1. yle.fi
  2. Uutiset
  3. geenit

Miljoonan euron suomalainen Millennium-palkinto kahdelle brittiprofessorille – DNA:n sekvensoinnin mullistanut teknologia antoi myös koronarokotteille lentävän lähdön

Shankar Balasubramanianin ja David Klenermanin kehittämä nopea tapa lukea geeniperimää auttaa niin syöpien kuin kasvitautien nujertamisessa. COVID-19:n vastaisessa taistelussa innovaatio on saanut erityisen lisäarvon.

David Klenerman (vas.) ja Shankar Balasubramanian tulivat Helsinkiin vastaanottamaan palkintonsa. Kuva: Mårten Lampén / Yle

Tekniikan Akatemia -säätiö TAF on myöntänyt kansainvälisen Millennium-teknologiapalkintonsa (siirryt toiseen palveluun) brittiläisen Cambridgen yliopiston kemian professoreille Shankar Balasubramanianille ja David Klenermanille. Presidentti Sauli Niinistö luovutti palkinnon Helsingissä tiistaina illansuussa.

Millennium-palkinto on tunnustus teknologisesta innovaatiosta, joka parantaa ihmisten elämänlaatua, edistää kestävää kehitystä ja on myös kaupallisesti hyödynnettävissä. Valtion rahoittama palkinto on arvoltaan miljoona euroa.

Balasubramanianin ja Klenermanin kehittämä New Generation Sequencing -tekniikka tekee DNA:n ja RNA:n sekvensoinnista eli kaiken elollisen ja myös virusten perimän lukemisesta hyvin nopeaa.

NGS-tekniikkaa hyödynnetään muun muassa syöpien, harvinaissairauksien ja tartuntatautien diagnosoinnissa ja hoitamisessa. NGS:n ansiosta sikiötutkimuksia voidaan tehdä äidin verinäytteestä sikiöön kajoamatta ja syöpäsairaille voidaan räätälöidä yksilöllisiä hoitoja.

NGS on lisännyt merkittävästi tietämystä elämän perusrakenteista ja edistänyt biotieteiden kehittymistä megatieteeksi, TAF summaa palkinnon perusteet.

Lääketieteen lisäksi menetelmää käytetään muun muassa kasvitautien torjunnassa, ruoantuotannon edistämisessä sekä ekologian ja monimuotoisuuden tutkimuksessa. Tulevaisuudessa NGS:n merkitys laajenee entisestään, arvioi palkintolautakuntaa johtanut akatemiaprofessori Päivi Törmä.

– Menetelmän elämänlaatua parantava vaikutus on valtava. Professorit Balasubramanian ja Klenerman ovat ehdottomasti ansainneet palkintonsa, Törmä sanoo.

Perimässä neljä aakkosta piirtää pitkää tarinaa. Kuva: Martin Shields / Alamy / AOP

Kun ihmisen genomi sekvensoitiin ensimmäisen kerran vuosituhannen vaihteessa, satojen tutkijoiden kansainvälinen projekti (siirryt toiseen palveluun) kesti toistakymmentä vuotta ja maksoi 2,7 miljardia dollaria.

Perimämme aakkostossa ovat kirjaimet A, C, G ja T eli emäkset adeniini, sytosiini, guaniini ja tymiini, yksi DNA:n jokaisessa rakennusyksikössä, nukleotidissa. Vain neljä kirjainta siis, mutta niitä on 3,2 miljardia ja jokaisella vastapari DNA:n tuplakierteen toisessa juosteessa.

Kirjoitettuna kirjainsarja olisi yhdeksäntuhannen kilometrin mittainen. Kahdeksantuntisina työpäivinä se tarkoittaisi 50:tä vuotta näppäimistön naputtelua. Jos kirjainjonon lukisi ääneen, siihen menisi vuosisata, vaikka välillä ei nukkuisi lainkaan.

Siihen suhteutettuna runsas vuosikymmen perimän avaamiseen ei ollut aika eikä mikään.

Entä nyt? NGS:n avulla yhden ihmisen perimän sekvensointiin menee enintään päivä ja hinta on satasia.

– Täytyy tietysti muistaa, että ensimmäisen genomin sekvensointi oli paljon vaikeampaa, koska ei ollut vertailukohtaa. Ei tunnettu rakennetta. Siksi ei välttämättä kannata verrata sitä ja tätä aikaa, jolloin sekvensointi on rutiinia, sanoo Shankar Balasubramanian.

