Viikon juttu

”Pahoittelen, mutta en tiedä tarkkaa antibioottimolekyyliä, josta edellisessä vastauksessani oli puhe. Antamassani esimerkissä en maininnut tarkkaa antibioottimolekyyliä, sillä tarkoitukseni oli antaa yleinen esimerkki tekoälyn hyödyntämisestä lääketieteen tutkimuksessa.” Olin kysynyt ChatGPT:ltä esimerkkiä tekoälyn tekemästä tieteellisestä löydöstä ja sain vastaukseksi tarinan tietokonealgoritmistä, joka pystyi seulomaan miljardeja molekyylejä löytääkseen yhdisteitä, jotka voisivat olla tehokkaita torjumaan bakteeri-infektioita.

Perehdyin asiaan ja löysin vuodelta 2020 ”Cell”-lehdestä julkaisun, jossa kerrottiin tekoälyn tunnistaneen lääkeaine- ja molekyylirakenteiden tietokannoista uusia lääkeaineita ja molekyylejä, joilla voisi ominaisuuksien puolesta olla antibioottista tehoa (1). Tutkimuksessa osoitettiin myös koeputkioloissa näillä molekyyleillä antibioottista tehoa resistentteihin E.coli kantoihin. Tutkimusta pidetään tekoälyn avulla saavutettuna merkittävänä edistysaskeleena antibioottitutkimuksessa ja esimerkkinä tekoälyn mahdollisuuksista tieteessä.

Viime vuoden marraskuussa tekoäly tuli ihmisten koteihin tekoälyalusta ChatGPT:n myötä (keskustelu 1). Siihen asti tekoäly oli itselleni ollut vain teoreettinen työkalu, jota en ollut käyttänyt käytännön työssäni lääkärinä, ja tutkimuksessakin tekoälyprojekteja varten oli käytetty asiaan perehtyneitä bioinformaatikkoja.

Keskustelu 1

Minä: Mikä on ChatGPT ja miten se toimii?

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): ChatGPT on tekoälypohjainen keskusteluagentti, joka perustuu GPT (Generative Pre-trained Transformer) -arkkitehtuuriin. GPT on tietokoneellinen malli, joka on koulutettu käsittelemään suuria määriä tekstidataa ja tuottamaan sen perusteella luonnollista kieltä.

ChatGPT käyttää GPT-mallia tuottaakseen vastauksia ihmisten esittämiin kysymyksiin. Käyttäjä syöttää ChatGPT:lle kysymyksen tai viestin, ja ChatGPT käsittelee syötetyn tekstin, ymmärtää sen ja tuottaa sitten vastauksen, joka on mahdollisimman lähellä ihmisen tuottamaa luonnollista kieltä.

ChatGPT:n toimintaperiaate perustuu siihen, että se on koulutettu suurilla määrillä ihmisten kirjoittamaa tekstidataa, jonka avulla se oppii ymmärtämään ihmisen kieltä ja tuottamaan vastauksia kysymyksiin. ChatGPT:n koulutusprosessi perustuu myös siirtämiseen (transfer learning), mikä tarkoittaa, että malli on koulutettu ensin suurella määrällä tekstidataa ja sen jälkeen hienosäädetty käyttämään tiettyä kieltä tai toimintaa varten.

ChatGPT:n avulla ihmiset voivat kommunikoida tekoälyn kanssa luonnollisesti ja saada vastauksia kysymyksiinsä. ChatGPT:n käyttö on monipuolista, ja sitä voidaan soveltaa eri aloilla, kuten asiakaspalvelussa, henkilökohtaisessa avustajana, tiedonhaussa ja monessa muussa.”

Tekoälyyn kohdistuu suuret odotukset tieteen mullistajana. Se voi lisätä tieteellistä ymmärrystä ainakin kolmella tasolla: 1) monimutkaiset kuvantamiset, 2) uusien havaintojen tekeminen suurista tutkimusaineistoista ja 3) ihmisen korvaaminen suunnittelussa tai johtopäätösten tekemisessä (2).

Päätin tutustua ChatGPT:hen keskustelemalla sen kanssa. Vastaukset tulivat nopeasti, olivat hyvin jäsenneltyjä ja pääosin sujuvalla suomen kielellä kirjoitettuja. Yllätyin kirjeiden, puheiden ja suositusten hyvästä laadusta (keskustelu 2). Tekoäly pystyi tuottamaan kohtalaisen hyvää tekstiä kaikista kysymistäni asioista, tosin alusta toimi selvästi paremmin englannin- kuin suomenkielisessä keskustelussa.

Keskustelu 2

Minä:Can you write a recommendation letter for Dr.X , who is applying a grant for her own research. He is a clinician working as a cardiologist. He has done a PhD in clinical science in Helsinki and a post-doc in Harvard. Now he wants to set up his own lab to study cardiovascular diseases

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): Dear Grant Committee Members,

I am writing to strongly endorse Dr. X’s grant application for his research in cardiovascular diseases. As a cardiologist with a PhD in clinical science from Helsinki and post-doctoral training at Harvard, Dr. X has a strong background in both clinical medicine and research.

During his post-doctoral fellowship, Dr. X worked on several high-impact studies that have led to novel insights into the molecular mechanisms underlying cardiovascular diseases. He has demonstrated an exceptional ability to design and conduct rigorous experiments, analyze data, and publish his findings in top-tier journals. Dr. X has also presented his work at multiple international conferences and has received numerous awards and honors.

Now, Dr. X is eager to establish his own independent research program to further investigate cardiovascular diseases. I have no doubt that he has the necessary skills, experience, and motivation to lead a successful lab. Dr. X has an excellent track record of collaborating with both basic and clinical researchers, which will be crucial in translating his findings into clinical practice.

In summary, I strongly support Dr. X’s grant application and believe that his research program has great potential to make significant contributions to the field of cardiovascular diseases. Please do not hesitate to contact me if you have any questions.

Sincerely,

[Your Name]

Minä:Can you translate this into Finnish language

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): Rakas Grant-tiimin jäsen,

Kirjoitan tällä kirjeellä voimakkaan suosituksen Dr. X:n apurahahakemukselle hänen tutkimukselleen sydän- ja verisuonitaudeista. Dr. X on kliininen lääkäri, jolla on tohtorin tutkinto kliinisestä tieteestä Helsingistä ja joka on suorittanut postdoc-tutkimuksen Harvardissa. Hän haluaa nyt perustaa oman laboratorion tutkimaan sydän- ja verisuonitauteja

Dr. X on työskennellyt postdoc-tutkimuksensa aikana useissa korkean vaikutusarvon tutkimuksissa, jotka ovat johtaneet uusiin oivalluksiin sydän- ja verisuonitautien molekyylimekanismeista. Hän on osoittanut poikkeuksellisen kyvyn suunnitella ja toteuttaa tiukkoja kokeita, analysoida tietoja ja julkaista tuloksiaan huippuluokan lehdissä. Dr. X on myös esitellyt työnsä useissa kansainvälisissä konferensseissa ja saanut lukuisia palkintoja ja kunnianosoituksia.

Nyt Dr. X on innokas perustamaan oman itsenäisen tutkimusohjelmansa edistääkseen sydän- ja verisuonitautien tutkimusta. Olen varma siitä, että hänellä on tarvittavat taidot, kokemus ja motivaatio menestyksekkään laboratorion johtamiseen. Dr. X:llä on erinomainen ennätys yhteistyöstä sekä perus- että kliinisten tutkijoiden kanssa, mikä on ratkaisevan tärkeää tulosten soveltamisessa kliinisessä käytännössä.

Yhteenvetona kannatan voimakkaasti Dr. X:n apurahahakemusta ja uskon, että hänen tutkimusohjelmallaan on suuri potentiaali tehdä merkittäviä panoksia sydän- ja verisuonitautien alalla. Älä epäröi ottaa minuun yhteyttä, jos sinulla on kysyttävää.

Ystävällisin terveisin,

[Your Name]

Entä faktat, voisiko ChatGPT:tä käyttää lääketieteellisessä päätöksenteossa tai tieteellisen tutkimuksen apuna? Kysyin alustalta omassa tutkimuksessani esiin tulleen geenin tähän mennessä tunnetuista rooleista tutkimassani ilmiössä (sydänsiirteen hyljintä). Tekoälyn mukaan geenillä oli jo aiemmin tunnettuja yhteyksiä hyljintään (tämän tiesin itsekin), mutta halusin tietää mistä sen tiedot olivat peräisin ja pyysin viitelähteitä (keskustelu 3). Vastaukseksi sain lyhyen listan julkaisuista, joiden otsikot olivat mielenkiintoisia ja tutkimukset hyvissä lehdissä. Yllätyksekseni ja kauhuksenikin yhtäkään artikkeleista ei löytynyt ”google” eikä ”pubmed” hauilla. Artikkelin ”DOI” ohjasi aivan toisen julkaisun sivulle. Artikkelit eivät myöskään löytyneet mainituista lehdistä. Toistin testin muutamalla muulla geenillä ja vastaus oli samanlainen: sain referenssiluettelon, jonka julkaisuja en onnistunut löytämään muilta alustoilta.

