Kotilääkäri 6-7/03,
Tutta Runeberg

Lääketieteen salapoliisit
Tässä sarjassa esittelemme tutkijoita, jotka ovat saavuttaneet käänteentekeviä tuloksia työssään vaikeiden sairauksien voittamiseksi.

Roistogeenien kintereillä

Genomin rakenteen selviäminen on antanut uutta tietoa ihmisen tutkimiseen. Tiedämme, että ihmisellä on 35 000 geeniä, mutta sekään ei auta ymmärtämään, miten taudit syntyvät. Elimistössä käy sellainen säpinä, että roistogeenien nujertamiseksi tarvitaan aivan uusia välineitä.

Jos Olli Kallioniemen unelma toteutuu, hänen tutkimuslaitoksensa löytämistä aihioista kehitetään nykyistä parempia lääkkeitä, jotka nujertavat sairauksia aiheuttavia geenimuunnoksia. Hoidon kehittämisen työkaluina ovat biosirut.

- Vähän sellaista Q:n työpajaa tässä ollaan pystyttämässä, professori Olli Kallioniemi naurahtaa viitatessaan James Bond-elokuvien nerokkaaseen keksijään Q:hun, joka kehittää agentti 007:n turvaksi mitä ihmeellisimpiä vekottimia. Kallioniemen työpaja on Valtion teknillisen tutkimuskeskus VTT:n uusi aluevaltaus, Turkuun asettunut lääkekehityksen biotekniikan osasto. Sitä Kallioniemi johtaa.

- Me emme tuota valmiita lääkkeitä apteekin hyllylle. Sen tekee aikanaan jokin lääketehdas. Meidän tehtävämme on uuden teknologian avulla selvittää genomin toimintaa ja käytökseltään vinoutuneita geenejä. Tiedon pohjalta pyrimme löytämään lääkkeellisiä molekyylejä, lääkeaihioita, joista voisi kehittyä nykyisiä paremmin toimivia lääkkeitä. Viime vuoden lopulla perustetussa osastossa yhdistyvät tiede, teknologia ja liiketoiminta. Akateemisen perustutkimuksen tuloksia hyödynnetään uusien teknologioiden avulla ja innovaatiot siirretään yritysten käyttöön.

- Sillanrakennusta ja verkottumista, aikanaan ehkä yritystoiminnan hautomista, sitä tämä on. Ja varsin teollista toimintaa. Meillä ei pääasiallinen työväline ole enää koeputki emmekä tutki vain yhtä geeniä tai solutyyppiä kerrallaan. Laboratoriostamme tulee robottimaisesti toimiva laitos, joka pystyy automaattisesti seulomaan laajasti geenejä, soluja ja lääkemolekyylejä.

Nyt toistakymmentä henkeä käsittävä ryhmä koostuu monista bioalan ammattilaisista ja huippuosaajista. Siihen kuuluu biokemistejä, proteiinikemistejä, geneetikkoja, solubiologeja, bioinsinööri ja informaatikko. Toistaiseksi ainoana lääketieteen edustajana on Kallioniemi itse.

Visioita genomikartalla

Osastoa voisi myös luonnehtia sanalla "post-genomi", genomin jälkeen. Ihmisen perimän eli genomin tultua luetuksi tärkeäksi tehtäväksi on muodostunut genomin toimintatapojen selvittäminen.

- Käytämme tutkimustekniikkana biosirua, tai DNA-sirua, jossa genomin toimintaa voidaan tutkia mikroskooppilasilla yhtäaikaisesti. Tutkimuksen skaala on laajentunut yhdestä geenistä solun koko genomiin.
Kallioniemi vertaa nyt tuntemamme genomin rakennetta kaupungin karttaan.

- Se näyttää kaupungin kadut, aukiot ja korttelit. Biosirun avulla saamme vision kaupungista, näemme, missä on valot päällä, missä ihmiset ovat töissä, millaista toimintaa kaupungissa harjoitetaan. Usein ajatellaan, että ihminen on syntyessään tiettyjen geenien summa. Näin staattinen tilanne ei kuitenkaan ole.

- Geenit tekevät koko ajan töitä, genomimme on elävä. Toiminnallaan geenit ohjaavat jokaisen solumme jokaista toimintaa koko ajan. Biosiruseulonnan jälkeen voimme kohdentaa tutkimuksen tässä genomikaupungissa vaikkapa kiinnostavaan asuntoon, ja tutkia tarkasti, mitä siellä (yksittäisen geenin tasolla) tapahtuu. Solun sisällä DNA vastaa perimästämme. DNA:n tieto luetaan dynaamisiksi RNA-molekyyleiksi, jotka ovat solun toiminnan säätely- ja viestikoneisto. RNA:t tuottavat proteiineja, jotka puolestaan muodostavat solun tukirangan ja työhevoset, joiden avulla solu toimii. DNA:n emäsjärjestyksestä sekä RNA:n ja proteiinien toiminnan säätelystä riippuu, miten elämme ja sairastumme.

