Mitokondrioiden rakenne, toiminnat ja vaikutukset ihmisen terveyteen ovat yhä epäselviä, vaikka niiden tutkimus alkoi jo 1800-luvun loppupuolella. Tutkijat ympäri maailman yrittävät selvittää näitä kysymyksiä joka päivä – ja heidän joukossaan on Biotekniikan instituutin johtaja Howy Jacobs tutkimusryhmineen. He haluavat ymmärtää, miten mitokondriot toimivat toisten solurakenteiden kanssa pitääkseen yllä homeostaasia eli tasapainoa ja miten mitokondrioiden häiriöt aiheuttavat tauteja.
− Mitokondriot olivat alun perin bakteereja, jotka tunkeutuivat aikoinaan soluihin, ja niiden biologiaa tulee tarkastella tässä valossa. Ne toimivat osin itsenäisesti ja valmistavat itse osan tärkeimmistä rakenteistaan. Nämä proteiinit on koodattu mitokondrioiden omaan DNA:han, joka on perintö muinaisten bakteerien genomista. Meidän täytyy ymmärtää mitokondrioiden rakennetta, mikäli haluamme tulevaisuudessa korjata niiden häiriöitä, selittää Jacobs.
Tautien parantaminen ei ole ainoa näkökulma
− Mitokondrioita kannattaa myös tutkia, jotta voimme oppia tuntemaan solun toiminnan ja evoluution perimmäisiä periaatteita. Tautien parantaminen ei ole ainoa näkökulma. Olen tietenkin erittäin tyytyväinen, että tutkimuksemme on muodostunut myös lääketieteellisesti merkittäväksi ja että se voi tulevaisuudessa johtaa uusiin hoitomuotoihin, Jacobs kertoo.
− Ainakin minulle tiede itsessään on koukuttavaa, ilmoittaa Jacobs.
Varajärjestelmä suojelee soluja mitokondrioiden vaurioilta
Mitokondriot paljastavat selvästi salaisuuksiaan hyvin hitaasti, minkä todistaa jo se, että tutkimus jatkuu toista vuosisataa.
− Viimeisen vuosikymmenen ajan tutkimuksemme on keskittynyt eräänlaiseen ”varajärjestelmään”, joka on löydetty tiettyjen yksinkertaisten eliöiden mitokondrioista, mutta joka on evoluution myötä kadonnut monimutkaisemmista organismeista, kuten ihmisistä ja banaanikärpäsistä. Varajärjestelmä alkaa toimia, kun mitokondrioiden normaali energiaa tuottava systeemi ylikuormittuu tai vaurioituu. Tämä suojelee solua vikaantuneen ”moottorin” aiheuttamilta vaurioilta. Mitokondrioita voidaankin verrata auton moottoriin, sillä ne käyttävät polttoainetta (ruokamolekyylejä) tuottaakseen energiaa sellaisessa muodossa, että se voi tukea elämän vaatimia prosesseja. Viallinen moottori tuottaa vähemmän energiaa ja kehittää myrkyllisiä sivutuotteita, kun polttoaine ei pala kunnolla. Mitokondriot toimivat samankaltaisesti, Jacobs selittää.
Jacobsin ryhmä on onnistunut siirtämään ”varajärjestelmän” yksinkertaisempien eliöiden mitokondrioista ihmisen soluihin ja osoittamaan, että se suojelee soluja tautien rasitukselta ja jopa syanidin tapaisilta tappavilta myrkyiltä, jotka vaurioittavat mitokondrioita.
– Tätä voidaan käyttää hyväksi lääketieteessä jo tulevan vuosikymmenen aikana. Osittain työmme keskittyy yhä mitokondrioiden sisäisiin perustoimintoihin. Ja vastaan tulee aina uusia yllätyksiä, jotka toisinaan liittyvät aiheisiin, jotka ovat jääneet huomiotta tai joita ei ole voitu tutkia ennen uusien työkalujen kehittämistä, kertoo Jacobs.
Yksi esimerkki tästä on Jacobsin yhteistyöprojekti, jossa hän yrittää pariisilaisen tutkimusryhmän kanssa mitata mitokondrion todellista toimintalämpötilaa.
Radikaalia tiedettä
Tutkijat joutuvat tulevaisuudessa vastaamaan tärkeään kysymykseen siitä, kuinka pitkälle he ovat valmiita menemään käyttäessään geneettistä tietoa taistelussa tauteja vastaan.
– Ihmisen genomi on tähän saakka ollut pyhä. Sen muuntelua suoraan tai pysyvästi on pidetty epäeettisenä. Olemme kuitenkin lähestymässä hetkeä, jolloin meillä on mahdollisuus ehkäistä tauteja tai peruuttaa niiden eteneminen muuttamalla genomia, Jacobs ennustaa.
– Tästä seuraa tietenkin suuria eettisiä ongelmia, hän toteaa.
Onko eettistä tehdä ”parannuksia” luonnollisesti kehittyneisiin järjestelmiin, varsinkin jos emme voi täysin ennustaa kaikkia seuraamuksia? Ja onko toisaalta eettistä olla käyttämättä tekniikoita, jotka voivat pelastaa ihmishenkiä ja vähentää kärsimystä?
Tieni tieteeseen
Kaikki tutkijat innostavat toisiaan, ja usein vaikutteet tulevat ilmi vasta myöhemmin.
− Vaikutuin teini-ikäisenä syvästi Steven Rosen The Chemistry of Life –kirjasta, vaikka ymmärsin vasta myöhemmin, että tuolloin elettiin molekyylibiologian kulta-aikaa. Kirja sai minut ymmärtämään, että genetiikka ei ollut vain abstrakti, matemaattinen asia, vaan että sillä oli yhteys todelliseen maailmaan. Tutkijat saattoivat ymmärtää eläviä olentoja fysiikan ja kemian periaatteiden kautta, ja päätin seurata heidän jalanjälkiään, Jacobs muistelee.
– Yliopistossa sain onnekseni työskennellä Tim Huntin kanssa. Hänen johdollaan sain käytännön tuntemusta tieteellisistä kokeista ja ymmärsin, että tiede on ennen kaikkea hauskaa. Tim sai myöhemmin Nobelin palkinnon, ja hän vitsailee usein tehneensä tärkeimmän havaintonsa pitkälti siksi, että hän antoi minulle tehtävän, jossa epäonnistuin niin täysin, että hän päätti lähestyä ongelmaa uudesta suunnasta.
− Myöhemmin, kun olin tutkijatohtorivaiheessa, työskentelin Eric Davidsonin kanssa. Hän on sukupolvensa nerokkaimpia kehitysbiologeja. Ericin merkittävimpiä ominaisuuksia on se, että hän on valmis testaamaan ideansa kuoliaaksi, puolustamaan niitä, kunnes löytää paremman vaihtoehdon. Eric kunnioitti vain ihmisiä, jotka uskalsivat kiistellä hänen kanssaan, joten meillä oli useampi kiivas riita, ja ne varmasti vaikuttavat yhä siihen, miten ajattelen ja käyttäydyn omien opiskelijoitteni ja kollegoitteni kanssa.
Punk rockilla saattaa myös olla osuutta asiaan…
Linkkejä:
Howard Jacobs Tuhat-tietokannassa
Biotekniikan instituutti Twitterissä: @BIOTECH_UH