Keskustelu 3

Minä: Can you list your references?

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): As an AI language model, I don’t have direct access to specific sources or materials, but I can tell you that the information I provided on the role of the WARS gene in acute cardiac allograft rejection is based on current scientific literature and research studies in the field of cardiology and transplantation immunology. Some of the sources that may have informed my response include:

O’Connell J, Bennett MW, O’Sullivan GC, Roche HM. A role for tryptophanyl-tRNA synthetase in acute cardiac allograft rejection. Mol Med. 2011 Jan-Feb;17(1-2):33-40. doi: 10.2119/molmed.2010.00173. Epub 2010 Oct 6. PMID: 20926837; PMCID: PMC3022961.

Le Gall S, Neels JG, Church D, Frock R, Patton WA, Frost L, Bilakovics J, Toro B, Gopinathan S, Tolkoff-Rubin N, Dvorak AM, Platt JL. Trytophanyl-tRNA synthetase as a potential regulator of T cell activation and cardiac allograft rejection. Circulation. 2007; 116: I-185.

Bachelet T, Martinez-Vinson C, Fraisse A, Boussel L, Loric S, Charron D, Drouet E, Baudet-Bonneville V, Alia A, Tournier-Lasserve E. Tryptophanyl-tRNA synthetase (WARS) mutations in patients with autosomal dominant intellectual disability. BMC Med Genet. 2017; 18: 64.

Please note that this is not an exhaustive list, and there may be other sources that have contributed to the current understanding of the topic.

Esitelmää tehdessäni kysyin tekoälyltä, ketkä transkriptomiikan tutkijat ovat voittaneet merkittäviä tiedepalkintoja. Sain taas vakuuttavan vastauksen, mutta tiedustellessani ”kuka”, ”milloin” ja ”mistä tieto on peräisin”, päädyin palkinnon (Life Sciences Breakthrough) virallisille nettisivuille, joiden perusteella kyseisenä vuonna eri tutkijat kuin ChatGPT:n nimeämät olivat saaneet kyseisenä vuonna palkinnon (keskustelu 4).

Keskustelu 4

Minä: Kuka transkriptomiikan tutkija voitti Breakthrough palkinnon?

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): Breakthrough-palkinto myönnetään monilla eri aloilla tehtävästä poikkeuksellisesta työstä. Lääketieteen alalla Breakthrough-palkinto myönnetään vuosittain yhdelle tai useammalle tutkijalle, jotka ovat tehneet poikkeuksellisen merkittäviä löytöjä tai keksintöjä, jotka ovat mahdollistaneet uusia hoitoja tai edistäneet ymmärrystä tietystä sairaudesta tai biologisesta prosessista

Transkriptomiikan alalla Breakthrough-palkintoa on voittanut esimerkiksi Howard Chang, joka on professori Stanfordin yliopistossa ja on tehnyt merkittäviä löytöjä liittyen RNA:n luentaan, regulaatioon ja toimintaan. Hän on erityisesti keskittynyt non-coding RNA:n eli ei-koodaavan RNA:n tutkimukseen, joka on tärkeä osa transkriptomiikkaa.

On kuitenkin tärkeä huomata, että Breakthrough-palkintoja myönnetään monilla eri aloilla, eikä kaikkia palkinnon saajia voi tarkasti määritellä transkriptomiikan tutkijoiksi.

Minä: Milloin Howard Chen voitti breakthrough palkinnon?

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version): Howard Chang voitti Breakthrough-palkinnon vuonna 2018 yhdessä Jonathan Weissmanin kanssa heidän tutkimuksestaan liittyen RNA:n käännökseen ja luentaan.

Minä: Mikä on lähteesi

OpenAI/ChatGPT (Mar23 version):  Lähteeni on Breakthrough Prize -sivusto, jossa listataan kaikki Breakthrough-palkinnon saajat. Voit tarkistaa tiedot täältä: https://breakthroughprize.org/Laureates/1/P1/Y2018

ChatGPT:tä ei voi vielä käyttää tiedonhakuun. Se on harjoitettu antamaan selkeitä ja kielellisesti laadukkaita vastauksia, mutta alustan tarjoamat faktat voivat olla virheellisiä, eikä lähteitä ole mahdollista jäljittää. Jäämme vielä odottamaan tekoälyalustoja, joiden kielellinen kommunikaatiokyky on vähintään ChatGPT:n tasoa, mutta jotka pystyvät myös hakemaan faktoja ja esittämään todenmukaiset lähdetiedot.

1. Stokes JM, Yang K, Swanson K, Jin W, Cubillos-Ruiz A, Donghia NM, et al. A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery. Cell [Internet]. 2020 Feb;180(4):688-702.e13. Available from: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867420301021
2. Krenn M, Pollice R, Guo SY, Aldeghi M, Cervera-Lierta A, Friederich P, et al. On scientific understanding with artificial intelligence. Nat Rev Phys [Internet]. 2022 Oct 11;4(12):761–9. Available from: https://www.nature.com/articles/s42254-022-00518-3

Maria Hurskainen
Lastenkardiologi ja tutkija

Neuropatologina ja aivosairauksien tutkijana minua ihmetyttää, miten vähälle huomiolle ajankohtaisissa vaalikeskusteluissa on jäänyt yksi Suomen tulevaisuuden keskisimmistä haasteista, väestön ikääntyminen.  Financial Times raportoi vuonna 2019, että ”ikäpommi” tulee vaikuttamaan erityisen paljon juuri Suomessa. Vuoteen 2070 mennessä lähes 9 prosenttia Suomen väestöstä arvioidaan olevan yli 85-vuotiaita. Luulisi aiheen kiinnostavan kansalaisia ja poliitikkoja, varsinkin kun tiedetään, että tässä ikäryhmässä yhteiskunnalle kaikkein kalliimpien tautien eli aivosairauksien esiintyvyys on vähintään 30–40 prosenttia.

Työhöni neuropatologina kuuluu yhtenä osana aivorappeumasairauksien diagnosoiminen ruumiinavauksessa kerätyistä aivokudosnäytteistä. Työni kautta minulle onkin kertynyt poikkeuksellista näkemystä suomalaisten ikäihmisten aivosairauksista viimeisten 25 vuoden ajalta. Miltä ikääntymiseen liittyvät ongelmat sitten näyttävät neuropatologin silmin?

Ensinnäkin yli 85-vuotiaaksi elävien henkilöiden määrä on selvästi lisääntynyt viimeisten vuosikymmenten aikana. Kun sydän- ja verisuoni- sekä syöpätautien hoidot ovat merkittävästi kehittyneet, ihmiset yhä useammin saavuttavat korkean iän, sairastuen lopulta aivorappeumasairauksiin. Aivorappeumasairauksista on tullut yhä yleisempiä kansantauteja, ja tämä näkyy neuropatologien työmäärässä. Aloittaessani patologin uraani aivorappeumasairauksista kärsineitä vainajia oli tutkittavana ehkä 1–2 kertaa viikossa, kun taas nykyisin avaussalissa on useita tällaisia vainajia lähes joka päivä. Toisaalta yleinen tietoisuus aivorappeumasairauksista on lisääntynyt. On ihan tavallista, että omaiset toivovat kuoleman jälkeistä neuropatologista tutkimusta tai jopa geneettisiä selvittelyjä, jotta omaisen aivosairaus saataisiin luotettavasti diagnosoitua.

Toiseksi, tutkimuksen kehittyessä on selvinnyt, miten vähän hyvin iäkkäiden aivorappeumasairauksista edelleen tiedetään. Vasta viime vuosina on tunnistettu aivan uudentyyppisiä yleisiä aivorappeumasairauksia, joita voidaan toistaiseksi diagnosoida vain neuropatologisessa tutkimuksessa. Tällaisia sairauksia ovat limbinen TDP-43-enkefalopatia (LATE) ja primäärinen ikätauopatia (PART), joita molempia esiintyy väestöpohjaisten tutkimusten perusteella vähintään joka viidennellä yli 80-vuotiaalla. Ne koskettavat maailmanlaajuisesti jo nyt miljoonia ihmisiä. Tietämys näistä sairauksista on kuitenkin vasta lapsenkengissä.

Kolmanneksi, aivorappeumasairaudet ovat neuropatologin silmin poikkeuksellisen dramaattisia sairauksia. Monissa tämän ryhmän sairauksissa nähdään lähes koko neuraaliverkon olevan tietyillä aivoalueilla täynnä väärin laskostunutta proteiinia. Tähän liittyvä hermosolujen kuolema on usein erittäin laaja-alaista. On kuin aivoissa olisi käynnissä hallitsematon ketjureaktio. Näyttää ilmeiseltä, että näitä tauteja voidaan hallita vain kehittämällä tautiprosesseihin spesifisti vaikuttavia hoitoja, jotka täytyy aloittaa jo ennen kuin tautiprosessi on kunnolla alkanutkaan.

