Me koostumme soluista – pienenpienistä rakennusosista, joista muodostuvat meitä liikuttavat lihakset, kasassapitävä luuranko, viestejä välittävät hermot ja komentoja antavat aivot.
Lähes kaikissa eläinsoluissa on tuma, johon on varastoitu juuri kyseisen yksilön kehitystä ohjaava koodi eli genomi. Mainittakoon, että punasoluista, kehon yleisimmistä soluista tuma putoaa pois niiden kehittyessä. Se olisi vain tiellä hapen kuljetuksessa.
Geenit ohjaavat eläinten kehittymistä yhdestä hedelmöittyneestä munasolusta aina kokonaiseksi ihmiseksi, hiireksi, norsuksi tai vaikka lampaaksi asti.
Ihmisen tapauksessa yhdestä munasolusta tulee lopulta ainakin 30 biljoonaa, eli 30 000 000 000 000 omaan tehtäväänsä tarkasti erikoistunutta solua. Kukaan ei täysin ymmärrä miten.
Lammas on päivän sana, sillä 25 vuotta sitten kamerat lauloivat Roslin-instituutin tiloissa keskellä Skotlannin nummia ja kuvat Dolly-ihmelampaasta levisivät kuin kulovalkea lehtien etusivuille.
Dolly oli ensimmäinen aikuisen yksilön solusta kloonattu nisäkäs. Siis täydellinen geneettinen kopio toisesta lampaasta, kuin ihmisen luoma täydellisen identtinen, mutta nuorempi kaksonen. Toistaiseksi ei ole tekniikkaa, jolla yksilön saisi kloonattua suoraan saman ikäiseksi.
Dollya ennen muutamia lampaita oli kloonattu alkiosoluista, mutta se, että ihminen pystyisi tekemään laboratoriossa täydellisen geneettisen kopion aikuisesta nisäkkäästä oli kuitenkin ennenkuulumatonta, joidenkin aikalaisten ajatuksissa jopa mahdotonta.
Perinnöllisyyslääkäri ja kantasolubiologian dosentti Kirmo Wartiovaara muistaa hyvin uutiset erikoisesta lampaasta.
– Olin tekemässä väitöskirjaani kehitysbiologiasta, kun uutinen tuli. Pitkään mietittiin, miten voi olla, että tällainen on onnistunut. Meiltä Viikistä kävi televisiossa ihmisiä selittämässä, mitä on oikeastaan tehty, Wartiovaara muistelee.
Kehitysbiologia tutkii juuri sitä, miten sukusolusta rakentuu kokonainen, jopa kymmenien biljoonien solujen eliö: lammas, ihminen, sinivalas.
Tieteisfiktio huijaa, mutta innostaa ja virittää mielenkiintoa
Dollyn ohella tunnetuimmat esimerkit klooneista ja kloonaamisesta tulevat sci-fi:n puolelta. Ajatus identtisten ihmisten tulostamisesta liukuhihnalta esimerkiksi armeijan supersotilaiksi on Tähtien sodan ja monen muun Linnunradan tuonpuoleisen, fiktiivisen universumin peruskuvastoa.
Kloonaamista käsitellään usein erityisesti dystooppisissa tulevaisuusskenaarioissa, kuten Aldous Huxleyn klassikkokirjassa Uljas uusi maailma, jossa uuden maailman kansalaiset luodaan tuotantolaitoksissa.
Monet ovat oppineet kloonauksesta fiktiosta, mutta miten on, huijataanko meitä taiteellisen vapauden nojalla?
– Huijataan, mutta huijataan ihan hyvällä tavalla. Kun ihmisessä herää uteliaisuutta ja tunteita, tulee myös kiinnostusta aiheeseen. Se on hyvä asia, Wartiovaara arvioi, mutta muistuttaa, että fiktio on fiktiota.
Kloonauksessa on kyse jonkin eliöyksilön täydellisestä geneettisestä kopioinnista. Mutta koska ne kasvavat aina vähän eri maailmoissa ja eri voimien muokkaamina, täydellisiä kopioita yksilöistä ei koskaan tule. Kloonilla on sama perimä, ei samanlaista tulevaisuutta.
Eliökunnassa kloonit ovat hyvin yleisiä, sillä esimerkiksi suvuttomasti lisääntyvät kasvit, bakteerit ja amebat siis käytännössä kloonaavat itseään, mutta se on hieman eri asia.
Nisäkkäiden kloonaus tehdään tumansiirtotekniikalla, jonka perusperiaate on hyvin yksinkertainen. Hedelmöittyneestä munasolusta poistetaan tuma, joka korvataan toisen yksilön jonkun solun tumalla ja katsotaan, miten solu alkaa lukea ja ilmentää uusia perintötekijöitään.
