keskiviikko 6. huhtikuuta 2022

Mitä olet aina halunnut tietää genetiikasta mutta et ole uskaltanut kysyä

Minua on aina kiinnostanut biologia. Lukiossa en voinut opiskella biologiaa, koska jonkun käsittämättömän säännön takia biologia ja psykologia olivat vaihtoehtoja. Otin psykologian, koska en oikeastaan tiennyt siitä mitään. Se olikin hyvä valinta. Sitä paitsi silloin, 1960-luvun lopulla ei biologiassa näyttänyt tapahtuvan mitään kovin jännittävää. Paitsi esiteltiin munkki Mendelin pupu- ja herneristeytyksiä, jotka tuntuivat hiukan tylsiltä eikä niitä osattu kunnolla selittää.

Sitten alkoi molekyyligenetiikan kausi. DNA:n rakenne oli jo kuvattu, ja sen toimintaa alettiin selvittää. Se alkoi kiinnostaa yhä enemmän, koska olihan kyseessä todella suuri asia, koko elämän salaisuus alkoi ratketa. Ehkä se osattaisiin tutkia läpikotaisin ja selittää eksaktin tieteen tarkkuudella. En koskaan saanut aikaiseksi, että olisin perehtynyt asiaan kunnolla, lukemalla tieteellisiä artikkeleita tai ryhtymällä opiskelemaan biologiaa yliopistossa. Oli niin paljon muutakin tekemistä. Tyydyin lukemaan tiedeuutisia ja suurelle yleisölle suunnattuja tietokirjoja. Kokemuksesta tiesin jo, että luonnontiede etenee fragmentaalisesti, pieni ja erikoistunut pala kerrallaan, ja eturivin tiedeartikkelien lukeminen on kovin tylsää ja työlästä. Kokonaiskuva hahmottuu vaivalloisesti, kun artikkeleissa viittaillaan jatkuvasti toisiin yhtä fragmentoituneisiin artikkeleihin (en kritisoi vaan totean että näin sen valitettavasti täytyy mennä). Tätä kesti vuosikymmeniä, ja samalla genetiikka eteni, niin kuin sanotaan, jättiharppauksin. Jälkiviisautena voi sanoa, että minun ei tarvinnut onneksi vaivautua paneutumaan vääriksi osoittautuneisiin teorioihin.

Kun genetiikkaa seuraa pitkän ajan kuluessa populaaritieteellisen aineiston kautta, tietoihin jää kummallisia aukkoja ja ristiriitoja. Ainakin itse löysin päästäni sellaisia, ja sain niitä paikattuakin. Siinä oli suurena apuna genetiikkaa varsin laajasti esittelevä Adam Rutherfordin (ei sukua kuuluisalle fyysikolle) kirja Lyhyt historia meistä kaikista (Bazar 2019). Katsotaan tarkemmin niitä aukkoja.

Aloitetaan tutusta. Parhaiten meidät on perehdytetty DNA- molekyyliin, joka on ihmisen ja muidenkin elollisten olentojen perimän kantaja. DNA- niminen aine eristettiin kalanmädistä vuonna 1869. Vähitellen alettiin epäillä, että se olisi perimää sisältävää ainetta. Näin osoittautui olevan, kun Rosalind Franklin, James D. Watson ja Francis Crick selvittivät molekyylin rakenteen vuonna 1953. Tuo molekyyli on kuin pitkä, spiraaliksi kiertyvä tikapuu, jonka askelmina on niin sanottuja typpiemäksiä: yksinkertaisia molekyylejä nimeltään adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) ja tymiini (T). Näiden emäksien järjestys on geneettinen koodi, se ohjaa DNA:n toimintaa elimistössä, ja muun muassa määrittelee, minkälainen eliö on kyseessä.

DNA-koodi on ikään kuin kirjainjono, ….ATGACGGGGAAAGCAGGGGAAGCGCTGAG … ja niin edelleen. Tässä on pieni pätkä ihmisen Chx10-geeniä, palataan geeneihin pian. Tuon emäsjärjestyksen selvittämistä eli geneettisen koodin lukemista sanotaan sekvensoinniksi. Se on aikanaan ollut suunnattoman vaikeaa, nykyään se alkaa sujua. DNA:n koodi eli genomi on siis tällainen kirjainjono. Ihmisen DNA:ssa tämän jonon pituus on noin kolme miljardia kirjainta. Aikanaan koodin koko oli paha haaste tietokoneille, nykyään genomi mahtuu helposti muistitikulle. Genetiikka onkin pitkälle erilaisten koodien kanssa puuhailua, ja tietokoneet ovat siinä täysin korvaamaton apuväline.