Alzheimer Research UK:n arvion mukaan aivorappeumasairauksien tutkimukseen käytetään tällä hetkellä vain noin kymmenesosa siitä rahoituksesta kuin syövän tutkimukseen. Yli kymmenkertainen ero syövän hyväksi näkyy myös, kun etsii PubMedista julkaisuja hakusanoilla  ”cancer” ja ”dementia”. Aivosairauksien tutkimuksessa ollaankin selvästi takamatkalla moniin muihin yleisiin tauteihin verrattuna. Tämä voi selittää, miksi hoidollisia läpimurtoja ei vielä ole saavutettu.

Äskettäisellä vierailullani NIH:iin sain kuulla, että Amerikassa aivosairauksien tutkimukseen on jo alettu panostaa selvästi aiempaa enemmän. Juuri nyt on oikea aika panostaa alan tutkimukseen myös Suomessa. Toivottavasti seuraava eduskuntakin näkee asian tärkeyden.

Liisa Myllykangas
Neuropatologian apulaisprofessori, ylilääkäri

Muutama vuosi sitten koronakriisin sulkiessa museoita, kirjastoja ja muita julkisia tiloja kaksi geneetikkoryhmää lähti toisistaan tietämättään eläintarhaan: tanskalainen ryhmä suuntasi Kööpenhaminan ja brittitutkijat keskienglantilaiseen Hamertonin eläintarhaan. Molemmat kantelivat mukanaan imureita, jotka imivät ilmaa tietynlaisten suodattimien läpi. Tanskalaisilla oli mukanaan paikallisten pellepelottomien itse rakentamia, noin järjestelmäkameran kokoisia yksinkertaisia laitteita.

Tutkijat halusivat testata kysymystä, jota kumpikin ryhmä oli alkuun pitänyt aivan päättömänä: leijuuko ilmassa tunnistettavia määriä eläinten DNA:ta? Kasvien DNA:ta ilmassa varmasti on, tämän ovat ainakin kaikki siitepölyallergikot tienneet jo pitkään. Eläimet harvemmin pölisevät sukusolujaan ilmaan sienten ja kasvien tavoin, mutta voisiko niidenkin DNA:ta lentää ilmassa? Eläintarhat olivat oivia näytteenottopaikkoja tämän tutkimiseen, sillä jos näytteestä löytyy vaikkapa okapin tai etelänpallovyötiäisen DNA:ta tutkija voi olla melko varma, että kyse ei ole ainakaan laboratoriossa tapahtuneesta kontaminaatiosta. Koronan karkotettua asiakkaat oli ihmis-DNA:kin normaalia pienempi ongelma.

Aivan kylmiltään näihin tutkimuksiin ei kuitenkaan lähdetty. Brittiryhmä oli nimittäin jo aiemmin osoittanut, että pienen eläinsuojan asukkaiden, tunneleissa elävien kaljurottien, DNA:ta voitiin havaita ilmanäytteistä (Clare et al. 2021). Näytteet oli kuitenkin kerätty suljetusta tilasta hyvin läheltä eläimiä ja eläintarhatutkimuksissa oli tarkoitus selvittää miten menetelmä toimisi oikeasti.

Tutkijat pöristelivät ilmaa suodattimiensa läpi ympäri eläintarhaa eri pituisia aikoja muutamista minuuteista tunteihin. Tanskalaisryhmä keräsi ilmanäytteet okapitallista, tropiikkitalosta ja ulkoa eläintarhan länsikolkasta, britit ottivat näytteet seitsemästä pisteestä sisältä ja ulkoa. Keräyksen jälkeen imurien suodattimet kiikutettiin laboratorioon ja niistä eristettiin DNA. Lajinmääritys perustui tekniikkaan nimeltä ”metaviivakoodaus” (metabarcoding), joka hyödyntää hyvin hitaasti muuttuvien perimän osien sekvenssitietoa (töissä käytettiin hyväksi kolmea mitokondriogenomin aluetta). Alueiden monistaminen onnistuu lajista riippumatta samoilla reagensseilla, mutta sekvensseissä on sen verran eroa (”viivakoodi”), että lajit voidaan tunnistaa. Uuden sukupolven sekvensointimenetelmät mahdollistavat kaikkien näytteessä olevien lajien sekvensoinnin ja tunnistamisen samanaikaisesti ilman ennakkotietoa (tähän viittaa metaviivakoodaus-termin ”meta”), aiemmin piti tietää etukäteen mitä lajia etsiä.

Kaikki pölisee
Molemmat ryhmät julkaisivat tutkimuksensa samassa Current Biology -lehden numerossa tammikuussa 2022 (Clare et al. 2022, Lynggaard et al. 2022). Tulokset olivat alkuun lyöneet ällikällä myös artikkelien kirjoittajat. Herakleitosta mukaillen: kaikki pölisee. Ilmassa lillui uskomattoman paljon eläin-DNA:ta, esimerkiksi tanskalaisryhmän okapisuojasta keräämissä näytteissä oli okapin lisäksi 22:n lajin DNA:ta. Suurin osa oli peräisin eläintarhan asukeilta, mutta myös eläinten ruuasta (mm. lohi ja särki) ja eläintarhan ulkopuolella liikkuvista otuksista, mm. kissoista, koirista, rusakoista ja vesimyyristä. Tutkijoita hämmästytti etenkin tropiikkitalon sisäilmassa havaittu miljoonakalojen DNA, joka sekin oli jotenkin kuplinut akvaariosta ilmaan.

Kaiken kaikkiaan tanskalaiset löysivät näytteistään 30 nisäkäslajin, 13 lintulajin, neljän kalan (suurin osa eläinten ruuasta) ja yhden matelijalajin DNA:ta. Eniten lajeja havaittiin ulkoilmanäytteissä ja jokaisessa suodattimessa oli tietysti myös ihmisen DNA:ta. Brittiryhmän tulokset olivat hyvin samansuuntaisia. Yleisesti DNA-määrän havaittiin olevan kääntäen verrannollinen etäisyyteen eläimistä, mutta havaintoja voitiin tehdä kaukaakin. DNA:n lähtöpistettä ei useinkaan voitu tietää tarkasti, mutta pisin todistettava etäisyys DNA:n kulkeutumiselle oli 245 metriä. Tutkijayhteisö otti nämä tulokset innostuneesti vastaan ja niistä uutisoitiin laajalti alkuvuodesta 2022 (esim. BBC, CNN).

YmpäristöDNA: molekyylikiikarit luonnon havainnointiin
Edellä kuvattujen innovatiivisten ilmatutkimusten perusidea ei kuitenkaan ollut uusi, vaikka näytetyyppi olikin. Ilma voidaan itse asiassa nähdä vain viimeisimpänä lisäyksenä ympäristöDNA:n (environmental DNA, eDNA) työkalupakkiin. YmpäristöDNA-tutkimuksia on tehty jo 1990-luvulta lähtien monenlaisista näytteistä, kuten maa- ja järvisedimenteistä, jäätiköistä, maaperästä ja vesistöistä. Viimeisen vuosikymmenen aikana DNA-sekvensointimenetelmien ja tietokoneiden laskentatehon kehitys ovat antaneet eDNA-tutkimuksille vauhtia ja tehneet siitä rutiinia, myös Suomessa. Esimerkkeinä tästä voidaan mainita, että viime vuonna SYKE julkaisi eDNA-tekniikoiden hyödyntämisestä tiekartan vuosille 2022–2025 ja helmikuussa Suomen Kulttuurirahasto jakoi kaksi miljoonaa euroa kohdennetusti ympäristö- ja muinaisDNA-tutkimukseen (tiedekunnassamme apurahan sai prof. Antti Sajantilan tutkimusryhmä).

YmpäristöDNA-tutkimuksista erityisesti sedimentti- ja jäätikkötutkimukset ovat antaneet paljon tietoa menneisyyden ekosysteemeistä, mutta viime aikoina erityisesti vesistötutkimusten merkitys on kasvanut ja niiden menetelmät ovat vakiintuneet. Vesi-eDNA:lla on nimittäin nykymaailmassa tärkeä käytännön sovellutus: biodiversiteetin eli lajikirjon monitorointi. Vesi-eDNA on kehittynyt tehokkaaksi, jopa vaivattomaksi keinoksi paljastaa lajien esiintyminen tietyllä vesialueella. Kun puhutaan pinnan alla luuraavista pienistä ja harvinaisista otuksista, voi lajin läsnäolon osoittaminen suoraan havainnoimalla kuluttaa merkittävästi aikaa, rahaa ja hermoja – niin kenttäbiologien kuin kohdeotustenkin. Vielä tätäkin vaikeampaa on osoittaa lajin puuttuminen joltain alueelta. Nyt asian voi hoitaa otuksia suuremmin häiritsemättä kopaisemalla rannasta lusikallisen vettä ja vetäytymällä laboratorioon. Vesinäytteiden eDNA:ta on käytetty myös uhanalaisten lajien kaupan selvittämiseen. Hongkongilaisen kalatorin hulevesien DNA kertoi tutkijoille vähän erilaisesta valikoimasta kuin Kauppatorilla: 157 kalalajia, joiden joukossa oli useampia uhanlaisia ja laittomasti pyydettyjä lajeja, myös kotoisia ankeriaitamme Anguilla anguilla. Äärimmäisin esimerkki lajinosoitustutkimuksesta puolestaan lienee australialaisen Neil Gemmellin yritys löytää Loch Nessin hirviön DNA:ta järven vesinäytteistä. Tutkimuksessa paljastui valitettavasti vain se, että järvessä on paljon ankeriaita. Tulos sai sekä tutkijat että Nessie-uskovaiset sitten tietysti pohtimaan, olisiko järven kuulu hirviö jättiläisankerias.