Syövän salaperäiset mutaatiot

Karkussa syntynyt Olli Kallioniemi kävi koulun ja opiskeli Tampereella. Tampereen yliopiston lääketieteellisessä tiedekunnassa hän valmistui lääkäriksi 1985 ja väitteli rintasyöpäsolujen tutkimuksesta 1988.

- Tutkimus, erityisesti luonnontieteet, on aina kiehtonut minua. Pyrin sekä teknilliseen että lääketieteelliseen tiedekuntaan. Lopulta päädyin lääketieteelliseen. Nyt olen valintaani tyytyväinen. Lääketieteen kautta syntyvät visiot elämästä, taudeista, ihmisestä ja niiden yhteydestä.
Ensimmäisenä opiskelukesänään Kallioniemi meni kysymään kesätöitä yliopiston biokemian ryhmästä ja saikin heti töitä.

- Olin nuorten opiskelijoiden tapaan tietysti ihan tumpelo rynnätessäni labraan.

"Tumpelo" sai sittemmin ihan oikean työpaikan professori Tapio Nikkarin biokemian ryhmässä, jossa tutkittiin ateroskleroosia, valtimoiden rasvakovettumistautia.

- TAYS:n yliopistosairaalan laboratorioon hankittiin ylilääkäri Timo Koivulan vaikutusvallalla uusi solujen tutkimuslaite, virtaussytometri. Tästä alkoi syöpätutkijan urani. Ensi kertaa tajusin syövän olevan kuin eliö, joka on mutatoinut oman geeninsä ja muuttunut ihan toiseksi eliöksi.
Kiinnostus hitaasti etenevään ateroskleroosiin lopahti. Dramaattinen ja vauhdikkaammin toimiva syöpäsolu vei tutkijan vuonna 1990 vierailevaksi tutkijaksi Yhdysvaltoihin Kalifornian yliopistoon, aluksi biolääketieteen osastolle, sitten molekyyli-ja solututkimukseen.

Patentteja ja palkintoja

Reilun viidentoista vuoden ajalta on kertynyt koko joukko tutkimusten alkuperäisjulkaisuja, joita on siteerattu yli 7 400 kertaa. Siteeraus on yksi tutkimustulosten kiinnostavuuden ja laadun mittari. Kallioniemen rintasyöpää ja prostatasyöpää koskevat tutkimukset ovat merkittävästi vieneet alaa eteenpäin. Hänellä on yksitoista patenttia ja useita patenttihakemuksia sisällä.

- Patenteilla turvataan tutkimustuloksen omistusoikeudet silloin, kun asia on uusi, sen olemassaoloa ei ole ennestään tunnettu ja sen edelleen hyödyntäminen on mahdollista.

Esimerkiksi geeniä ei voi oikein sinällään patentoida, koska geenit ovat aina olleet olemassa. Sen sijaan menetelmät, joilla geenejä tutkitaan tai joilla geenitietoa voidaan käyttää vaikkapa lääkekehittelyssä, kelpaavat patentoitaviksi. Usein tutkimusyliopisto ja tutkija hakevat patenttia yhdessä, koska patentoiminen on kallista.

- Tässä suhteessa Suomessa on herätty myöhään. On tärkeää, että täälläkin omaksutaan patentoiminen, näin tutkimuksen hyöty jää kotimaahan. Kallioniemi on edennyt urallaan vauhdilla. Väitöskirjapalkinnon jälkeen hän on saanut Euroopan Syöpätutkimusyhdistyksen nuoren tutkijan palkinnon, Anders Jahre -nuoren tutkijan palkinnon, NIH:n johtajan luentopalkinnon, tieteellisiä siteerauksia kirjaavan Institute of Scientific Information -laitoksen palkinnon runsaasti siteerattuna rintasyöpätutkijana sekä Ruotsin lääketieteellisen yhdistyksen mitalin. Ja Suomessa hänet houkuteltiin pystyttämään ainutlaatuista tutkimuskeskusta Turkuun. Eikö nousujohteisella uralla mikään ole mennyt vikaan?

