Optogenetiikassa käytetään menetelmiä, joilla solujen toimintoja säädellään keinotekoisesti valon avulla. Tämä on mahdollista viemällä kohdesoluun valolle herkkää proteiinia ilmentävä geeni. Perinteisiin menetelmiin verrattuna valolla tapahtuva säätely on ajallisesti ja paikallisesti tarkempaa. Esimerkiksi aivotutkimuksen apuna optogeneettisiä työkaluja on käytetty menestyksekkäästi: yksittäisten hermosolujen aktiivisuutta on pystytty säätelemään millisekuntien tarkkuudella käyttämällä sähkön sijaan valoärsykettä.
Viime aikoina optogenetiikan menetelmät ja työkalut ovat kehittyneet nopeasti, ja nykyään valon avulla voidaan paitsi säädellä solujen aktiivisuutta myös muokata geenien toimintaa. Nucleic Acids Research -tiedelehdessä juuri julkaistussa tutkimuksessa tutkijat onnistuivat sekä lisäämään että vähentämään geenien ilmentymistä nisäkässoluviljelmissä ja ohjaamaan soluihin tuotetun proteiinin pitoisuutta valosignaaleilla. Käytetyillä optogenetiikan työkaluilla voitiin jopa muokata solun yksittäisten geenien toimintaa CRISPR/Cas9-menetelmään yhdistettynä.
– Helsingin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan seeprakalayksikössä tehdyt analyysit osoittivat, että geenien ilmentymisen muokkaaminen onnistuu soluviljelmien lisäksi myös elävässä kudoksessa, kertoo Suomessa tutkimusta johtanut akatemiatutkija, dosentti Jari Rossi.
On mahdollista että optogenetiikkaa voidaan käyttää tulevaisuudessa ihmisten sairauksien hoidossa; ensimmäisiä kliinisiä tutkimuksia onkin jo käynnissä silmän verkkokalvorappeuman hoidossa.
– Valolla tapahtuvaan geenien toiminnan säätelyyn liittyviä kliinisiä sovelluksia saadaan kuitenkin vielä odottaa tovin – nopeimmat sovelluskohteet löytyvät luultavasti tarkkaa geenien toiminnan säätelyä vaativilta biotieteiden perustutkimuksen aloilta, Rossi arvelee. – Itseäni kiinnostaa näiden työkalujen käyttäminen esimerkiksi neurotieteen ja lihavuustutkimuksen parissa.
Toisaalta biologisten lääkkeiden ja biosimilaarien – alkuperäislääkkeen kaltaisten biologisten lääkkeiden – tuotantoprosessit nojaavat edelleen vanhoihin säätelymenetelmiin.
– Lääketeollisuus ja bioala voisivat hyötyä tarkoista synteettisen biologian ja optogenetiikan menetelmistä, joilla solutehtaissa tapahtuvia tuotantoprosesseja voidaan säädellä tarkemmin ja tehokkaammin, Rossi sanoo.
Tutkimustyössä olivat mukana väitöskirjaa tekevät Camilla Höglund ja Sari Heine-Koskinen.
Tutkimusta rahoittivat National Institutes of Health, National Science Foundation sekä Suomen Akatemia.
Lisätietoja:
Akatemiatutkija, dosentti Jari Rossi
Puh. 02941 25254
Sähköposti: jari.rossi@helsinki.fi
Viite: Gopal P. Pathak, Jessica I. Spiltoir, Camilla Höglund, Lauren R. Polstein, Sari Heine-Koskinen, Charles A. Gersbach, Jari Rossi, and Chandra L. Tucker. Bidirectional approaches for optogenetic regulation of gene expression in mammalian cells using Arabidopsis cryptochrome 2. Nucleic Acids Research, 20 April 2017.
Linkki artikkeliin: https://doi.org/10.1093/nar/gkx260