan hahmotettu mihin kaikkeen järjestelmää voi käyttää. Se, kuinka mullistavasta keksinnöstä on kysymys riippuu osittain kuinka helpoksi ja käyttökelpoiseksi laajassa käytössä menetelmä osoittautuu. Nykyiset merkit näyttävät sanovan, että hyvin mullistava, ja että Nobel on hyvinkin ansaittu.

Oma kysymyksensä on tietenkin kuka ansaitsee Nobelin Crispr-Cas9-järjestelmästä. Doudna ja Charpentier eivät ole ainoita järjestelmää tutkineita tutkijoita. Rodolphe Barrangou teki merkittävää esityötä työskennellessään Daniscolla. Blake Wiedenfelt käynnisti tutkimuksen Cas9:stä Doudnan laboratoriossa ja Martin Jinek teki merkittävän osan järjestelmän kuvaamisesta. Mielenkiintoisena sivujuonteena Feng Zhangin tutkimusryhmä omistaa tällä hetkellä Crispr-Cas9-patentin. Zhang oli ensimmäinen, joka muokkasi nisäkkäiden soluja menetelmällä. Hän lähetti myöhemmin patenttihakemuksensa kuin Doudna, mutta sai patenttihakemuksensa pikakäsittelyyn. Crispr-Cas9:n patentista tullaan luultavasti taistelemaan vielä pitkään. Kiista tulee imemään miljoonia euroja lakikuluihin, mutta vastaavasti tarjolla on todella suuret patenttitulot.

Vähiten tunnettu unohdetuista Crispr-Cas9 –hahmoista on liettualainen on Virginijus Siksnys. Hän keksi itsenäisesti Doudnan ja Charpentierin ryhmistä Cas9:n merkityksen. Hän jopa lähetti vuonna 2012 paperinsa aikaisemmin kuin Doudna ja Charpentier julkaistavaksi. Ratkaiseva ero oli se, että Science, johon Doudna ja Charpentier lähettivät artikkelinsa, sai vertaisarvioinnin järjestettyä pikavauhtia niin että paperi julkaistiin vain kolme viikkoa vastaanottamisen jälkeen. PNAS käytti aikansa Siksnyksen paperin kanssa ja vastaanottamisesta julkaisuun kului reilu kolme kuukautta. Tällä välin juna oli jo mennyt. Vilnan yliopiston Siksnys jäi osittain paitsioon, koska Doudnan takana oli University of Californian ja Zhangilla MIT:n viestintäresurssit.

Nobelin palkinnon voidaan jakaa vain kolmen tutkijan kesken ja patentin voi saada vain yksi keksijäryhmä. Tämä on lopulta hyvin tieteelle vieras toimintamalli, sillä tiede rakentuu aina aiemmalle työlle. Bernardus Chartreslaisen lausahdus, että näemme pidemmälle, koska seisomme jättiläisten olkapäillä, pätee erittäin hyvin tieteeseen. Nykyaikojen lisäys saattaisi olla, että kauimmaksi kuuluu tutkija, jonka yliopistolla on tehokkain viestintäosasto ja rikkaimmaksi tulee tutkija, jonka yliopistolla on viekkain lakiosasto.

Kommentit (2)

NytRiitti
Liittynyt12.9.2012
Viestejä2857

Jos jotkut tutkijat ihmisen DNA:ta muokkais, niin laittanevat samantapaisen vesileiman kuin Venter:

"The 4 watermarks (present in figure 1 in supplementary material of [a 20]) are coded messages in the form of DNA base pairs, of 1246, 1081, 1109 and 1222 base pairs respectively, in natural peptides the 4 nucleotides encode in sets of 3 the 20 natural amino acids by means of the standard genetic code"

Voihan "design by" viesti nytkin olla, ei vaan osata ko. murretta :(

NytRiitti
Liittynyt12.9.2012
Viestejä2857

http://library.cqpress.com/cqresearcher/document.php?id=cqresrre2015061900

"Critics worry that the two studies — and rumors that genome engineering is being conducted on viable human embryos in labs outside of China — point toward a frightening new world in which scientists manipulate the laws of nature to create “designer humans,” forever changing future generations. Others are concerned that modifying the human germline — the eggs, sperm, and embryos which carry unique human genetic codes — could revive the notorious eugenics movement of the early 20th century, which aimed to create a perfect “master race.”

Soluviljelmä. Kuva: Umberto Salvagnin / Wikimedia Commons
Soluviljelmä. Kuva: Umberto Salvagnin / Wikimedia Commons

Suomen huippuosaaminen biotieteissä pitää saada tuottavaan käyttöön

Aalto-yliopisto ei ole noussut kansainvälisessä yliopistorankingissa erityisen korkealle. Työttömiä tohtoreita on eniten biokemian ja biologian aloilta. Suomalaisen teollisuuden tuotekehitys ja vienti sakkaa. Yksi Aalto-yliopiston piirre selittää näitä kaikkia: siellä ei tutkita ja opeteta biologiaa.

Kansainvälisessä vertailussa Aalto on omalaatuinen. ”Johtavat” teknilliset yliopistot – puhutaan sitten MIT:stä, Zürichin teknillisestä yliopistosta, Tanskan teknillisestä yliopistosta, Ecole Polytechniquesta tai Tukholman kuninkaallisesta yliopistosta - ovat usein monialaisia yliopistoja, joissa tehdään laajalti luonnontieteiden perustutkimusta ja yhä useammin myös humanistista ja yhteiskuntatieteellistä tutkimusta. Korkealaatuinen perustutkimus tarkoittaa nousua rankingeissä: niissä palkitaan korkeatasoisista julkaisuista, joita perustutkimus tuottaa. Biologian alalla tämä tarkoittaa usein juuri molekyylibiologiaa ja genetiikkaa, aloja joilla on rutkasti potentiaalia luoda hyödyllisiä ja rahakkaita sovellutuksia.

Aalto-yliopisto on intoutunut ottamaan varovaisia askeleita, sillä osa opetuksesta osuu lähelle biologiaa: bioinformaatioteknologia, jota mainostetaan insinööritieteiden ja bio- sekä terveystieteiden yhdistämisellä vaikuttaa esittelyn mukaan laskennalliselta molekyylibiologialta. Kemiantekniikan alaisuudessa toimii muun muassa mikrobiologia ja molekyylibiotekniikka. Monilla aloilla, kuten neurotieteessä, yliopistolla on aktiivista yhteistyötä Helsingin yliopiston kanssa. Vaikuttaa kuitenkin, että esimerkiksi Tampereen teknillinen yliopisto on aktiivisemmin osallistunut biotekniikan opetuksen ja koulutuksen kehittämiseen.

2000-luvusta on puhuttu biotieteiden vuosisatana, joskin suomalaiset ovat olleet hitaita lämpeämään uudelle vuosisadalle. Suomessa lääketiede on ollut itseoikeutettu tienraivaaja bioalan innovaatioille: lääketieteessä liikkuu tietenkin suurimmat rahat ja Suomessa on pitkään ollut sekä laadukasta biolääketieteellistä tutkimusta että onnistuneita tuotteistamisia. Lääketiedekin tuntuu kärsivän tutkimuslöytöjen liian vähästä tuotteistamisesta: esimerkiksi Turun yliopiston professori Jukka Westermarck on valitellut sitä kuinka vaikea Suomessa on saada jatkettua menestyksekästä perustutkimusta voitokkaaseen lääkekehitykseen.

Muilla aloilla biotekniikan esiinmarssi on ollut hitaampaa. Vaikka yliopistoissa tehtäisiin huippututkimusta, niiden kyvyt ja taidot tuotteistamiseen ovat heikkoja. Valtion sektoritutkimuslaitokset tuntuvat olevan jatkuvasti keksimässä itseään uudelleen, jonka johdosta ne eivät ihan tarkalleen tunnu tietävän mitä niiden pitäisi tehdä. Lopputuloksena on surkea kohtaanto-ongelma: biotieteestä löytyy avaimet moniin tulevaisuuden teknisiin läpimurtoihin ja meillä on suuri joukko koulutettua ja osaavaa työvoimaa, mutta varsinainen primus motor kehityksen luomiseen puuttuu.

Niinpä, Aalto-yliopisto, mites olis? Suomen teollisuus pyörii diplomi-insinööreille ja kauppatieteen maistereilla. Aalto-yliopiston merkitystä ei pidä väheksyä. Tässä olisi tie tieteen huipulle ja siinä sivussa saataisiin myös Suomi nousuun. Ottakaa biologia vakavasti ja rakentakaa perustutkimuksesta silta biotieteiden sovelluksille. 

Kommentit (8)

Vatkain
Liittynyt4.3.2008
Viestejä27432

Siis Suomen teollisuus sakkaa, koska Aallossa ei opeteta biologiaa? Wtf? Vai tajusinko jotenki väärin?

Hämmentää.

HuuHaata
Liittynyt8.11.2012
Viestejä6286

Sinänsä voi hyvinkin olla niin, että biotieteissä(kin) Suomessa ei osata rahastaa tutkimustuloksia. Mutta sitä saa mitä tilaa. Kun Suomen asenneilmapiiri on mitä on, niin yliopistojen todellinen suhtautuminen yritysmaailmaan on lähinnä vihamielinen.

 

Kansantalouden kannalta tohtoreilla ei ole juuri merkitystä. Mikäli biotieteen huippututkimusta kaupallistava yritys palkkaa lähinnä tohtoreita ja muutamia muita ei kansantaloudellisia vaikutuksia juuri tule. Merkittäviä kansantaloudellisia vaikutuksia tulisi vain, jos yritys palkkaisi suuren määrän ihmisiä erityyppisillä koulutustaustoilla. Talouskasvu seuraa tuottavuuden kasvusta väestötasolla, ei niinkään siitä että marginaalinen eliitti tuottaa hieman enemmän.

MooM
Liittynyt29.6.2012
Viestejä6951

Jotenkin tuntuu, että pienessä massa ei kannata samaan kaupunkiin pystyttää kovin monta massiivista saman alan tutkimusinfraa. HY:n biopuoli on kuitenkin aika kattava. Toisaalta yliopistotason opetushenkilökuntaa ei ole helppo hankkia ilman alan tutkimuspuolta. Yhteistyön (ja yleisemmin tietoisuuden muiden tekemisistä) lisääminen on varmaan se tehokkain ratkaisu.

"MooM": Luultavasti entinen "Mummo", vahvimpien arvelujen mukaan entinen päätoimittaja, jota kolleega hesarista kuvasi "Kovan luokan feministi ja käheä äänikin". https://www.tiede.fi/keskustelu/4000675/ketju/hyvastit_ja_arvioita_nimim...

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

2017
Heinäkuu
2016
2015
2014