25.9.2013

Vaarallisten virusten jäljillä Oxfordissa

Juha Huiskonen, 36, tutkii Oxfordissa tutkimusryhmänsä kanssa eläimistä ihmisiin, usein hyönteisten tai jyrsijöiden välityksellä, tarttuvia viruksia. Osa viruksista aiheuttaa vakavimmissa tapauksissa verenvuotokuumetta, johon voi menehtyä. Esimerkiksi Dengue, Lassa ja Rift Valley ‑kuumetta aiheuttaviin viruksiin on harvoin tarjolla rokotteita tai lääkehoitoja.

”Mitä enemmän opimme viruksen soluuntunkeutumismekanismeista, sitä helpompaa on suunnitella lääkeainemolekyylejä, joilla tämä voidaan estää. Virusteiden rakenteiden ymmärtäminen auttaa myös rokotteiden ja diagnostisten testien kehittämisessä.”

Miten virukset pääsevät solun sisään?

Kaikki virukset ovat parasiittejä eli loisia, jotka valjastavat solun sisäisen koneiston uusien viruksien tuotantoa varten. Huiskosen ryhmä keskittyy työssään siihen, miten tietyt virukset pääsevät solun sisään.

”Ihmiskehoon päästyään virukset tunnistavat sopivan solun ja sitoutuvat siihen. Sitoutuminen tapahtuu viruksen ja solun pintamolekyylien välillä. Tiedämme, että virus hyödyntää solun omaa solusyönti-mekanismia: solu ikään kuin erehtyy luulemaan virusta ruoaksi ja nielaisee sen sisäänsä. Lopulta viruksen rasvakalvo sulautuu solun sisäiseen rasvakalvoon. Tässä prosessissa viruksen geenit pääsevät solun sisään.”

Huiskosta kollegoineen kiinnostaa erityisesti se, miten viruksen pintaproteiinit katalysoivat tätä prosessia ja millaiset olosuhteet ovat siihen otollisimmat.

Monipuolisin menetelmin uutta tietoa

”Hyödynnämme tutkimuksessamme solu- ja molekyylibiologian sekä biofysiikan ja rakennebiologian menetelmiä. Röntgenkristallografia perustuu molekyylien, esimerkiksi viruksen pintaproteiinien, puhdistamiseen ja kiteyttämiseen. Kun kide asetetaan voimakkaaseen röntgensäteeseen, muodostuu difraktiokuvio, josta voidaan laskea atomintarkka malli kiteen muodostavista molekyyleistä.”

Kryo-elektronimikroskopia (kryo-EM) taas on läpivalaisu-elektronimikroskopian laji, jossa biologinen näyte, esimerkiksi puhdistettu virus, jäädytetään salamannopeasti nestemäisessä etaanissa (-180oC). 

”Jäätyminen on tällöin niin nopeaa, ettei näytteessä oleva vesi ehdi muodostamaan kidemäistä jäätä, joka olisi läpinäkymätöntä elektroneille ja voisi rikkoa herkkiä biologisia rakenteita. Jäädytetty näyte pidetään kylmänä nestemäisen typen avulla ja siirretään mikroskooppiin kuvattavaksi. Tietokoneella kryo-EM -kuvista voidaan laskea viruksen kolmiulotteinen malli. Laskennallisten menetelmien käyttö on yksi tutkimuksemme kulmakiviä ja kehitämme myös omia tietokoneohjelmia virusrakenteiden mallintamiseen.”

Määrätietoisesti kohti toiveammattia

Huiskosen kiinnostus tutkijantyöhön alkoi kiteytyä jo yläasteella.

”Peruskoulun yhdeksännellä luokalla olin kiinnostunut erityisesti perinnöllisyystieteestä, johon yritin perehtyä kirjaston kirjojen avulla. Kahden viikon työelämään tutustumisjakson suoritin Helsingin yliopiston Perinnöllisyystieteen laitoksella Dennis Bamfordin tutkimusryhmässä.”

Lukiossa Huiskonen teki kesätöitä Helsingin Viikissä eri tutkimusryhmissä. Konkreettista tulosta ei nuorelta mieheltä vielä siinä vaiheessa juuri syntynyt, mutta onneksi oli joukko kärsivällisiä jatko-opiskelijoita, jotka jaksoivat ohjata ja joilta Huiskonen oppi molekyylibiologian perusmenetelmät.

