Sirppisoluanemiasta kärsivän punasoluista osa muuttuu sirppimäisiksi. Kuva: Keith Chambers / Wikimedia Commons

 

Biologia ei ole helpoin kouluaine. Siinä liikutaan eri organisaatiotasoilla molekyyleistä soluihin, kokonaisiin eliöihin ja lopulta ekosysteemeihin. Samalla pitäisi ymmärtää syy-seuraussuhteita ja muutosta ajasta. Mikä parasta, tämän kaiken voi selittää yhdellä esimerkillä. Sirppisoluanemian avulla voi demonstroida niin monia keskeisiä evoluution ja genetiikan periaatteitta, että alkaa heikottaa.

Kaiken takana on loinen, tällä kertaa malarialoisio. Sirppisoluanemian evoluutiobiologiaa ymmärtääkseen on tunnettava malarialoision elinkierto. Malarialoisio on yksisoluinen aitotumallinen solunsisäinen loinen, joka aiheuttaa malarian. Loisio lisääntyy erityisesti punasoluissa, ja se leviää hyttysten pistojen välityksellä ihmisestä toiseen. Punasolut ovat hyvä loisinnan kohde, koska ne ovat elintärkeitä ihmisille. Näin ollen ne eivät juuri evoluution kuluessa muutu, eli ne ovat konservatiivisia. Muutokset punasolun rakenteessa ovat ihmisille hyvin haitallisia.

Sirppisoluanemia on hyvin haitallinen: kun punasolujen muoto muuttuu pyöreästä epämääräisen sirpinmuotoiseksi, solut eivät toimi enää normaalisti. Sirppisoluanemiasta kärsivillä veri kuljettaa heikosti happea ja solut helposti klimppiintyvät verisuoniin. Vähän lohtua voi tuoda, että potilaat eivät kärsi malariasta, koska punasolut rikkoutuvat, jos malarialoisio tunkeutuu niiden sisällä. Kovin paljon iloa tästä ei ole, koska sirppisoluanemia on hengenvaarallinen tauti. Nykyään elinajanodote on noin 50 vuotta – ajassa ei tarvitse mennä paljon taaksepäin, kun selviytyvyys oli paljon matalampi.

Sirppisoluanemia oli ensimmäinen tauti, jonka molekyylibiologinen tausta selvitettiin. Sirppisoluanemia johtuu punasoluissa olevasta hemoglobiinimolekyylin muutoksesta: hemoglobiinin kuudes aminohappo ei olekaan glutamaattihappo vaan valiini. Aminohappo muuttuu, koska hemoglobiinia koodaavassa geenissä kuudennen emäskolmikon adeniini on muuttunut tymiiniksi. Loppuseurauksena erilainen aminohappoketju tuottaa eri muotoisen hemoglobiinin ja tämä puolestaan johtaa erimuotoiseen punasoluun.

Yksi mutaatio DNA-sekvenssissä, yksi muutos aminohapossa, erilainen proteiini, muutos solun muodossa ja seurauksena tauti. Loistava esimerkki, miten pistemutaatio DNA:ssa johtaa muutoksen yksilön ilmiasussa!

 

Päiväntasaajan korkeudella Afrikassa noin kahdeksan prosenttia vastasyntyneistä kärsii sirppisoluanemiasta. Miksi sirppisoluanemia on näin yleinen – eivätkö taudin kantajat karsiudu nopeasti luonnonvalinnan kautta? Miksi sirppisoluanemiaa esiintyy erityisesti tropiikissa?

Otetaan askel pidemmälle populaatiogenetiikan maailmaan. Ihmisellähän on aina kaksi muotoa, alleelia, jokaisesta geenistä. Entä jos toinen näistä on sirppisolun aiheuttava muoto, mutta toinen ei? Nyt lähestymme asian ydintä: jos yksilö on heterotsygootti - toisin sanoen hänellä on toimivan hemoglobiinin alleeli sekä sirppisolualleeli - lopputuloksena on melkein terve yksilö. Eron täysin terveeseen huomaa vain äärimmäisessä rasituksessa, jolloin heterotsygootit hengästyvät helpommin Tällöin puolet tuotetusta hemoglobiinista on toimivaa ja tämä riittää tuottamaan riittävästi hyviä punasoluja.

Sirppisoluanemia on siis resessiivisesti periytyvä tauti: molempien alleelien pitää olla viallisia, jotta tauti ilmenee. Tästä voimme jo laskea periytymistodennäköisyyksiä. Jos molemmat vanhemmat ovat heterotsygootteja, jälkeläinen on 50% todennäköisyydellä heterotsygootti, 25% todennäköisyydellä terve ja 25% todennäköisyydellä sirppisoluaneemikko.