Mietitään vertauksena esimerkiksi päänsiirtoa, sellaista ei ole vielä onnistuneesti tehty suunnitelmista huolimatta, mutta kysymys on siitä miten ruumis alkaa toimia kun se saa uuden kuljettajan: itselleen vieraat aivot, joiden viestejä se yrittää tulkita oikein.
Wartiovaara kertoo, että Dollyn kloonauksessa tuma otettiin koko kehityksen läpikäyneestä solusta aikuisen lampaan rintakudoksesta.
– Solusta on eristettiin tuma. Se siirrettiin hedelmöittyneeseen munasoluun, havaitsi olevansa eri ympäristössä ja aloitti tekemään pientä lammasta aivan alusta asti. Vaikka sitä ennen solu oli ollut siellä utareessa ja tehnyt aivan erilaista tehtävää.
Mistä solu tiesi, mitä perintötekijöitä sen pitää ilmentää ja lukea? Miten se ymmärsi palata ajassa taaksepäin? Wartiovaaran mukaan emme vieläkään tiedä, miksi perintötekijät käyttäytyvät niin kuin ne käyttäytyvät.
Kuviota monimutkaistaa vielä epigenetiikka, kaikki genomin ulkopuolinen periytyminen. Mahdollisimman yksinkertaistaen selitettynä geenit ovat kirjoitettu koodi, epigenetiikka ohjeet sen lukemiseen. Epigeneettinen periytyminen on syy sille, miksi saman geneettisen informaation sisältävät solut erilaistuvat omiin tehtäviinsä.
Kloonaus ei ollut 25 vuotta sitten helppoa, eikä se ole sitä vieläkään, vaikka lammas on saanut seurakseen kloonattujen eläinten vahakabinettiin jo pienen eläintarhallisen kohtalotovereita.
Dollyn luominen vaati lähemmäs 300 yritystä ennen onnistumistaan, etenkin koska silloin ei ymmärretty – ja kuten Wartiovaara muistuttaa – vieläkään ei täysin ymmärretä solujen toimintaa.
Mutta ei Wartiovaaran mukaan Dollyn luominen ollut myöskään onnekas erehdys tai haulikolla ympäriinsä ampumista, vaan:
– Hyvin suunnattu tutkimusmatka – lähdettiin tuohon suuntaan kokeilemaan onnistuisiko se. Aiemmilla yrityksillä tumat eivät vain oikein osanneet uudelleenohjelmoitua, eikä niitä vieläkään saada täydellisesti toimimaan keinotekoisesti.
Kloonaus ja kantasolututkimus kulkivat yhdessä
Ihmistä ei ole kloonattu, ainakaan lisääntymistarkoituksessa, ja sellaisen yrittäminenkin tuomittaisiin laajasti ympäri maailman. Kloonaaminen voi silti hyödyttää meitä lääketieteessä, vaikka osa hyödyistä on jo laimentunut uusien tekniikoiden myötä.
Kloonaus ja kantasolututkimus liikkuvat samalla solutason spektrillä, vuonna 1962 kloonauksen pioneeri sir John B. Gurdon ensimmäisenä osoitti, että erilaistuneen solun identiteettiä voi muokata. Myös myöhemmin Dollysta saatu oppi vauhditti tuoretta tutkimusalaa.
Kantasolujen kloonaamisesta kaavailtiin ratkaisua, jolla päästäisiin monista kantasoluhoitojen ongelmista kertaheitolla.
Yhdysvaltalaistutkijat tuottivat tumansiirrolla ihmisen ihosoluista alkiorakkulan vuonna 2013. Lisääntymistarkoituksessa ihmisiä ei kloonata, ja koko ajatus on voimakkaasti ja maailmanlaajuisesti tuomittu. Alkiorakkulasta haluttiin eristää kantasoluja, mutta silloin oli jo vähän myöhäistä.
Monikykyisistä kantasoluista voidaan ainakin teoriassa erilaistaa kaikkia ihmisruumiin soluja, joita voidaan käyttää tautien hoidossa. Kantasoluista parhaita ovat nimenomaan alkion kantasolut, joiden käytöstä on käyty moraalista dilemmaa läpi 2000-luvun.
Kloonaamisella eli tumansiirrolla alkion soluja voidaan tuottaa potilaan omista soluista. Potilaan keho ei hylji uusia soluja samalla tavalla, sillä ne ovat periaatteessa hänen omiaan.
Mutta kloonaus jäi ajastaan jälkeen ennen kuin tekniikkaan edes päästiin kunnolla kiinni. Japanilainen Shinya Yamanaka kehitti jo vuonna 2006 vielä helpomman ja halvemman menetelmän, joka vastaa myös oikeastaan kaikkiin alan eettisiin kysymyksiin.
– Dolly-lampaan kloonaamisessa palautettiin jo erilaistuneen solun tuma hyvin varhaiseen soluvaiheeseen. Samaa kehityksessä takaisinpäin kävelyä käytetään nykyään aivan eri tavalla eli iPS-solutekniikassa, jossa erilaistunut solu palautetetaan taaksepäin muokkaamalla sitä geneettisesti, Wartiovaara kertoo.