Lukion jälkeen Huiskonen opiskeli biotieteitä Helsingin yliopistossa. Huiskosta on aina kiinnostanut se miten solut, tai oikeastaan elämä itse, toimii molekyylitasolla.

”Pääaineeni oli perinnöllisyystiede, sivuaineina luin biokemiaa ja kemiaa. Opiskeluvaiheessa suuntauduin oikeastaan melko kapea-alaisesti, koska halusin valmistua ja päästä tekemään väitöskirjaa mahdollisimman pian. Esimerkiksi ekologian opinnot jäivät vähemmälle. Tuntuu kuitenkin siltä, että tämä oli oikea päätös. Tutkijan arki on jatkuvaa uuden oppimista, joten mielestäni valmistumista on turha viivyttää sivuaineopintokokonaisuuksia hamuamalla.”

Ohjelmointitaidot ovat osoittautuneet tarpeellisiksi

Jatko-opintojen aikana Huiskonen huomasi parannettavaa monissa käytössä olevissa laskennallisissa menetelmissä. Siksi hän opiskeli ohjelmoinnin perusteet tietojenkäsittelytieteen kursseilla.

”Ohjelmointitaidoista on ollut valtavasti hyötyä: moni tutkimustuloksemme on ollut täysin riippuvainen ryhmässä kehittämistämme ohjelmista. Itsekin koodaan vielä lähes viikoittain.”

Väitöskirjansa Huiskonen päätyi tekemään rakennebiologiasta. Päämenetelmäksi hän ajatteli röntgenkristallografiaa, perinteisesti suosituinta rakennebiologian menetelmää.

Toisin kuitenkin kävi. Tutkija Sarah Butcher Euroopan molekyylibiologian laboratoriosta (EMBL) saapui Viikkiin Bamfordin virustutkimuksen yksikköön, ja toi mukanaan kryo-elektronimikroskopia -menetelmän. Tämä oli silloin Suomessa uusinta uutta.

”Bamfordin rohkaisemana tartuin tilaisuuteen ja liityin Butcherin ryhmään. Tutkin väitöskirjassani bakteereja infektoivien virusten rakenteita.”

Työympäristö parhaasta päästä

Nykyisessä työssään ryhmänjohtajana Huiskonen viihtyy hyvin. Oxfordin kaltaisessa huippuyliopistossa on valtava määrä lahjakkaita ihmisiä ympärillä, opiskelijoista varttuneisiin tutkijoihin. Huiskosen tiimin osaaminen on laaja-alaista sisältäen niin virologiaa, solubiologiaa, biofysiikkaa kuin rakennebiologian menetelmiäkin. Myös työskentelypuitteet ovat kunnossa.

”Oxford Particle Imaging Centre tarjoaa ainoana Euroopassa korkean bioturvatason laboratoriot yhdistettynä korkean erotuskyvyn kryo-elektronimikroskopiaan ja röntgenkristallografiaan. Meillä on ainutlaatuinen mahdollisuus tutkia vaarallisiakin ihmisviruksia näillä tekniikoilla turvallisesti, joten Oxford on minulle unelmatyöympäristö!”

Uusi teknologia mullistaa biologisen kuvantamisen

Syksyllä Huiskonen edistää tutkimustaan, koodaa ja ohjaa opiskelijoita, kirjoittaa artikkeleita ja kokoustaa. Lisäksi käynnistyy uusi tutkimusyhteistyö Dennis Bamfordin kanssa, joten siteet Viikin yksikköön ovat edelleen vahvat.


Huiskonen elektronimikroskoopin ääressä.

Ensi keväänä Oxfordissa on luvassa uusia tuulia.

”Lähitulevaisuudessa suurin mullistus tulee tapahtumaan käytössämme olevassa teknologiassa. Saamme keväällä yhteen elektronimikroskooppiimme täysin uudentyyppisen kameran. Perinteiset kamerat muuntavat elektronit ensin valoksi, joka tallennetaan CCD-kameralla. Tämä tapahtuu erotuskyvyn kustannuksella. Uudella kameralla elektronit tallennetaan suoraan kuvaksi, mikä tulee mullistamaan tämän tyyppisen biologisen kuvantamisen. Koko yksikkö on todella innoissaan tästä uudesta hankinnasta!”

Teksti: Terhi Loukiainen
Kuvat: Wellcome Trust Centre for Human Genetics, Oxford

Viimeksi muokattu 7.5.2015

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