Tänä päivänä uhanalaisten lajien lisäksi vähintään yhtä tärkeää on havaita haittaeläimet. Erityisesti haitallisten vieraslajien torjunnassa eDNA on osoittanut voimansa (kts. esim. USA:n sisäministeriön mietintö 2022). DNA pystyy kielimään lajin läsnäolon jo varhaisessa vaiheessa, siis silloin, kun eläimiä ja ongelmia on vielä vähän ja torjunta on helpompaa.

Tarpeellinen työkalu
Tanskalaisten ja brittien eläintarhatutkimusten jälkeen ilma-eDNA:n on povattu nousevan vesi-eDNA:n veroiseksi työkaluksi biomonitorointiin. Itse asiassa ilma-eDNA:sta odotetaan pelinkääntäjää, joka tulee muuttamaan ympäristökartoitusten koko tekotavan. Tutkijat spekuloivat sen soveltuvan paitsi harvinaisten ja/tai piilottelevien eläinlajien havainnointiin myös kokonaisten eliöyhteisöjen kartoituksiin. Tieto lajien esiintymisestä on tärkeää paikallisille suojelutoimille, mutta myös globaalisti. Olemme keskellä kiihtyvää biodiversiteettikatoa, jota hyvällä syyllä kutsutaan elämän historian kuudenneksi sukupuuttoaalloksi. Sen pysäyttämiseksi on toistaiseksi niukalti paitsi tahtoa, myös tietoa, mikä on tunnistettu myös YK:n kestävän kehityksen tavoiteohjelmassa. On arvioitu, että tiede tuntee tällä hetkellä vain neljäsosan maapallolla elävistä lajeista. Erityisen heikosti tunnetaan hyönteiset, sillä vain miljoona ehkä jopa 30 miljoonasta maailman hyönteislajista on kirjoissa ja kansissa. Muitakin eliöitä elää ympärillämme, ainakin toistaiseksi, hämmentäviä määriä, eikä meillä ole niistä juuri hajua. Arvatkaapa: kuinka monen lajin DNA:ta Lontoon Natural History Museumin tutkijat löysivät kahvikupillisesta multaa? Jälkensä multakikkareeseen oli jättänyt 5672 eliölajia, mukana mm. 995 sieni-, 620 sukkulamato-, 296 niveljalkais- ja 12 matolajia sekä valtavasti erilaisia yksisoluisia leviä ja alkueläimiä. Ja tämä multa oli peräisin Lontoon keskustasta!

Yhtenä esimerkkinä uusista laajoista biodiversiteettikartoituksista on vuonna 2020 startannut Helsingin Yliopiston, SLU:n (Sveriges lantbruksuniversitet Uppsalassa) ja Duken yliopiston (USA) koordinoima LIFEPLAN-hanke. Hankkeessa 100 vapaaehtoisryhmää ympäri maailmaa kerää kuuden vuoden ajan näytteitä ja havaintoja lajeista eri tavoin. Projekti toimittaa kerääjille näytteenottovälineet: ansakeräimet hyönteisille, putket maaperänäytteille, äänitallentimet, riistakamerat – ja ilma-eDNA:n keräimet. LIFEPLAN:ssä ilmanäytteistä etsitään kuitenkin ”vain” sienilajeja.

DNA siivouskaapeissamme
Kuten vesi-eDNA:n kohdalla aiemmin, ilma-eDNA-menetelmien vakiintuminen ja yleistyminen vaatii vielä tutkimusta ja työtä. Toistaiseksi on epäselvää, kuinka pitkälle DNA leijuu missäkin ympäristössä, miten kontaminaatiota voidaan estää ja kuinka kauan DNA säilyy kehon ulkopuolella analyysikelpoisena. Epäilemättä nämä tullaan selvittämään, ja sen jälkeen ilmassa leijuvan DNA:n käyttömahdollisuuksista voivat innostua muutkin kuin luonnontieteilijät.

Kuten luonnonsuojelussakin, yksi mahdollinen ilma-eDNA:n sovellus voisi olla haittaeläinten torjunta. Ehkä tulevaisuuden tuholaistorjujat toimittavat asiakkailleen ilmaimurit jauhokoisien, riisihäröjen, koiden tai luteitten havaitsemiseksi. Itse asiassa tuholaistorjujalle voisi riittää piipahdus asiakkaan siivouskomerossa: brittieläintarhassa DNA:ta keränneen ryhmän vetäjä Elizabeth Clare on huomauttanut, että DNA-keräinten suodattimet ovat hyvin samankaltaisia kuin HEPA-suodattimet, eli kotona luuraavien lajien DNA:t ovat löydettävissä pölynimureistamme (meidän imuristamme löytyisi koiraa, paljon mustaa koiraa). Taloudellisesti vielä merkittävämpää voisi olla vilja- ja muiden ruokavarastojen sisäilman monitorointi hiiri-, rotta- ja sieniongelmien varalta. Mikäli tekniikka kehittyy todella suoraviivaiseksi, sen voisi kuvitella nousevan omakotitalojen kuntokartoittajien työkalupakkiin (homesienet, tuhohyönteiset). Ja yhtä lailla ilma-eDNA-tutkimuksilla voitaisiin seurata myös hieman toisentyyppisiä haittaeliöitä eli ihmisen taudinaiheuttajia nykyisten jätevesitutkimuksien tapaan.

Ilma-eDNA-tekniikoiden vakiinnuttua voisi niiden soveltamisesta kiinnostua tosissaan myös poliisi. Jos näytteistä voi monistaa useiden otusten lajispesifejä DNA-pätkiä, voisi niistä myös eristää myös yhden lajin yksilöspesifistä DNA:ta. Imurointituokio, tai se piipahdus siivouskomerossa, voisi siis paljastaa, onko vaikkapa rikoksesta epäilty oleillut tietyssä huoneistossa ja kenen kanssa. Tämä on tavallaan orwellillainen visio, mutta toisaalta vielä aika kaukana siitä, mitä puhelimistamme saadaan selville jo nyt. Kun ranskalainen Edmond Locard (1867–1966) satakunta vuotta sitten muotoili rikostutkinnassa edelleen pätevän perusperiaatteen ”jokainen kontakti jättää jäljen”, hän tuskin pystyi kuvittelemaan, että jälkiä voi jättää myös ilmaan.

Näköaloja ilma-eDNA tekniikan hyödyntämiselle on siis jo laajalti. Brittien ja tanskalaisten eläintarhareissut ovat hyviä esimerkkejä fiksusta perustutkimuksesta: idea oli innovatiivinen mutta simppeli, ja onnistuessaan mahdollisia sovellutuksia paljon. Matka perustutkimuksesta  soveltamiseen vaikuttaa tässä tapauksessa myös poikkeuksellisen selkeältä. Nykypäivänä projekteihin, missä tuloksia ei voida taata ennalta on vain vaikeaa saada rahoitusta. Eläintarhatutkimustenkin kohdalla rahoitukset myönsivät vasta kaksi ”high risk – high reward”-projekteihin erikoistunutta rahoituslähdettä (Tanskassa The Villum Experiment Programme). Jälkiviisaus on huonointa viisautta, mutta silti voisi sanoa, että kyllä kannatti!

Jukka Palo, oikeusgenetiikan dosentti
HY/THL

Ruotsalainen evoluutiotutkija ja paleogeneetikko Svante Pääbö sai Lääketieteen ja fysiologian Nobel palkinnon 2022. Palkinto oli tunnustus muinaistutkimukselle, ja evoluutiohistorian merkitykselle lääketieteessä. Kiinnostavia näkökulmia Pääbön tutkimuksessa riittää. Yksi niistä on ihmisen ravinnonkäytön evoluutiohistoria.

Perinteisesti muinaisten metsästäjä-keräilijöiden ravintoa on tutkittu arkeologisilla kaivauksilla löytyneiden saalislajiston jäänteiden avulla. Niistä näkyy esimerkiksi, että Suomessa kivikaudella etelärannikolla syötiin jääkaudella hylkeitä, kun taas sisämaassa hirven, majavan, jäniksen ja metsäpeuran osuus ykkössaaliina vaihteli ajan saatossa. Kivikautisista tunkioista saatava tieto rajoittuu vain lihanlähteisiin.

Muinaisista rasvan lähteistä on saatu tietoa keramiikka-astioiden pinnalta raaputettujen rasvahappojen avulla. Rasvaisten kalojen ja riistan lisäksi yllättäen jo varsin varhain karjasta saatu maito on ollut rasvan lähde Suomessakin.