Heterotsygootit, siis sirppisoluanemiageenien kantajat, ovat edullisessa tilanteessa. Jos malarialoisio pyrkii näiden verisoluihin, ne hajoavat. Malarialoisio lisääntyy huomattavasti heikommin ja tauti on paljon lievempi. Nyt tarinan juoni onkin jo nähtävissä: sirppisoluanemia on olemassa, koska taudin kantajilla on etu. Parhaiten menestyvät ne, joilla hemoglobiinigeenistä on yksi normaali alleeli ja yksi sirppisolualleeli. Näillä on siis korkein kelpoisuus - sirppisoluanemia on tavallaan sopeutuma malariaan.

Hemoglobiinin eri muotojen määrä populaatiossa pyrkii kohti tasapainoa, jota säätelee kaksi tekijää: sirppisoluanemian aiheuttama kuolleisuus ja malarian aiheuttama kuolleisuus. Kantajilla on parempi kelpoisuus kuin malariasta kärsivillä terveillä, joilla puolestaan on parempi kelpoisuus kuin sirppisoluanemiasta kärsivillä. Niinpä mitä enemmän malariaa esiintyy ja mitä vaarallisempi malarialoisiolaji on kyseessä, sitä enemmän kantajuudesta on hyötyä. Vastaavasti kantajien määrien noustessa siitä suurempi todennäköisyys on, että kaksi kantajaa lisääntyy. Koska laskennallisesti neljäsosa näiden jälkeläisistä on sirppisoluaneemikkoja, samalla sairastavien määrä kasvaa.

Päiväntasaajan Afrikassa noin puolet ovat terveitä, yhdeksän prosenttia sirppisoluaneemikkoja ja loput parhaiten voivia heterotsygootteja. Määrä vastaa melko hyvin Hardy-Weinbergin tasapainoa.

Jos malarian aiheuttama valintapaine vähenee, samalla tasapainon pitäisi siirtyä niin että sirppisoluanemia harvinaistuu. Ja katso, Yhdysvaltain afroamerikkalaiset ihmiset sairastavat huomattavasti vähemmän sirppisoluanemiaa. Alueella ei malariaa ilmene, joten taudista ei ole etua ja satojen vuosien aikana heikompi selviytyvyys ja siten jälkeläisten pienempi määrä on vähentänyt haitallisten geenimuotojen määrää ja siten taudin esiintyvyyttä.

 

Sirppisoluanemia on hieno esimerkki, koska siinä voidaan osoittaa, miten pistemutaatio DNA-sekvenssissä johtaa tietynlaiseen fenotyyppiin ja edelleen voidaan pohtia miten valinta vaikuttaa näihin ominaisuuksiin. Taitaapa siinä sivussa tulla käytyä läpi keskeiset kohdat lukion pakollisten kurssien genetiikan ja (mikro)evoluution sisällöistä.

 

Kommentit (4)

käyttäjä-3779
Liittynyt12.5.2014
Viestejä1716

Tämä on kyllä niin selkeä ja kiinnostava esitys, että sellaisen pitäisi kuulua jo genetiikan alkeiden lukiokurssiin. Joku toinenkin yhtä selkeä pistemutaatioon esitys saisi kurssissa olla, niin pohja ajatella genetiikkaa lujittuisi edelleen.

Ainakaan joku vuosi sitten yksityisesti opettamassani biologian kakkoskurssissa ei vielä puhuttu halaistua sanaa geenien säätelyjärjestelmästä eikä epigenetiikasta. Nyt olisi varmaan jo aika mainita niistäkin jotain. Voisi ehkä mainita, että mindfulness-meditaatio muuttaa useiden geenien ilmenemistä ilman että tapahtuisi varsinaista mutaatiota. Tiettyjen geenien säätely muuttuu ilmeisesti lähinnä epigeneettisten rakenteiden ja toimintojen välityksellä. Toistaiseksi ratkaisematon kysymys lienee, mitä tietä psyykkinen tila voi saada aikaan määrätyn suuntaisia muutoksia ensin epigeneettisellä tasolla ja sitten geenien ilmenemisessä

 http://news.wisc.edu/22370

Itse veikkaisin, että ihminen jossain epigeneettisen tason tuolla puolen on eräänlainen soitin, jonka mikrokymaattinen musiikki aina vaihtelee tilanteesta toiseen aiheuttaen Chladnin levyistä (Chladni plates) tutun voimavaikutuksen hiukkasiin ja kenttiin

 https://www.google.fi/webhp?hl=fi#hl=fi&q=cymatics+pictures

AntHon
Liittynyt17.12.2015
Viestejä3

Antaa psyykkisesti sairaiden oli elleivät ole vaaraksi muille! Aivelon esimerkki pitäisi saada biologian oppikirjoihin!

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

Hae blogista

Blogiarkisto

2017
Heinäkuu
2016
2015
2014