Luonto on mainio kemisti

Ihmiskunta käy jatkuvaa kamppailua erilaisten virusten ja bakteerien aiheuttamien sairauksien kanssa. Siksi lääketeollisuus ei lepää laakereillaan, vaan etsii kuumeisesti uusia tehokkaita lääkkeitä uusiin tunnistettuihin tauteihin. Myös monien jo pidempään tunnettujen sairauksien hoidossa vaaditaan toimivampia lääkeaineita. Lääkekehitys on pitkäjänteistä ja kallista työtä, sillä uusien lääkeaineiden lisäksi tarvitaan myös toimivia ja edullisia menetelmiä niiden valmistamiseen. Suomessa kehitetään menetelmiä, joilla kasvien solut valjastetaan tehtailemaan terveyden kannalta tärkeitä lääkeyhdisteitä.

”Kasveissa piilee valtavasti mahdollisuuksia, sillä maapallon kasveista on tutkittu kemiallisesti tällä hetkellä alle kymmenen prosenttia”, kertoo VTT:n teollisen biotekniikan tutkimusalueen johtaja Kirsi-Marja Oksman-Caldentey, jolla on pitkä kokemus kasvibiotekniikan menetelmien soveltamisesta lääkekehityksessä.

Lääketeollisuus ja tiedeyhteisö ovat viime aikoina kääntäneet jälleen katseensa luontoon ja kasveista saataviin uusiin lääkeyhdisteisiin.

”Kolmenkymmenen viime vuoden aikana tehdyistä lääkekeksinnöistä yli puolet on peräisin luonnonkasveista tai mikro-organismeista. Lääketeollisuus etsii parhaillaan erityisesti sademetsien kasveista uusia lääkemolekyylejä.”

Kasvien sisältämien, eri tavoin vaikuttavien kemiallisten yhdisteiden molekyylirakenteet ovat usein monimutkaisia. Siksi ne ovat hankalia ja kalliita kemistien valmistaa synteettisen kemian keinoin. Monille kasveista peräisin oleville lääkeyhdisteille on myös vaikeaa kehittää yhtä hyvin toimivaa synteettistä vastinetta. Nyt lääketuotannon uusia keinoja etsitään kasvien sisältä niiden omasta toiminnasta.

Biotekniikka pistää kasvit töihin

Tutkijoiden tavoite on saada kasvisolu toimimaan niin, että se tuottaa haluttuja lääkeyhdisteitä suuria määriä ja nopeasti.

”Tällä hetkellä monet tärkeät lääkeyhdisteet ovat tiettyjen kasvilajien varassa, joita on maailmassa vähän ja usein myös hankalasti saavutettavilla alueilla. Lisäksi monissa kasveissa lääkkeenä toimivaa yhdistettä on hyvin pieni määrä. Lääkemolekyylien eristäminen kasveista on siis kallista ja hidasta. Siksi kasvisolujen valjastaminen biotekniseksi lääketehtaaksi olisi merkittävä muutos. Aiemmin monet mikrobit on jo saatu bioteknisesti tuottamaan muun muassa antibiootteja.”

Yhdisteen muodostuminen kasvissa täytyy ensin tuntea, jotta sitä pystyttäisiin bioteknisesti laajamittaisesti valmistamaan. Tässä työssä tarvitaan Oksman-Caldenteyn mukaan pitkäjänteistä tutkimusta, sillä kasvit ovat monimutkaisia biosynteettisiä koneita, eikä oikoteitä valmiisiin sovelluksiin ole saatavilla. Joskus on onnistuttu yritysten ja erehdysten kautta. Syöpälääkkeenä käytetty taksoli löydettiin tällä tavalla, ja nykyisin kasvisoluilla tuotetaan jo 90 prosenttia tästä lääkeaineesta.

”Lääkeainemolekyylit ovat monimutkaisten biosynteesireittien takana. Biosynteesijärjestelmän hahmottaminen edellyttää kasvin perintöaineksen eli genomin selvittämistä sekä eri geenien ja entsyymien toiminnan tunnistamista biosynteesin eri vaiheissa. Hyvin harvojen lääkekasvien perimää on sekvensoitu tähän mennessä. Laboratoriotyöstä on siis vielä matkaa teolliseen massatuotantoon.”