Arkeologiset menetelmät antavat vain vähän tietoa kasvisravinnosta. Verrattain uutena tutkimuskohteena on muinainen hammaskivi ja siihen tarttuneet kasvien mikrofossiilit. Arkeologinen aineisto ei myöskään kerro eri ravintolähteiden tärkeydestä tai muutoksista ihmiskeholle. Nykyihminen pystyy käyttämään pääasiassa hiilihydraatteja ja rasvoja energianlähteenään.

Geenit kertovat sopeumista

Ruuansulatukseen liittyvät geenit ja niitä säätelevät geenialueet kertovat evolutiivista sopeumista. Nobelisti Pääbön tutkimusten mukaan niiden evoluutio kiihtyi, kun ihmisapinoiden linjan avainsopeuma, suhteellisen isot aivot, alkoi kehittyä. Sekä perimässä ja nykyihmisen fysiologiassa näkyy sopeumia sekä tehostuneeseen kasviperäisen tärkkelyksen käyttöön että lihansyöntiin.

Varhaisten ihmisten lihansyönti alkoi mitä ilmeisemmin muiden petojen tappamista raadoista. Ihmisen mahalaukun poikkeuksellisen hapan pH (alle 2) on lähempänä haaskansyöjille kun petoeläimille tyypillistä arvoa. Raadonsyöjien mahalaukun erityinen happamuus torjuu ravinnon mukana tulevia taudinaiheuttajia.

Lihansyöntiin sopeutumisesta kielii myös se, että ihmisen perimä on sopeutunut hiilihydraatin puutteessa hyödyntämään eläinperäistä ravintoa energiakseen. Rasvasta voidaan muodostaa ketoaineita, jota voidaan käyttää glukoosin sijaan energiaksi. Sopeuma auttaa esimerkiksi pohjoisen ihmisiä selviämään lyhyitä talvijaksoja ilman hiilihydraatteja. Ihmisellä on myös lähisukulaisiaan suurempi määrä rasvaa kehossaan, mikä mahdollistaa paastoamisen ja kehon rasvojen muuttamisen ketoaineiksi.

Tärkkelyspitoisen kasvisruuan, kuten juurien ja mukuloiden, syönti yleistyi tulen käytön myötä. Ihmisen geeneihin tuli muutoksia, jotka liittyvät foolihapon synteesiin ja haitallisten glykosidien käsittelyyn. Maanviljelyksen myötä tärkkelyksen pilkkomiseen osallistuvan amylaasin geenit monistuivat.

Suurina määrinä nautitut sakkaroosit, eli valkoinen sokeri, ovat tulleet ihmisravintoon vasta muutamia satoja vuosia sitten. Niihin ihmiselimistö ei ole ehtinyt sopeutua.

Maapallolle terveellinen on myös ihmiselle terveellistä

Nykypäivänä 820 miljoonaa ihmistä kärsii aliravitsemuksesta, vielä suurempi joukko kärsii liian yksipuolisesta ravinnosta tai liiasta ravinnosta. Ylen- ja alensyöminen aiheuttavat enemmän kuolemia kuin sukupuolitaudit, tupakka, viina ja huumeet yhteensä. Ilmastokriisin ja luontokadon edetessä täytyy myös yli 8 miljardisen ihmiskunnan ravinnon tuotossa huomioida Maapallon terveys.

Lancetin Eat-raportin mukaan ravinnontuotanto saadaan kestäväksi lisäämällä ravintoon kaksinkertainen määrää terveellisiä ravinnonlähteitä, kuten vihannekset, hedelmät ja pähkinät, ja vastaavasti vähentämällä reippaasti lihan ja sokerin osuutta. Planeetan ja ihmiskunnan terveys vaativat onneksi samansuuntaisia muutoksia.

Ympäristölääketiede tarvitaan myös osaksi lääketieteen koulutusta. Helsingin yliopiston opettajakunta on reagoinut tähän. Lääkiksen opiskelijoille on tarjolla viiden opintopisteen opintojakso planetaarisesta terveydestä. Lisäksi opiskelijoilla on mahdollisuus opiskella maailmanlaajuisia ravintosuosituksia ja planeetan kestävyyttä kansainvälisessä yhteisössä Columbian yliopiston ja ICEP ohjelman puitteissa (https://www.internationalcollaborationexchange.org). Myös tästä saa opintopisteitä lääketieteenlisensiaatin tutkintoon. Yliopistolla tutkitaankin terveydenhuollon mahdollisuuksia osallistua kestävään kehitykseen (esim. https://blogs.helsinki.fi/humusproject/).

Suvi Viranta
dosentti, anatomian vanhempi yliopistonlehtori

Aloitin urani vuonna 1977 kesäkandina KYS:n patologian osastolla. Kari Karkola teki naapuripöydällä oikeuslääketieteellisiä avauksia. Kesästä tuli elämäni oudoin. Olin vuokrannut mökin Kallaveden rannalta. Kävin joka päivä kalastelemassa verkoilla ja virvelillä. Kalaa tuli rutosti. Yhtenä aamuna Karin pöydällä makasi naapurimökin isäntä, jonka vaimo oli tappanut Halosen karhupatsaalla. Vaimo joutui tietysti Niuvanniemen vankimielisairaalaan, jossa hän tappoi itsensä hyppäämällä ikkunasta – ja ilmestyi naapuripöydälle. Loppukesän uistelin heidän verkkojaan, jotka olivat täynnä mätäneviä kaloja.

Seuraavaksi naapuripöydän täytti helsinkiläinen nuori poika, joka oli tullut mummolaan kylään lähelle meitä. Yöllä oli kova ukkosmyrsky ja salama iski mökkiin. Mummo putosi sängystä, mutta poika kuoli salamaniskuun. Ihmettelin miten vähän salama jättää jälkiä ruumiiseen.

Seuraavaksi nostettiin pöydälle kolme miestä, joiden auto paiskautui mökkitien mutkassa ulos. Autoa ajoi rattijuoppo. Eikä tässä kaikki.

Kesätyö loppui ja palasimme Helsinkiin. Viikko lähtömme jälkeen vuokramökki paloi poroksi ilmeisesti sähkövian seurauksena. Meillä oli hyvä tuuri, ettemme palaneet sinne mökkiin. Sittenpä perheeni olisi ollut itse naapuripöydällä.

Tulin seuraavina ja taas seuraavina kesinä patologian laitokselle Helsingissä. Sille tielle sitten jäin ja ensimmäisestä kesästä on nyt kulunut 45 vuotta. Ylilääkärin pestini HUS Diagnostiikkakeskuksessa päättyy 7. päivä ensi maaliskuuta eli aamukammassani ei ole enää montakaan piikkiä.

”Tuo on mun juttu!”

Olen koko elämäni tehnyt kahta asiaa – patologiaa ja kehitysbiologiaa. Näitä teemoja sitoo monikin asia. Ensimmäinen oli patologian professori Lauri Saxénin luento induktiivisista vuorovaikutuksista sikiön kehityksen aikana. Tuo ensimmäisen vuosikurssin luento oli ”brain blowing”. Haukoin henkeä anatomian laitoksen luentosalissa. ”Tuo on mun juttu!” Toinen on se, että kehitysbiologinen tutkimus auttaa ymmärtämään ihmisen epämuodostumien syntymekanismeja.

Valmistumisen jälkeen rupesin erikoistumaan patologiaan ja siinä sivussa tekemään väitöskirjaa munuaisen erilaistumisesta – tietysti Laurin eli Tupun ohjauksessa. Toinen ohjaajani oli Peter Ekblom, jonka väitöskirjan oli Tupu myös ohjannut. Elämän tai oikeastaan kuoleman ihmeitä on, että kumpikin kuoli (suuresta ikäerosta huolimatta) muutaman kuukauden sisällä syksyllä 2005. Eikä tässäkään vielä kaikki.

Olin erikoistunut lastenpatologiksi ja istuin mikroskoopin ääressä lastenklinikan työhuoneessani vuonna 1993. Oveen kolkutettiin. Sisään astui professori Erkki Savilahden saattamana kiinalainen nainen. Erkki esitteli minulle Xiajuan Mengin. Erkki sanoi, että Xiajuan alias ”Juan” haluaisi tehdä mitä tahansa työtä. Juanin englanti oli surkeaa. Sain vaivoin selville, että hän oli pekingiläinen lastenkirurgi, jonka aviomies oli tullut Nokialle töihin. Mietin vähän aikaa. Kielitaito oli lähellä nollaa, mutta lastenkirurgilla täytyy olla hyvät kädet ja työmotivaatiokin näytti olevan kohdallaan.

Olimme juuri perustaneet Rauvalan Heikin kanssa transgeenisten hiirten laboratorion Suomen Akatemian rahoituksella. Siellä oli käväissyt parikin ihmistä harjoittelemassa mikroinjektiota, mutta huonolla menestyksellä. Injektorin ei tarvitse puhua – päinvastoin. Se voisi häiritä työntekoa. Niinpä Juan palkattiin injektoriksi.  Muutamassa kuukaudessa laboratorio oli täydessä vauhdissa ja ensimmäiset transgeeniset hiiret syntyivät. Olimme Heikin kanssa sopineet, että transgeenisen yksikön ensimmäisen vuoden aikana tehdyissä artikkeleissa olisivat mukana myös injektorit, koska he ovat niin keskeisessä asemassa. Niinpä Juanin ensimmäinen artikkeli oli British Journal of Cancer-lehdessä. Ei huono startti.

Laboratorioni muutti Biotekniikan instituuttiin 90-luvun alussa ja kliininen työ supistui sikiöavauksiksi, joita tein nuppikorvauksella. Yhtenä päivänä Juan tuli luokseni ja sanoi hyvällä englannin kielellä: ”I want to start my own research.” ”That is great to hear”, vastasin. Minun ja Mart Saarman ohjaama väitöskirja valmistui vuonna 2001 ja hyväksyttiin kunniamaininnalla. Se käsitteli siittiöiden kantasolujen erilaistumisen säätelyä ja yksi osajulkaisu tuli ulos Science-lehdessä.  Kirja sai kaikki mahdolliset palkinnot: Helsingin yliopiston parhaan biolääketieteellisen väitöskirjan palkinnon, yliopiston innovaatioyksikön palkinnon ja lääketieteellisen tiedekunnan vuoden parhaan väitöskirjan palkinnon. Juan kuoli nopeasti levinneeseen syöpään 42-vuotiaana 27.12.2005. Hautaan meni kolme työtoveria kolmen kuukauden sisään.

Vuosituhannen vaihteessa muutin takaisin Meilahden kampukselle, kun Biomedicumista annettiin hyvät labratilat, professuuri lääkiksessä ja sivuvirka patologialla. Kliinisen työn ohessa tein yliopiston erilaisia hallinnollisia tehtäviä ja johdin viime vuoteen DSHealth tutkijakoulua. Vuoden vaihteessa tohtorikoulutus uudistui ja aikaisemmat neljä tutkijakoulua yhdistettiin Helsingin yliopiston tutkijakouluksi. Yliopistourani loppui täytettyäni viime syyskuussa 68 vuotta. Lastenpatologin ura loppuu nyt maaliskuussa ja viimeiset kuukaudet ovat menneet teemalla ”loppuu se, se ja se”. Eilen oli viimeinen tuumoritiimi, ensiviikolla viimeiset ruumiinavaukset ja sitä rataa. Tämä on viimeinen viikon juttuni. Kirmo Wartiovaara otti viikon juttu blogivastuun viime vuonna, joten blogi jatkaa hyvissä käsissä.

Sanon kuin delfiinit jättäessään maapallon Douglas Adamsin Linnunradan liftarin käsikirjassa: ”Heippa ja kiitos kaloista.”

Hannu Sariola
emeritusprofessori, lääketieteellinen tiedekunta, Helsingin yliopisto
lastenpatologian ylilääkäri, HUS Diagnostiikkakeskus

Lasten patologian ja syövän hoidon kehitys

1970-luku: Diagnostiikan ainoat välineet olivat histologia ja sytologia

1980-luku: Kehitettiin immunohistokemia, missä diagnoosi perustuu esimerkiksi kasvaimen proteiinien tunnistamiseen

1990-luku: Ensimmäiset molekyylipatologian menetelmät tulivat mukaan diagnostiikkaan, kuten FISH- ja fuusiogeenikoettimet.

2000-luku: Molekyylipatologia kehittyi nopeasti ja käyttöön otettiin syöpägeenipaneelit.

2010-luku: Syövän aiheuttajamutaatioiden eli ajurien etsintä eksomisekvensoinnilla. Genomitiedon ottaminen mukaan syöpädiagnostiikkaan ja ennusteen arviointiin

2020-luku: Ajuriperusteisen hoidon vakiintuminen lasten kiinteiden kasvainten hoidossa. Sitä kutsutaan myös kasvainagnostiseksi hoidoksi, jossa hoito kohdistetaan ajuriin riippumatta histologisesta diagnostiikasta.

Lasten leukemioiden ennuste on parantunut vuoden 1977 30%:sta vuoden 2020 90%:iin. Lasten kaikkien syöpien keskimääräinen ennuste on nyt 84%.

”Geeniterapian pimeä keskiaika on päättymässä”, kirjoittaa tiedelehti Nature. Onneksemme tämä alho ei kestänyt yhtä kauan kuin historiallinen vertauskuvansa. Vuonna 1972 visioitu hoitomenetelmä on innostanut lähes loppumattomilla lupauksilla monia kokeilijoita, ja 1990-luvulla saadut ensimmäiset tulokset näyttivät lupaavalta. Ehkä liiallinenkin innostus kostautui pian, kun muutamaan eri tautiin kokeiltu virushoito aiheutti vakavia haittoja ja jopa kuolemia. Seurauksena ongelmista tapahtui heilurin liike toiseen ääriasentoon, kiristyneet määräykset ja ennen kaikkea geeniterapian ja sen tutkimuksen rahoituksen voimakas vähentyminen.

Geeniterapia tarkoittaa useimmiten tapaa saada solun sisään perintötekijä, joka tuottaa toimivaa proteiinia. Tätä tarvittaisiin esimerkiksi siitä syystä, että henkilö on perinyt geenivirheen, joka aiheuttaa proteiinin puutteesta johtuvan synnynnäisen taudin tai sen riskin. Muitakin syitä on, kuten esimerkiksi syövän hoito.

Geenien saamiseksi solujen sisään on tarjolla monia eri teknisiä vaihtoehtoja. Suuri osa yrityksistä on tähän asti tehty käyttämällä erilaisia virusvektoreita, sillä virukset ovat kehittyneet satoja miljoonia vuosia tehokkaiksi geeninsiirtäjiksi. Erilaisia viruksia on lisäksi hyvin monenlaisia, joista voidaan valita kuhunkin käyttötarkoitukseen parhaiten sopivat. Koronapandemian mRNA-rokotteissa käytettävät lipidipartikkelit sopivat myös geeniterapiaan.

Länsimaissa on alkuvuonna 2023 tarjolla 14 eri myyntiluvan saanutta tuotetta, joilla voidaan hoitaa mm. perinnöllisiä silmä-, hermo-, maksa- ja veritauteja sekä syöpää. Lisäksi käynnissä on satoja eri potilaskokeita, joista osa on antanut hyvin lupaavia tuloksia. Tuore raportti faasin 3 tutkimuksesta kertoo, että perinnöllinen vaikea rakkulatauti epidermolysis bullosa reagoi hyvin iholle levitettävään geenivoiteeseen.

Tuhansia tautigeenejä tunnetaan

Uuden geenihoidon kehityksen voi jakaa kolmeen vaiheeseen:

1. Taudin syyn selvittäminen
2. Toimivan korjausmenetelmän kehittäminen
3. Hoidon saaminen markkinoille

Kohta yksi tarkoittaa diagnostiikkaa, joka perustuu pitkälti DNA-emäsjärjestyksen selvittämiseen eli sekvensointiin. Tämä on tekniikoiden huiman parantumisen takia jo hyvässä vauhdissa. Olemme tunnistaneet yli 7000 eri perinnöllisen taudin aiheuttajageeniä, ja melko usein yksittäinen potilaskin saa sairaudelleen tarkan molekyylitason diagnoosin perinnöllisyys- tai muulta lääkäriltä.

Toimivien geenikorjausmenetelmien keksiminen ja kokeileminen on enemmän biotekniikan ja molekyylibiologien heiniä. Vuosikausien tutkimus- ja kehitystyö näkyy myös tämän kakkosvaiheen edistymisenä. Virologinen tietämys, DNA-insinöörien menetelmät ja perustutkimus monella alalla, esimerkiksi polymeerikemiassa, ovat kaikki edistyneet ja alkavat kantaa hedelmää.

Lupaprosessi ei ole pikkuasia

Lääkekehityksen kolmas, yhteiskunnan toimintaa koskeva vaihe on osoittautunut yllättävän työlääksi. On selvää, että emme saa yhtään uutta lääkettä käyttöömme, mikäli niitä valmistamaan ei löydy yrityksiä. Jos lääkkeelle on vaikea saada myyntilupaa, yksikään yritys ei käytä rahaa sen kehittämiseen. Tämän vuoksi geenilääkkeiden lupaprosessi ei ole pikkuasia.

Myyntiluvan ehtona on todistettu turvallisuus ja teho. Perinnölliset sairaudet eivät kuitenkaan ole kovin yleisiä, ja lääkekokeisiin on hankala rekrytoida satoja tai tuhansia potilaita, jos diagnooseja on vain muutama vuodessa. Lupaviranomaiset ovatkin joutuneet kehittämään uuden, ns. ehdollisen myyntiluvan. Tässä mallissa pienehköjen onnistuneiden kliinisten kokeiden jälkeen yritykset voivat myydä lääkettä ja saada tuloja, mutta joutuvat keräämään terveystietoja hoidetuista esimerkiksi viiden tai jopa viidentoista vuoden ajan. Malli näyttää osoittautuneen toimivaksi.