On pakko kertoa havainnollinen kevennys. Noin vuonna 1977 sain työpaikallani käyttöön elämäni ensimmäisen siirrettävän kovalevyn. Se oli noin telamiinan kokoinen, siviilikielellä noin neljän sentin paksuinen iso kiekko. Ihmisen genomin tallentamiseen olisi tarvittu noin tuhat tällaista kiekkoa. Niiden säilytykseen olisi tarvittu pieni huone.

Jo koulussa minulle oli kerrottu, että ihmisen perimä on kromosomeissa. Mitä ihmettä ne sitten ovat? Asialla on historiallinen tausta: kun solunäytettä värjätään tietyllä tavalla, solun tuman sisällä näkyy mikroskoopilla pieniä värjäytyneitä jyväsiä. Siitä nimi: värjäytyneet kappaleet. Varsin myöhään  ymmärrettiin, että ne ovat tiukoiksi sykeröiksi kietoutunutta DNA- molekyyliä. Ihmisen DNA-molekyyli olisi suoraksi vedettynä kahden metrin pituinen. Tällä tavoin kelattuna se mahtuu tuman sisälle. DNA ei ole koko aikaa kromosomimuodossa, se kelautuu kromosomeiksi tietyssä solun elinkaaren vaiheissa.

Ihmisen kromosomit muistuttavat muodoltaan märkiä narulla kuivumassa olevia sukkia, monet ovat X-kirjaimen tapaisia. Ihmisellä niitä on 22 paria, joista toinen tulee äidiltä ja toinen isältä. Kummassakin on jokseenkin sama perimäaines, joka toimii kokonaisuutena. Lisäksi on sukupuolen määräävä kromosomipari, nimeltään XX (nainen) ja XY (mies).  Muun muassa kromosomeja ja erilaisia niiden poikkeamia ja poikkeamien vaikutuksia tutkimalla genomin toiminta on alkanut valjeta. Perimämme tulee siis vanhemmiltamme, ja tarvitsemme kummankin vanhemman puolelta tulevat perimän osat. Joskus puhutaan väistyvästä perimästä (kumpikin vanhempi tarvitaan) ja vallitsevasta, eli yksi perimän osa riittää tuottamaan vaikutuksen. Sanan vaikutus asemasta voisi sana piirre, ominaisuus tai sairaus, mutta asia on oikeastaan aika monimutkainen. Tällainen tieto perimästä on tullut historiallista reittiä, koska kromosomitutkimusta on tehty pitkään. Tietoa saatiin jo munkki Mendelin kokeista.  Kun DNA:n rakenne alkoi tarkentua,  ymmärrettiin, että tietyt DNAn osat ovat aina tietyissä kromosomeissa.

Eräs kiinnostava yksityuskohta. Y-sukupuolikromosomi tulee aina isältä. Siksi sen sisältämä perimä tulee miespuolista sukulinjaa pitkin. Se on kiinnostava tutkimuskohde. Tosin Y-kromosomi sisältää melko vähän perimää. Taas yksi aukko jota en tiennyt. On myös naispuolinen sukulinja. Nimittäin soluissa on mitokondrioiksi sanottuja jyväsiä, jotka tuottavat solun tarvitseman energian. Mitokondrioissa on myös pieni pätkä DNA:ta, ja se tulee äidin puolelta. Mitokondrio-DNA:n avulla voi siis tutkia naisen sukulinjaa. Tämäkin DNA-pätkä on aika lyhyt. Ja toinen mitokondrion mentävä aukko on tässä. Oppikirjojen kuvissa solun sisään on piirretty yleensä muutama mitokondrio-jyvänen. Montako niitä on solussa? Vastaus: paljon, muutama miljoona per solu. Mitokondrioita on siis ”helposti” saatavissa tutkijoiden tarpeisiin.