- Tutkimukseen kuuluu takapakkeja, mutta ehkä eniten harmittaa, ettei minulla nuorena ollut riittävästi rohkeutta hypätä uusiin asioihin. Ei kannata tehdä sitä, mitä muut ovat tehneet. Pitää lähteä tekemään uutta, vaikkei se aina vaikuttaisi edes järkevältä tai mahdolliselta. Pitää myös osata hylätä ajoissa idea, joka ei toimi. Hypoteesiin ei pidä rakastua. Kallioniemi sai hiljattain professuurin Helsingin yliopistossa, mutta päätyi valitsemaan VTT:n uuden ryhmän vetäjän paikan.

- Tämä on ajanmukainen paikka, joka tarjoaa erilaisia mahdollisuuksia kuin yliopistomaailma. Kehitämme uutta teknologiaa ja tiedettä, jotta niistä olisi hyötyä potilaiden hoidoissa.

Suppiloteoria toisinpäin

Kallioniemeä kiinnostaa kehittää teknologiaa nimenomaan syövän biologisen tutkimuksen edistämiseksi.

- Aiemmin oli tavallista, että tutkija valitsi hypoteesin, olettamuksen, ja tutki sitä keskittyen yhteen molekyyliin. Tällä tavalla saadaan kuitenkin vastaus vain siihen kysymykseen, joka asetettiin. Suppilosta on katsottu kohti sen kapenevaa päätä.

Monet merkittävimmät lääketieteelliset ja biologiset löydöt on tehty vahingossa. Tästä syntyy aktiivinen tutkimusfilosofia, jonka varaan Kallioniemi konseptinsa rakentaa.

- Kannattaa seuloa laajasti. Me käännämme suppilon toisinpäin ja katsomme ensin koko rinta- ja prostatasyöpään liittyvän geenistön. Vasta sitten menemme valitsemallemme alueelle katsomaan, mitä yksittäisille geeneille on tapahtunut ja miten ne ovat muuntuneet.
Kallioniemen ryhmä kehitti 1990-luvun alussa USA:ssa teknologioita, joiden avulla päästiin katsomaan syöpäsolun sisään ja seuraamaan kromosomitasolla, mitkä geneettiset muutokset ovat aiheuttaneet normaalisolun muuntumisen syöpäsoluksi.

- Ihmisen ja apinan geneettinen läheisyys on monille tuttu. Normaalisolu ja syöpäsolu ovat kromosomitasolla huikeasti kauempana toisistaan kuin ihminen apinasta. Syövän energia on kuitenkin valtava.

- Se on evoluutiotapahtuma, joka etenee, koska jokin tietty mekanismi pettää. Kun evoluutio luonnossa kestää kymmeniä miljoonia vuosia, syöpäsolujen evoluutio ihmisessä tapahtuu muutamassa vuodessa.

Stop syövän evoluutiolle

VTT:n lääkekehityksen biotekniikan osastolla pyritään nyt löytämään molekyylit, joilla syövän evoluutio katkaistaisiin ja syöpä saataisiin hoidetuksi. Genomin rakenteen selviäminen antoi uutta tietoa ihmisen tutkimiseen. Se, että tiedämme ihmisellä olevan 35 000 geeniä, ei silti vielä auta ymmärtämään, miten taudit syntyvät. Avainasemassa ovat solujen toimintatavat.

- Kussakin solussa vain 10 000-15 000 geeniä on aktiiveja. Kullakin solutyypillä on omanlaisensa geenien toimintaprofiili. Siis sama genomi toimii eri tavalla eri soluissa ja näin myös eri elimissä. Genomi koostuu neljästä emäksestä. Niitä on 3 200 miljoonaa paria, joista 99,9 prosenttia on samoja kaikilla ihmisillä. Jäljelle jäävässä 0,1 prosentissa emäsjärjestys on eri ihmisillä erilainen.

- Eroavaisuuksia on arviolta neljä miljoonaa. Nämä eroavaisuudet vaikuttavat siihen, että ihmiset kehittyvät eri tavalla ja näiden eroavaisuuksien mukaan määräytyvät heidän terveytensä ja sairastuvuusalttiutensa. Eroavaisuudet vaikuttavat myös siihen, kuinka lääkkeet toimivat eri ihmisissä.

Tulevaisuuden täsmälääkkeet tulevat kohdistumaan yksilöllisesti viallisiin solujen ominaisuuksiin. Tämä merkitsee sitä, että samaan tautiin kehitetään useita lääkkeitä, jotka valitaan tapauskohtaisesti yksilöllisen geenitiedon avulla. Tulevaisuudessa potilaalta saatetaan seuloa kaikkien 35 000 geenin toiminta.

- Koeputkitekniikalla siihen kuluisi sata vuotta, DNA-siruanalyysillä se sujuu päivässä. DNA-sirujen avulla tehdään yli 100 miljoonaa havaintoa vuodessa. Syöpäkin voidaan luokitella uudelleen sen geenien toimintaprofiilin mukaan. Se merkitsee tarkempaa diagnostiikaa, hoidon yksilöllistä suunnittelua ja uusien lääkkeiden vaikutuskohteiden parempaa tunnistamista.

Geenitiedon perusteella voidaan jo nyt arvioida entistä tarkemmin tiettyjen lääkkeiden annostelua. Kallioniemi toivoo, että tämän ns. farmakogenomiikan avulla selviää, kuinka geenien yksilökohtaiset erot vaikuttavat siihen, miten lääke vaikuttaa elimistössä. Tulevaisuudessa lääkäri voi vastaanotolla tehdä 20 minuutissa geenitestin, jonka perusteella yksilöllinen hoito täsmentyy huomattavasti.

Kiehtova vuorovaikutus

DNA tekee RNA:ta, RNA tekee proteiineja, proteiinit tekevät ihmisen. Meillä on 35 000 geeniä, mikä tarkoittaa sitä, että rakennumme miljoonista proteiineista. Proteiinit taas eivät toimi yksin, vaan vuorovaikutuksessa keskenään. Tätä vuorovaikutussäpinää on selvitettävä, jotta tiedettäisiin enemmän solutapahtumista.
Kallioniemen mukaan on suoranainen ihme, että ihmiselimistöstä, koneesta, ei enemmänkin mene epäkuntoon, onhan siinä biljoonia soluja, joissa jokaisessa oma genomi, ja jokaisella geenillä mahdollisuus riehaantua "roistogeeniksi". DNA:n selvittämisen 50-vuotisjuhlaa on vietetty alkuvuodesta eri puolilla maailmaa. RNA löytyi vuonna 1960. Aluksi sen oletettiin olevan vain viestinviejä, joka johtaa kooditettuun proteiiniin.

- Uutta on tieto RNA:n monista toiminnoista. RNA-molekyyli voi sinällään olla aktiivinen soluissa. Se voi toimia esimerkiksi entsyymin tavoin ja auttaa biologisia reaktioita. RNA kiinnostaa, koska siihen saattaa liittyä hoidollisia avaimia. Arvovaltainen lääketieteen julkaisu Science nosti RNA:n viime joulukuussa Vuoden Huipuksi 2002. Arvonimi annetaan kerran vuodessa jollekin merkittävälle asialle tai ilmiölle.

Viikonloput perhepuuhalle

Olli Kallioniemi on aikaisemmin tehnyt tutkimustyötä yhdessä vaimonsa Anne Kallioniemen kanssa.

- Tutkijapariskuntien on kuitenkin vaikea löytää jatkuvasti työpaikkoja samassa laitoksessa, tai samassa kaupungissa. Ehkä aina ei ole hyväksikään toimia saman katon alla. Anne Kallioniemi toimii nykyisin akatemiatutkijana Tampereen yliopiston lääketieteellisen teknologian laitoksessa syöpätutkijana. Kymmenen Amerikan vuoden jälkeen perhe sopeutuu asumaan kahdella paikkakunnalla, äidin kanssa Tampereella ovat 9-vuotias Milla ja 4-vuotias Henri, isä on viikot Turussa.

- Olen vuodesta melkein sata päivää matkoilla. Ne ovat tärkeitä kontaktien, tiedon saamisen ja jakamisen kannalta. Täällä Turussa teen yleensä 12-tuntisia työpäiviä. Sellainen ei oikein sovellu perheelliselle, mutta täällä voin arkipäivisin täysin omistautua työlle. Viikonloput yritän omistaa perheelle. En ota töitäni mukaan Tampereelle.
Harrastukset ovat jääneet vähiin, mutta pään tyhjennys tieteestä ja teknologiasta tapahtuu tehokkaasti lasten kanssa puuhatessa.

- En ole ikinä sahannut mitään väliä niin tiuhaan kuin tätä Turku-Tampere-tietä. Lapset ovat vain kerran pieniä. Heidän kanssaan pitäisi olla juuri nyt.

"Ihmisen ja apinan geneettinen läheisyys on monille tuttu. Normaalisolu ja syöpäsolu ovat kromosomitasolla huikeasti kauempana toisistaan kuin ihminen apinasta."

- On suoranainen ihme, että ihmisen koneesta ei enemmänkin mene epäkuntoon ajatellen biljoonia solujamme, niissä jokaisessa olevaa omaa genomia ja jokaisen geenin mahdollisuutta riehaantua roistoksi, Olli Kallioniemi toteaa.

[sivun alkuun] [sisällys] [etusivu]