Geenilääkkeiden nousukiito herättää myös monia, osittain vanhoja, eettisiä ja moraalisia kysymyksiä. Yhteiskunnat joutuvat ottamaan kantaa mm. siihen, paljonko esimerkiksi henkeä pelastava lääke saa maksaa. Lähes kaikki uudet geeniterapiat ovat erittäin kalliita, jopa miljoonien hintaisia. Toisaalta niitä käyttämällä on mahdollista hoitaa kerta-annoksella potilaan loppuiän kallis lääkitys. Geenejä lisäämällä, ja varsinkin niitä muokkaamalla voitaisiin periaatteessa muuttaa myös sukusoluja, mikä on ainakin tällä haavaa kiellettyä.

Pimeän keskiajan jälkeen geeniterapiakokeiden hyvät tulokset näkyvät. Euroopan lääkevirasto arvioi uusia myyntilupia myönnettävän nyt noin viiden lääkkeen vuosivauhtia, ja trendi on kasvava. Näillä markkinoilla olevien yritysten vuosiliikevaihdon ennustetaan nousevan nykyisestä 5,3 miljardista lähes 20 miljardiin viidessä vuodessa. Voi mennä aikaa, että geeniterapia on tavallista sairaanhoitoa, mutta siihen suuntaan ollaan menossa.

Kirmo Wartiovaara

dosentti, Helsingin yliopisto, perinnöllisyyslääkäri, HUS

Mitä tarkoittaa logo: HUS / HY yhteistyössä? Vastaus voi olla vastuu ja toteutus kaikkein vaativimman erikoissairaanhoidon toteuttamisesta, perustuen kaikkein viimeisimpään tutkimustietoon. Näin asia todennäköisesti mielletään. Silloin keskiössä on potilas, niin kuin yliopistosairaalassa tulee olla, joka saa parhaan mahdollisen yliopistolliseen tutkimustietoon perustuvan hoidon.

Mutta onko siinä kaikki? Harvoin pitkälle kehittyneelle yhteystyölle löytyy vain yksi vastaus. Jos listaa pitää pidentää, seuraavaksi tulee ehkä mieleen erikoislääkärikoulutus. HUS on Suomen suurin erikoislääkärikouluttaja, HUSissa erikoistuu n. 1500 lääkäriä edustaen 50 erikoisalaa. Lisäksi yleislääketieteen ammatillisen jatkokoulutuksen kehittäminen ja koordinointi on osa HUSin toimintaa. Erikoislääkärikoulutus on yliopiston toimintaa, joka toteutetaan erikoisalan oppiaineen kuten esim.  lastentautien, sisätautien tai kirurgisten alojen professoreiden ohjauksessa. HUSin ja Helsingin yliopiston yhteistyö on myös tiivistynyt erikoistuvien kouluttajalääkäreiden toimesta, koska HUS ja Helsingin yliopisto ovat sopineet henkilöstöresurssien ohjaamisesta tukemaan erikoislääkärikoulutusta.

Finns det ytterligare andra HUS / HU samarbetsformer? Vid medicinska fakulteten vid HU påbörjar årligen 160 medicine studerande sina studier. I detta ingår även HU:s nationella ansvar att utbilda svenskspråkiga läkare för att tillgodose behovet av svenskspråkig läkare i Finland, vilket i praktiken betyder att 25% av alla medicine studerande vid HU studerar på den svenska linjen. Vid HU undervisas studerande av professorer och kliniska lärare som har anställningsförhållanden såväl vid HUS som vid HU, men studerande undervisas tillika även av ett stort antal specialister vid HUS, eftersom patienterna och den specialiserade sakkunskapen finns där.

Vid HUS praktiserar och studerar över 1000 studerande inte endast inom medicin, utan även inom odontologi, psykologi, logopedi samt translationell medicin. Förutom samarbetet med HU handhar HUS även praktikplatser för social och hälsovårdsbranschen för ca 5000 yrkeshögskolestuderande innefattande akutvårdare, barnmorskor, sjukskötar- och hälsovårdstuderande, fysioterapeuter, ergoterapeuter, röntgenskötar- och bioanalytiker, munhygienist-, fotterapeut- och hjälpmedelsteknikpraktikanter, vilket således är en viktig del av yrkeshögskolornas praktikundervisning.  HUS och HU är även inriktad på multiprofessionella undervisningsformer.

HUSilla on myös lakisääteinen vastuu järjestää Helsingin yliopiston opetukseen ja tutkimukseen soveltuvia tiloja. Uusi juuri valmistuva Siltasairaala, joka tähän mennessä on HUSin suurin rakennusprojekti, tarjoaa sekä opetukseen että tutkimukseen erinomaiset, hyvin varustetut ja tarkoituksenmukaiset opetus- ja tutkimustilat opettajien ja tutkijoiden käyttöön.

Tutkimus on Helsingin yliopiston ydintoimintaa, mutta myös siihen tarvitaan yhteistyötä. Kliiniseen tutkimustyöhön liittyy potilaita, joko suoraan tai välillisesti. Helsingin yliopiston lisäksi HUS tukee rahallisesti lääketieteellistä tutkimusta hyvin merkittävästi HUSin yksiköissä, näin ollen myös yliopiston väitöskirjatekijöitä ja dosentteja. Vanha slogan ”tämän päivän tutkimustyö on huomisen hoito” ei ole vanhentunut, koronakin osoitti tämän, kuinka usein esim. Helsingin yliopiston virologian tutkimustyö on aikaisemmin noussut uutisotsikoihin?

Yllä olevan perusteella on mielenkiintoista, että sotevalmistelussa yliopistosairaalan ja yliopiston yhteistoimintaa ei määritelty, ja se suorastaan unohtui. Soteuudistuksen uutis- ja tiedotesivustoilla tämä asia on nyt kuitenkin ajankohtainen, valtiovarainministeriön pyytäessä lausuntoa ylisopistosairaalalisästä.

Tiedotteesta voi lukea että ”Yliopistosairaalalisä kohdennetaan yliopistollista sairaalaa ylläpitäville hyvinvointialueille ja Helsingin kaupungille niiden asukasluvun perusteella. Yliopistosairaalalisä olisi näillä alueilla asukasta kohden 34 euroa”. Summaan en ota kantaa, mutta tervetullutta on, että tiedostetaan, että opetuksella, koulutuksella ja tutkimuksella on hinta myös yliopistosairaalassa, josta myös yliopisto on riippuvainen. Yliopistosairaalan ja yliopiston opetus ja tutkimus on ja tulee aina olemaan yhteistyötä.

Nina Lindfors
dosentti, Helsingin yliopisto
opetus- ja tutkimuslinjajohtaja sekä käsikirurgian, ortopedian ja traumatologian erikoislääkäri, HUS Tukielin ja plastiikkakirurgia
prosessikemian DI

Saamme kiittää lääketieteen nopeaa kehitystä siitä, että olemme keskimäärin terveempiä ja elämme pidempään kuin aikaisemmat sukupolvet. Toki kaikki kehitys ei ole vain lääketieteen ansiota vaan taustalla on myös yleinen koulutustason ja ihmisten terveystietoisuuden nousu.

Yksi merkittävä lääketieteen nopean edistymiseen vaikuttanut ja vaikuttava tekijä on ollut alan tutkimuksen laadullinen ja määrällinen kehitys. Tutkimusmenetelmien modernisoinnin yhtenä juonteena on ollut taistelu ihmisen subjektiivisten kokemusten tuomaa harhaa vastaan. Ihmismieltä kun on niin helppo harhauttaa. Henkilökohtaiset satunnaiset kokemuksemme ovat niin voimakkaita, että niitä on vaikea kumota tieteellisillä faktoilla.

Kaksoissokkokoe on ollut yksi konkreettinen menetelmä, jolla ihmismielen harhauttavaa vaikutusta on pyritty eliminoimaan. Menetelmä on sinänsä varsin yksinkertainen ja sitä on käytetty pitkään myös lääketieteen ulkopuolella, kun on pitänyt varmistua siitä, onko Stradivarius-viulun ääni oikeasti parempi kuin muissa viuluissa ja maistuuko suosikkiolut muita paremmalta, jos ei tiedä juovansa sitä.

Lääketieteessä kaksoissokkokokeen välttämättömyyttä on perusteltu plasebo- eli lumevaikutuksella. Lääke ”tehoaa”, jos potilas uskoo sen tehoavan. Uskoon vaikuttavat monet seikat, joista tärkein on lääkärin auktoriteetti. Lääkärin sanalla on uskomaton vaikutus potilaan parantumiseen. Useat muutkin tekijät voivat heijastua lääkkeen ”vaikutukseen”, jopa pillerin koko ja väri.