Koristeellinen punatalvio mallikasvina

Kirsi-Marja Oksman-Caldentey on yhdessä kansainvälisen tutkijaryhmän kanssa tutkinut Madagaskarilta peräisin olevaa koristekasvi punatalviota (Catharanthus roseus), jonka lehdistä saadaan syöpälääkkeinä toimivia vinkristiiniä ja vinblastiinia. Näistä yhdisteistä valmistettavien lääkkeiden avulla lasten akuutit leukemiat ovat vähentyneet huomattavasti. Lääke on kuitenkin hyvin kallis, sillä yhdisteitä on kasvin lehdissä alle promillen verran. Tilausta edulliselle vihreälle lääketehtaalle siis olisi, mutta yhdisteen muodostumisprosessi on ollut hämärän peitossa. Tiedetään, että ne toimivat kasvissa osana sen luonnollista puolustusmekanismia.

”Sekvensoimme kasvin perimän ja onnistuimme löytämään kaikki olennaiset geenit, jotka vaikuttavat biosynteesireitillä tiettyyn tärkeään välivaiheeseen saakka. Avoimia kohtia jäi vielä kohti tärkeimpiä lopputuotteita, ja tutkimusta on jatkettava, mutta loimme tässä EU:n rahoittamassa tutkimushankkeessa työkaluja ja soluviljelmämalleja, jotka toimivat pohjana uusille sovelluksille, joita voidaan hyödyntää myös muilla kasveilla.”

Periaatteessa mistä tahansa kasvista voidaan tekniikan avulla tehdä jatkuvatoiminen viljelmä. Niissä kasvisolu toimii tavallaan lääketehtaana, jossa se tuottaa haluttuja yhdisteitä oman solutoimintansa yhteydessä.

Jängillä kasvaa hyödyntämätön aarre

Ehkä tulevaisuudessa käytössämme on punatalviotehtaan tuottama edullinen leukemialääke. Lupaavia yhdisteitä löytyy kyllä huomattavasti Madagaskaria lähempääkin, nimittäin Lapin hillasoilta. VTT on jo pitkään tutkinut Suomen marjojen käytettävyyttä. Lakka eli hilla on osoittautunut erittäin lupaavaksi marjaksi muun muassa antimikrobisissa kokeissa.

”Jo pitkään on tiedetty, että marjoissa on mikrobeja tappavia yhdisteitä. Ja mikä parasta, marjojen yhdisteet näyttävät tappavan vain haitallisia mikrobeja jättäen hyödylliset bakteerit rauhaan. Lakka sisältää runsaasti ellagitanniinia, joka on osoittautunut erityisen tehokkaaksi yhdisteeksi. Sovelluskohteita voisi löytyä vaikka elintarvike- ja kosmetiikkateollisuudesta. Mikä ettei lakasta voisi jalostaa myös tuotteen turistiripulin ehkäisemiseen.”

VTT on käynnistämässä mittavaa hanketta, jossa marjatutkimuksesta pyritään luomaan uutta liiketoimintaa.

”Toivon, että yritykset innostuvat marjojen uusista mahdollisuuksista. On sääli, että niin iso osa marjoistamme jää hyödyntämättä metsiin.”

Kansanperinteen takana fiksuja juttuja

VTT:n marjatutkimuksissa on käynyt ilmi, että marjoista on hyötyä aineenvaihduntasairauksien ja ylipainon ennaltaehkäisyssä. Marjoilla on edullisia vaikutuksia muun muassa veren kolesteroliarvoihin ja tulehdustiloihin. Sukupolvelta toiselle siirtyneet tarinat marjojen hyödyllisistä ominaisuuksista eivät siis ole vailla tieteellistä pohjaa.

”Sodan aikana hävittäjälentäjät söivät mustikkaa nähdäkseen paremmin pimeässä. Tästä oli varmasti hyötyä, sillä metsämustikan sisältämät väriaineet eli antosyaanit kulkeutuvat suoraan verenkierrosta silmiin ja edistävät niiden hyvinvointia. Kyllä itse kunkin siis kannattaa suunnata metsään keräämään ja syömään suomalaisia marjoja”, vinkkaa Oksman-Caldentey.


Teksti: Risto Alatarvas
Kuvat: Susa Junnola ja VTT

Viimeksi muokattu 16.9.2015

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi