Onko sokeri hyvästä vai pahasta – riippuu geeneistä
Hietakankaan laboratoriossa tapahtui kummia. Jos kärpäsmutanteille annettiin ravinnossa viinirypäleen sisältämä sokerimäärä, ne kuolivat. Vähäsokerinen ruoka taas siivitti ne normaaliin kasvuun. Ryhmä todisti dramaattisen yhteyden ravinnon ja geenien välillä. Nyt tiimi purkaa sokeriherkkyyteen vaikuttavien geenien ja säätelyjärjestelmien toimintaa sekä niiden yhteyttä aineenvaihduntasairauksiin.
Ei makeaa mahan täydeltä
"Työni myötä olen nähnyt voimakkaan vuorovaikutuksen ravinnon ja geenien välillä. Se, onko jokin ravintoaine 'hyvä' vai 'paha' riippuu paitsi määrästä myös yksilön geenitaustasta."
Hietakankaan tutkimusryhmä selvittää, miten geenit ja ruoan sokeri vuorovaikuttavat keskenään ja miten geneettiset tekijät määrittelevät turvallisen sokerinkulutuksen rajat eläimillä.
Hietakankaan ryhmä havaitsi ensimmäisten joukossa, että sokerille on "turvaraja", jonka ylittämisellä on vakavat seuraukset. Eräs banaanikärpäslaji, joka ei luonnossa syö sokeripitoista ruokaa, kuolee jos sille syöttää laboratorio-olosuhteissa sokeria.
Sokerin käyttö energianlähteenä vaihtelee luonnossa eläinlajeittain, ja erot sokeritoleranssissa voivat olla hämmästyttävän suuria. "Osoitimme, että geneettisesti hyvin samankaltaisillakin lajeilla ns. turvallisen ravintokoostumuksen ikkuna voi olla hyvin erilainen. Läheisiä sukulaislajeja vertaamalla havaitsimme, miten pieni määrä mutaatioita voi aiheuttaa laaja-alaisen aineenvaihdunnan uudelleenohjelmoinnin."
Virkistyspäivä piristää kansainvälistä tutkijaryhmää. Ryhmän työn ohjaamisen, tutkimustulosten viestinnän ja rahoitushakemusten lisäksi ryhmän esimiehen arkeen kuuluvat apulaisprofessorin tehtävät yliopistolla. Kuva: Cagri Yalgin
Kehossa on ravitsemustilaa aistiva verkosto
Itse kunkin ravitsemus on välillä ylenpalttista, välillä niukkaa. Elimistön toiminnot pysyvät tasapainossa, koska ravitsemustilaa tarkkailee monimutkainen säätelyjärjestelmä.
"Jos sokeria tulee soluun ylen määrin, ylimäärä muutetaan esimerkiksi varastorasvoiksi. Toisaalta jos vaikka välttämättömät aminohapot ovat vähissä, niiden kulutusta rajoitetaan, jolloin muun muassa lihaskasvu hidastuu, vaikka nostelisi ahkerasti painoja."
Ravinnosta tulevien aineenvaihduntatuotteiden määrää tarkkailevat solussa erityiset sensoriproteiinit.
Soluun tulevat sokerin aineenvaihduntatuotteet aktivoivat mm. Mondo-MIx -nimisen säätelyproteiinikompleksin, joka siirtyy tumaan käskyttämään aineenvaihduntaan vaikuttavia geenejä. Kuva: Essi Havula
"Esimerkiksi sokeria aistiva transkriptiotekijä Mondo-Mlx 'istuu' solussa odottamassa sokerin aineenvaihduntatuotteita. Kun niitä tulee, sensori irtoaa ankkuristaan ja siirtyy tumaan aktivoimaan geenejä. Kohdegeenejä ovat mm. rasvojen rakentamista ohjaavat geenit, jotka alkavat rakentaa sokereista varastorasvoja. Kohdegeenit ovat osittain solutyyppispesifisiä, esimerkiksi suolessa aktivoituvat eri geenit kuin maksassa. Säätely voi kohdistua myös aineenvaihduntaan vaikuttavaan hormonitoimintaan."
Sokeriherkkyyteen vaikuttavia geenejä ryhmä on löytänyt jo kymmeniä. Osa sokerin haitallisista seurauksista tunnetaan, osa on monimutkaisten toimintaketjujen takana. Eräs täsmäseuraus liikasokerista ihmisellä on rasvamaksa, mitä tutkimme mm. hiiren maksasoluilla. Esimerkki vaikutuksiltaan laajakirjoisesta seurauksesta on oksidatiivinen stressi, joka johtaa solujen rakenteiden vahingoittumiseen. Sokeri kiinnostaa monien aineenvaihduntasairauksien ja esimerkiksi syövän näkökulmasta.
Uteliaalle oman tiensä kulkijalle itsenäisesti suunniteltava tutkimus on palkitsevaa. Hietakankaan opiskelu- ja urapäätöksissä ensisijainen johdattaja on ollut oma kiinnostus. Kuva: Tutkijan kuva-albumista
Vaikuttavuuden arvioinnista
Akatemian rahoittamasta nelivuotisesta hankkeesta on vielä vuosi jäljellä. Banaanikärpäsmallilla pystytään seulomaan paljon geenejä ja tekemään hyvin kontrolloituja kokeita, vaikka säätelyjärjestelmässä yhden tekijän muutos heijastuu laajasti koko järjestelmään.
"Sokeriaineenvaihdunnan säätelyjärjestelmät ovat hyvin samankaltaisia eri eläimillä. Jos tunnistamme uuden tärkeän geenin banaanikärpäsellä, pystymme helposti löytämään vastaavan geenin nisäkkäillä."
Kyse on biologian perustietämyksestä, joka kokonaiskuvassa liittyy moniin ihmisen sairauksiin. Hankkeen vaikuttavuudesta keskusteltaessa Hietakangas toteaa, että perustavanlaatuisen tiedon merkitystä on mahdotonta ennakoida etukäteen.
Vaikuttavuuden mittarina siteerausten tai sovellusten määrä ei ole yksiselitteinen. "Tällaiset mittarit antavat hyödyllistä vertailutietoa, mutta yksittäiselle mittarille ei voi antaa liikaa painoarvoa, vaan pitää katsoa kokonaiskuvaa. Siteerauksia voisi maksimoida osallistumalla pienellä panoksella moniin julkaisuihin ja tutkia aiheita, joita moni tutkii. Sovelluksia puolestaan syntyy usein aloilla, joissa perustutkimuksen tärkeimmät löydökset on jo tehty vuosia sitten."
Rahoitusta tarvitaan myös tällaisille uusille pelinavauksille ja pitkäjänteiseen työhön alueilla, joita muut eivät ole tutkineet. Hietakangas tarkastelisi tutkijan meriittejä silloin läpinäkyvän vertaisarvioinnin kautta: "laadukas tutkimussuunnitelma kertoo paljon, samoin näyttö aiemmista uraauurtavista havainnoista, jotka ovat merkittävästi vaikuttaneet alan kehitykseen".
Perheelle löytyy aikaa: eväsretkellä lasten kanssa. Kuva: Tutkijan kuva-albumista
Oma tutkimus voi olla rakkain harrastus, mutta lisäpuhtia saa myös mökkeilystä ja kalastuksesta, kuvassa Lofooteilla. Kuva: Tutkijan kuva-albumista
Teksti: Nina Mäki-Kihniä