Nykyisin sekvensodaan joka vuosi miljoonan ihmisen genomi ja määrä on kasvussa.

Emästen kirjoitusvirheet ovat mutaatioita, joista voi selvitä syy sairauteen. Video: Millennium-palkinto

Nopea alku koronarokotteille

Kahden vuoden välein myönnetty Millennium-palkinto jäi viime vuonna luovuttamatta koronapandemian takia, mutta TAF oli ehtinyt tehdä valintansa jo helmikuussa. Silloin ei tiedetty, miten erityisen osuva päätös siitä tulisi vain parissa kuukaudessa.

Koronavirus SARS-CoV-2:n perimä on DNA:n sijasta RNA:ta mutta se on yhtä lailla sekvensoitavissa, kunhan se kopioidaan DNA:ksi. RNA:n emäksissä T:n tilalla on U, urasiili.

Kirjaimia SARS-CoV-2:lla on ihmiseen verrattuna mitättömät 30 000, mutta niistä neljätuhatta – alle puolet tämän jutun merkkimäärästä – riitti aiheuttamaan koronapandemian. Niillä viruksen piikkiproteiini huijaa ihmissolun viruksen monistuskoneeksi.

Piikkiproteiinin jäljille päästiin nopeasti sekvensoinnin ansiosta, ja koronarokotteiden kehittäminen sai lentävän lähdön kaksi kuukautta ennen kuin Maailman terveysjärjestö julisti COVID-19:n pandemiaksi.

Toiveikkammatkin arvioivat silloin, että ensimmäisten rokotteiden käyttöönotto veisi puolitoista vuotta. Me siis odottaisimme yhä rokotusten alkamista. Todellisuudessa Suomessakin jo reilusti yli kolmannes on saanut ensimmäisen pistoksensa.

Sekvensoinnista on etua myös muiden uusien rokotesukupolvien kehittelyssä, NGS:n kehittäjät ennakovat. Vaikka influenssakausi jäi tällä kertaa väliin, uusia tulee. Voisiko mRNA-rokote, jollaisia Pfizerin ja Modernan koronarokotteet ovat, tepsiä myös influenssaviruksiin?

– En näe periaatteessa mitään syytä, miksi mRA-rokote ei toimisi niitäkin vastaan. Minkä tahansa patogeenin genomin tunteminen auttaa varianttien jäljittämisessä ja antigeenien kehittämisessä, sanoo Balasubramanian.

Sekvensointi pitää vihollisen tuttuna

Sekvensoinnin ansiosta pysytään myös viruksen muunnosten jäljillä. SARS-CoV-2:n genomi on sekvensoitu yli miljoonan potilaan näytteistä eri puolilla maailmaa, kertoo Balasubramanian. Data on vapaasti kaikkien hyödynnettävissä.

Tuntemalla vihollinen pystytään tarpeen tullen koventamaan torjuntataistelua, kuten tehtiin kevään korvalla, kun aiempaa virusvarianttia tarttuvampi brittimuunnos alkoi ottaa jalansijaa Suomessa.

Sittemmin sekvensointi on osoittanut, että esimerkiksi Uudellamaalla koronaviruskanta on muuttunut viime vuoden lopusta täysin.

Koronapotilaiden genomin sekvensoinnit puolestaan ovat antaneet tutkimuksissa jo selvää näyttöä siitä, että yksilöiden perimällä on vaikutusta koronaoireiden rajuuteen ja sairastamisesta saadun immuniteetin kestävyyteen.

Koronataudin ja ihmisten geenien yhteyttä selvittävään COVID-19 Host Genetics Initiative (siirryt toiseen palveluun) -yhteistyöhankkeeseen on alusta asti osallistunut myös suomalaisten geeni- ja terveystietoja yhdistävä FinnGen (siirryt toiseen palveluun).

FinnGenin tutkimusjohtaja professori Aarno Palotie kertoo, että veriryhmän lisäksi yhteyksiä on löytynyt muun muassa geenialueeseen, joka meillä on perintönä neandertalilaisilta.

Millennium-palkinto jaettiin nyt yhdeksännen kerran. Ensi kertaa sen sai kaksi voittajaa, mikä korostaa sitä, etteivät nykytiede ja -innovaatiot ole yksittäisten tutkijoiden äkillisiä neronleimahduksia.

– NGS-teknologia on täydellinen esimerkki siitä, mitä tiimityöllä saavutetaan, kun eri tieteenalojen ammattilaiset lyövät viisaat päänsä yhteen ongelman ratkaisemiseksi, sanoo Tekniikan Akatemia -säätiön hallituksen puheenjohtaja professori Marja Makarow.