Lääkkeen todellinen vaikutus saadaan näkyviin, kun verrokkiryhmä saa täsmälleen samoissa olosuhteissa samalta näyttävää ”lääkettä”, josta kuitenkin puuttuvat oikean lääkkeen ainesosaset. Koska lääkettä antava lääkäri tai hoitaja voi vaikuttaa lääkkeen ”tehoon” omalla toiminnallaan, hekään eivät saa tietää kummalle ryhmälle annetaan oikeaa lääkettä. Tästä tulee nimitys kaksoissokkokoe.

Kaksoissokkokoe on nerokas metodi, jolla voidaan osoittaa lääkeaineiden vaikutus ilman lume-efektiä. Ihan sataprosenttinen sekään ei kuitenkaan ole, koska koehenkilöiden joukko voi olla liian homogeeninen, ainakin jos ajatellaan koko maailman väestöä. Ihmisiä ei ole tehty samasta muotista; geneettiset tai elintapoihin liittyvät eroavuudet voivat vaikuttaa lääkeaineiden tehoon. Joka tapauksessa metodi antaa ratkaisevasti luotettavamman kuvan lääkkeen tehosta kuin jos sitä tutkittaisiin ilman satunnaistettua verrokkiryhmää.

Usko hoitoon tuo lisäbonusta

Kaksoissokkokoe soveltuu erityisen hyvin lääkkeiden testaamiseen, jossa aidon verrokkiryhmän käyttö sujuu helposti. Kun potilas saa fyysistä hoitoa, esimerkiksi kun hänet leikataan tai häntä hierotaan, sokkokokeen asetelmaa ei voida sellaisenaan käyttää, koska toinen potilasryhmä tietää saavansa tällaista hoitoa ja toinen tietää, että ei sitä saa.

Erilaisia tapoja leikata tai hieroa voidaan tutkia – tietysti potilaan suostumuksella – siten, että hän ei tiedä, mihin ryhmään hän kuuluu. Joka tapauksessa ”saan tehokasta hoitoa” -efekti edesauttaa parantumista, koska potilas näkee ja kokee olleensa hoitotoimenimenpiteen kohteena. Itse hoidon tehoa ilman tätä uskon tuomaa lisäbonusta on kuitenkin vaikeampi osoittaa tieteellisesti, koska standardin mukaista kaksoissokkometodia ei voida käyttää.

Vielä huonommin metodi toimii, kun on kyse potilaan omista terveyttä edistävistä toimenpiteistä. Ne ovat muutenkin ihmisten mielissä hieman eri lokeroissa kuin sairauden ja vaivojen hoitaminen. Kun ollaan potilaana, saadaan hoitoa eli ollaan toimenpiteiden kohteena. Se että itse pitäisi tehdä jotakin terveytensä eteen, ei suoraan istu potilaan rooliin. Vielä tärkeämmäksi oma rooli tulee, kun yritetään välttää joutumasta potilaaksi. Ennalta ehkäisy on tunnetusti kaikkein halvin tapa pitää kansa terveenä.

Miten todistaa metsän vaikutus?

Kun puhumme potilaan omista sairauksia parantavista ja terveyttä edistävistä toimenpiteistä, siirrymme kokonaisvaltaisten kokemusten maailmaan. Kun ihminen menee vaikkapa kävelemään metsään, hän alkaa kuvitella metsän tuoksuja jo sitoessaan lenkkitossuja jalkaansa. Kun hän käyskentelee metsässä, mieli ja keho saavat buustia kaikkien aistien kautta. Vaikutuksen kokonaistehon mittaamiseksi voidaan käyttää verrokkiryhmää, joka ei käy metsässä.

On kuitenkin melko mahdotonta eritellä, kuinka paljon tästä vaikutuksesta syntyy siitä, että ihminen tietää olevansa metsässä ja paljonko siitä, että hänen nenäänsä kulkeutuu eteerisiä tuoksuja ja silmiinsä rauhoittavia kuvia luonnosta. Tämä on tehokasta mielen ja kehon hoitamista ja parantamista, mutta sen todentamisessa ei voida hyödyntää lääkkeiden testaamissa käytettäviä (lähes) aukottomia metodeja.

Lääkärin on helpompi käyttää hoitomuotoja, joilla on mahdollisimman vankka tieteellinen pohja. Usein potilaskin luottaa niihin enemmän – lääkärin antama luotettava lääke parantaa varmemmin kuin pehmeämmät hoitomuodot. Viime aikoina niin monet hoitavat lääkärit kuin potilaatkin ovat kuitenkin oivaltaneet, että tieteellinen näytön varmuus ei välttämättä ratkaise erilaisten hoitomuotojen paremmuutta.

Siksi parhaan tulokset saadaan, kun lääke- ja leikkaushoidon ohella osataan käyttää hyödyksi myös pehmeämpien hoitomuotojen tarjoamat mahdollisuudet. Niiden etuna on myös se, että niillä on harvoin negatiivisia sivuvaikutuksia ja ne ovat yhteiskunnan kannalta edullisia. Kun lääkäri ”määrää” niitä potilaille, hekin uskovat niihin.

Arto Mustajoki
Emeritusprofessori, tietokirjailija, podcast-isäntä (https://kommunikaationkompastuskivia.fi/)

Puolitoista kuukautta sitten Helsingin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan alumnille myönnettiin ”Amerikan Nobel” eli Lasker-palkinto. Kyseessä on Erkki Ruoslahti, joka sai vuoden 2022 Albert Lasker Basic Medical Research Awardin.

Käsi ylös, kuka on kuullut tätä suomalaisittain ainutlaatuista tilannetta hehkutettavan HY:n, tiedekuntamme tai suomalaisen valtamedian toimesta? Niinpä, en minäkään. Suomessa asiasta on uutisoinut ilmeisesti vain Mediuutiset ja Lääkärilehti.

Miten tämänkaltaisen tieteen megauutisen annetaan mennä ohi hiljaisuudessa? Vaikka lääkiksessä ollaan tehty ja tehdään maailmanluokan tutkimusta monellakin alalla, menestystarinoista laajasti viestiminen jättää toivomisen varaa. LTDK:lla ei ole erityistä kansainvälistä profiilia eikä brändiä. Niiden luomiseksi tarvitaan aktiivista, ammattimaista ponnistelua. Vain siten voimme houkutella lisää ulkomaisia, lahjakkaita tutkijoita Meilahteen ja nostaa tutkimuksen tasoa edelleen.

Suomen molekyylilääketieteen instituutti FIMM on onnistunut kansainvälisessä tunnettuudessa erinomaisesti. Pyörää ei siis tarvitse keksiä uudelleen, vaan voisimme lääkiksessä ottaa monessa oppia Meilahden naapuriltamme.

Lähdetään liikkeelle nimestä. LTDK:n tutkimuksen keihäänkärki ovat tutkimusohjelmat, jotka toimivat Tutkimusohjelmayksikössä, engl. Research Programs Unit, RPU. Tästä nimestä tulee lähinnä mieleen Neuvostoliitto ja viisivuotissuunnitelma. Research Programs Unit lienee vahvoilla haukotuttavimpien nimien maailmanlistalla. Vuonna 2016 RPU:ssa järjestettiinkin nimikilpailu, jonka avulla nimihirviöstämme oli tarkoitus päästä eroon. Voittajaehdotukset olivat tuolloin Helsinki Biomedical Research Center (HBRC) ja Helsinki Institute of Medical Research (HiMED). Tarina ei kerro, mihin nimenvaihdoshanke tuolloin kariutui. Tutkimusohjelmayksikkönä joka tapauksessa jatkamme edelleenkin.

Ulkomaista näkyvyyttä FIMM:lle tuo myös esimerkiksi kansainvälinen väitöskirjatutkijoiden hakuohjelma, joka on järjestetty vuosittain jo vuodesta 2010.  Viimeiset kaksi vuotta myös FIMM:n ulkopuoliset ryhmät LTDK:ssa ovat voineet osallistua tähän, kiitos Terveyden tutkimuksen tutkijakoulun panostuksen. Tämä haku on loistava rekrytointikanava, ja erityisesti kovatasoisia ulkomaisia opiskelijoita on saatu sitä kautta tavoitettua. Vaikka Terveyden tutkimuksen tutkijakoulu lopetetaan 31.12.22 (alkaen 1.1.23 on enää yksi, koko HY:n kattava tutkijakoulu), LTDK:n osallistuminen tähän erinomaiseen hakuun on tärkeä turvata jatkossakin. Tohtorikoulutus on luontevin kanava lisätä kansainvälistä henkilöstöä.

Toivon, että voimme tunnistaa hyviä käytänteitä ja hyödyntää niitä tulevaisuudessa entistäkin vahvemman, kansainvälisesti näkyvämmän tutkimusyhteisön luomiseksi Meilahdessa. Nämä ovat pieniä panostuksia, joilla on suuria ja kauaskantoisia positiivisia vaikutuksia tutkimukselle ja tutkimuspohjaiselle opetukselle.

Liisa Kauppi
Kirjoittaja on 2. kauden apulaisprofessori ja Biolääketieteen tohtoriohjelman (Doctoral Programme in Biomedicine, DPBM) johtaja.