Geeni on eniten julkista keskustelua tuottava aihe. Mitä se oikein on. Aloitetaan teoriasta. Geeni on sellainen pätkä DNA:ta, johon liittyy joku toiminta - tai voisi liittyä. Usein geeni ”koodaa” jotain proteiinia – mutta ei aina, geenit myös säätelevät tosten geenien toimintaa. Parhaiten tunnettu geenin toiminta solussa saa solun tuottamaan geenin koodaamaa proteiinia. Ja proteiinit ovat mutkikkaita molekyylejä, joista kaikki elollinen koostuu. Entä kuinka suuria koodinpätkiä nuo geenit sitten ovat? Vastaus: useimmat ovat vajaat tuhat kirjainta pitkiä. Entä kuinka monta geeniä ihmisen genomissa on? Vastaus selvisi varsin myöhään, ja se kuuluu: niitä on noin 20 000. Pikainen kertolasku kertoo, että suurin osa DNA-koodia ei olekaan geenejä. Mitä ihmettä! Karkea johtopäätös on, että se on hyödytöntä. Aiemmin on puhuttu jopa roska-DNAsta. Asia ei ole näin. On vain niin, että kaikkea, mitä on genomissa, ei ymmärretä. Se ei oikeuta kieltämään sen merkitystä. Osa on historiallista, osa on jostain syystä toimimatonta, ja osa on jotain muuta. En käsittele tätä enempää, se on mutkikasta.

Kun geenien lukumäärä selvisi 2000-luvun alkuvuosina, se aiheutti tieteellisen skandaalin ja sensaation. Määrää pidettiin aivan liian pienenä, onhan esimerkiksi useimmilla kasveilla kymmeniä kertoja enemmän geenejä. Koko genetiikan arvoa tieteenä epäiltiin. Ihmettelyn takana on kuitenkin yleinen genetiikkaan liittyvä väärinkäsitys. Eräiden periytyvien tautien syynä havaittiin olevan geenivirhe. Ajateltiin: yksi geeni, yksi sairaus. Edelleen ajateltiin, että kukin geeni koodaa tiettyä ominaisuutta, kuten hiusten ja silmien väriä. Tuntui kuitenkin oudolta, että ihminen voitaisiin määritellä vain noin 20 000 ominaisuuden kokoelmana. Eikö geenejä pitäisikin olla paljon enemmän?

Ajattelussa on ratkaiseva virhe. ”Ominaisuus” ei välttämättä tarkoita yhtään mitään, se on melko mielivaltaisesti valittu sana, jota olemme halunneet käyttää asiasta, jonka koemme tärkeäksi. Esimerkiksi ihmisen silmien väri on useimpien meistä mielestä "ominaisuus", ja sen katsotaan olevan periytyvä. Niin se usein näyttää olevan. Tosiasiassa silmien värin tai vaikka hiusten värin ilmaantuvuuteen vaikuttaa useita geenejä. Ehkä tästä johtuen on monissa maissa syntynyt uskomus, että romanit varastavat vaaleatukkaisia sinisilmäisiä lapsia. Eräs tällainen tapaus johti huostaanottoon, mutta geneettinen tutkimus todella osoitti, että lapsi oli niiden vanhempien lapsi, jotka häntä luonaan pitivät. Mustatukkaiset vanhemmat voivat siis saada vaaleahiuksisen lapsen. Se voi olla harvinaista, mutta mahdollista. Monien niin sanottujen ”ominaisuuksien” periytyminen on mutkikasta. On etsitty älykkyysgeeniä, mutta ongelmana on ymmärtää ylipäätään, mitä älykkyys on. Julkisuudessa on saaneet paljon huomiota myös ”rikollisgeenit”. Vankilassa olevat väkivaltarikolliset ovat todella geneettisesti hieman erilaisia kun vertailuväestö. Se ei kuitenkaan tee tietynlaisen geneettisen profiilin omistajasta rikollista.

Genetiikkaan liittyy myös toinen yleinen käsitys, joka on vanhaa perua ja kaipaa päivitystä. On ajateltu, että genomi on eräänlainen ihmisen rakennepiirustus, joka kuvaa tarkasti kaikki osat ja niiden toiminnan. Genomi on kuitenkin enemmän, se on tietokonekielellä ilmaisten sekä ohjelma (tai kone) että dataa. Genomi ohjaa ihmisen kehitystä hedelmöityneestä solusta aikuiseksi asti, ja huomattava osa toimintaa on kytkeä päälle tai päältä pois erilaisia toimintoja, jotka asiallisesti ottaen ovat toisia geenejä. Ja geenit jatkavat toimintaansa myös koko elämän ajan.

Käytännössä genetiikka on pitkälle mutkikasta tilastomatematiikkaa. Totean sen vain tässä, mutta en lähde avaamaan enempää – koska en oikeasti ole oikea asiantuntija. Sen verran voin sanoa, että genetiikkaan vetoaminen ja sen avulla perustelu pitäisi tehdä äärimmäisen varovasti ja tieteellisiin faktoihin ja asiantuntemukseen nojautuen. En ole kertonut tässä tarkempaa geenin määritelmää. Se ei ollenkaan selvä asia, ja siitä keskustellaan edelleen. Matematiikan osuus tulee hyvin esille paleogenetiikassa. DNA:n eristäminen muinaisihmisistä kuten Neanderthalin ihmisestä ei ole lainkaan pikkujuttu. Jos sitä ylipäätään löytyy, se on murentunut pikku palasiksi, ja 90% siitä saattaa olla täysin väärää perimää eli lähtöisin bakteereista ja pieneliöistä. Siksi sen koostaminen ihmisen DNA:ksi on työläs tilastollinen prosessi. Toisaalta genetiikka näkee hämmästyttävällä tavalla myös menneisyyteen. Voimme päätellä sen avulla jopa muinaisia tapahtumia.

Voisin sanoa pari sanaa tuosta Rutherfordin kirjasta, vaikka tämä ei olekaan mikään kirja-arvostelu. Ensin kritiikkiä, joka ei kohdistu niinkään kirjoittajaan vaan käännökseen. Kirjassa on useita virheitä ja jopa merkityksettömiä lauseita. Löytyy myös turhan paljon lauseita, joiden merkitys tuntuu olevan hiukan hukassa tai jopa väärin päin. Muutama outo lause saattaa olla yritys huumoriksi, ulkomainen kritiikki sanoo kirjaa hauskaksi. Kirja on ehkä ajettu ensin google-kääntäjän läpi ja sitten siistitty. Tällainen teksti on tunnistettavaa, sitä tulee jatkuvasti vastaan erilaisissa käyttöohjeissa tai vaikka nettikauppojen sivuilla. En paheksu käännösohjelman käyttöä sen enempää kuin sanakirjan. Mutta kääntäjän täytyy olla viime kädessä itse vastuussa tekstistään, ja tiedekirjan kääntäminen on vaikea laji. Mukana kirjassa on sanasto, joka on turhan suppea.

Kirjailija on sisällyttänyt tekstiinsä paljon asiaa, jopa turhankin paljon. Ja hän säilyttää henkilökohtaisen ja tuttavallisen kirjoitustavan, mikä on hyvä asia. Kirjoittaja erittelee ansiokkaasti myös genetiikan synkkää kääntöpuolta ja väärinkäytöksiä. Genetiikan liepeillä on alusta lähtien ollut eugeniikka eli rodunjalostus. Sanan keksi Darwinin serkku Francis Galton, joka jopa keksi sanan eugeniikka, ja ajoi sitä innolla. Galton oli etevä tiedemies, joka ansioitui monella alalla. Eugeniikka osoittautui kuitenkin virheeksi, se perustui vääriin yleistyksiin ja selviin virheisiin, ja lopulta johti törkeisiin ihmisarvon loukkauksiin ja jopa kansanmurhiin. Kirjoittaja käsittelee genetiikkaa perinpohjaisesti ja vankalla tietopohjalla, onhan hän ammatissaan toimiva geenitutkija. Hän on yhtä perinpohjainen sen ongelmia ja väärinkäyttöä kohtaan. Esimerkiksi käsitteelle ”rotu” ei löydy järjellistä vastinetta todellisuudesta. Kirjoittajan äiti on intialainen, ilmeisesti se on herkistänyt rasismille.

Kirja on perinpohjainen, antaa paljon tietoa, ja tuottaa ymmärrystä. Vaikka kirja ei ole aivan kevyt lukea, vahva lukusuositus. Ja suositus ostaa se omaksi, sillä sitä ei omaksu yhdellä istumalla ja se käy hakuteoksena.