Myös Balasubramanian ja Klenerman korostavat kiitoksessaan, ettei heidän ensimmäinen iso kansainvälinen palkintonsa kuulu vain heille vaan koko tiimille, joka on ollut kehittämässä NGS:ää: kemistien lisäksi molekyylibiologeille, fyysikoille, insinööreille ja IT-asiantuntijoille.

Shankar Balasubramanian ja David Klenerman kertovat, miten Millennium-palkittu innovaatio syntyi.

Kun Balasubramanian ja Klenerman totesivat opintojensa alussa Cambridgen yliopistossa, että molempia kiinnosti DNA-tutkimus, heillä ei ollut aavistustakaan mihin yhteistyö johtaisi.

– Ei todellakaan! Meillä on tallessa kopio ensimmäisestä apuraha-anomuksesta. Siinä ei edes mainita sekvensointi-sanaa, kertoo Balasubramanian.

Klenerman on erikoistunut fysikaaliseen kemiaan, Balasubramanian orgaaniseen. Yrittäessään kokeilemalla ymmärtää, miten DNA-kierteeseen syntyy uusi juoste toisen pariksi, he oivalsivat havaintonsa ehkä soveltuvan DNA:n koodin lukemiseen.

Tuosta vuonna 1997 saadusta ideasta kului seitsemän vuotta, tarvittiin paljon monialaista osaamista ja tehtiin lukuisia opettavaisia virheitä, ennen kuin Balasubramanianin ja Klenermanin perustaman Solexa-yrityksen teknologia oli valmis myytäväksi tosikäyttöön.

– Jotta menetelmästä olisi ollut mihinkään, meidän piti ihan aluksi osoittaa, että pystyimme näkemään molekyylit yksittäisinä. Se ei ensin sujunut kovin tehokkaasti, kertoo Klenerman.

Menetelmää parannettaessa eteen tuli muitakin hetkiä, jolloin työ alkoi takuta tuntemattomasta syystä. Takkujen selvittämiseen meni aikaa, mutta kertaakaan ei tullut mieleen antaa periksi, hän muistelee.

– Aloitimme varsin nuorella iällä ja ura oli vasta alussa. Emme tienneet, mitkä ongelmat olivat vaikeita. Sillä oli aivan varmasti merkitystä, Balasubramanian tuumii jaksamisesta hankalissakin tilanteissa.

Yhdysvaltain ilmavoimien geenitutkimuskeskus on yksi paikoista, jonka työssä NGS-innovaatio on käytössä. Kuva: Kemberly Groue / USA:n ilmavoimat / AOP

Nykyisin NGS-teknologialla on monta sovellusta, joista sen isät voivat olla hyvin tyytyväisiä. Shankar Balasubramanian poimii niiden joukosta syöpätutkimukset, joiden parissa hän nykyisin osittain työskentelee.

Sekvensointi on tuonut valtavaa edistystä onkologien käytännön työhön, diagnosointiin ja hoitopäätöksiin, Balasubramanian sanoo.

Kehitteillä ja jo käytössäkin on kliinisiä testejä, joiden avulla voidaan todeta verinäytteestä, ajelehtiiko siellä merkkejä hajonneiden syöpäsolujen perimästä, hän kertoo.

– Uskon, että syövän havaitsemiseksi tehdyistä verikokeista tulee samalla tavoin yleistä rutiinia kuin verenpaineen, kolesterolin tai sokerin mittaus.

David Klenerman valitsee uutisen, joka kertoi pahoja epilepsiakohtauksia saaneesta pikkulapsesta. Lapsen ja hänen vanhempiensa perimän sekvensoinnissa todettiin geenimutaatio, joka aiheuttaa harvinaista epilepsian muotoa.

– Lääkärit saivat sen selville ja pystyivät määräämään tepsivän lääkityksen. Lapsi pääsi kotiin, ja uutiskuvassa hänen vierellään oli onnellinen isä. Se teki minulle selväksi, ettei keksintömme ole vain hyvä väline tiedeyhteisön käyttöön vaan sillä voidaan muuttaa ihmisten elämää.

Shankar Balasubramanianin ja David Klenermanin avoin yleisöluento Millennium Innovation Forum -konferenssissa keskiviikkona 19.5. kello 16.30 on katseltavissa täältä (siirryt toiseen palveluun).