Näiden iPS-solujen kehittäminen palkittiin lääketieteen Nobelilla vuonna 2012. Sinänsä myös ympyrä sulkeutui, kun kloonauksen kummisetä Gurdon palkittiin Yamanakan kanssa yhtä aikaa ansioistaan.
Teknisesti aika lähelle kloonaamista mennään, kun tumansiirtoa käytetään apuna lisääntymislääketieteessä, jos äidinmitokondrioissa on geenivirheitä.
Silloin vanhempien hedelmöittämän munasolun tuma voidaan siirtää toiseen munasoluun, jossa mitokondriot ovat virheettömät. Lapsesta tulee hyvin pitkälti vanhempiensa biologinen jälkeläinen, mutta mitokondrioiden mukana tulee myös vähän munasolun luovuttajan perimää.
Perustutkimus voi muuttaa vielä valtavasti tietojamme biologiasta
Mitä hyötyä sähköstä oli ihmiselle, kun aloimme ymmärtää ensi kerran sen lakeja? Toki paljon, kun miettii kehomme omaa sähköistä toimintaa, mutta muuten ei aluksi juuri mitään. Vuosisatojen ahkeran perustutkimuksen ansiosta sähkö pyörittää nyt kaikkea kodeissamme.
Gurdonin perustutkimus ja Dollyn kloonaaminen vaikutti merkittävästi kantasolujen ja koko elämän kehityksen ymmärtämiseen. Wartiovaara arvelee, että kloonauksen välittömät hyödyt ovat yhä kaukana, mutta ne voivat lyödä koko maailman jälleen kerran ällikällä.
Kloonaukseen liittyy suuria eettisiä kysymyksiä, joista saisi kirjoitettua oman artikkelinsa. Päällimmäisenä huoli siitä, elävätkö kloonit terveen elämän ja filosofinen kysymys siitä, voiko ihminen leikkiä jumalaa?
Kloonaukseen on suhtauduttu joskus paheksuen, ettei tiedettä pitäisi tehdä vain, koska me voimme. Wartiovaaran filosofia on erilainen: on mahdotonta sanoa, kuinka tärkeiksi asiat, joita emme vielä tunne lopulta osoittautuvat.
– Jos vaikka pystyisimme vaihtamaan ihmisen aivot: ei siitä paljon käytännön hyötyä ainakaan nyt olisi, mutta suorituksena se olisi mahtava. Ja ehkä tulevaisuudessa opitusta voisi olla arvaamattoman paljon hyötyä.
Perustutkimus on uteliaisuutta: pystyykö jotain tekemään vai ei? Miksi tuma käyttäytyy kuten se käyttäytyy? Wartiovaaran mukaan koko ihmisen biologia perustuu siihen, että tumasta voidaan lukea perimä. Kloonaamisen tutkimus on keskellä tätä kaikkea.
Kloonauksella voidaan selvittää perusbiologian mekanismeja ja jonain päivänä ehkä löytää vastauksia jopa siihen, miten solujen erilaistuminen toimii ja miten elimet rakentuvat? Miten yhdestä hedelmöittyneestä munasolusta tulee valtava määrä täysin eri tavalla käyttäytyviä soluja?
– Se on tutkimuksen koko ydin, eikä sitä tutkimusta tehdä jonkin varsinaisen tarkoituksen takia – vaan että ymmärrettäisiin, miksi maailma on sellainen kuin on.
Dolly kloonattiin somaattisesta solusta, jolla tarkoitetaan kaikkia muita kuin sukusoluja ja kantasoluja. Somaattisia soluja on ympäri kehoamme, ja yksi tutkimuskohde olisi esimerkiksi se, käyttäytyykö kaikkialta kehosta otettu tuma samalla tavalla.
Vai onko kehossa alueita, joiden solujen DNA on niin umpiruuvattu, pultattu ja hitsattu kiinni niin, ettei niitä koskaan pystytä enää aktivoimaan?
Wartiovaara pohtii vaikkapa syövän hoitoa. Syöpäsolu on kuin varhainen alkio, se haluaa jakautua, jakautua ja jakautua. Se on vaarallista, sillä aikuisessa ihmisessä solujen pitäisi jakautua hillitysti ja vain silloin kun tarvitaan.
Miksei kloonaus voisi auttaa siinäkin, milloin varhainen tuma alkaa erilaistua ja oppii sulkemaan geenejä, jakauduttuaan riittävästi. Jos keksitään, miten alkiosolu hillitsee itseään, ehkä keksittään myös miten sama voidaan tehdä syöpäsolulle?
Lääketieteessä kloonauksen hyödyt ovat vielä kaukana, mutta entäpä muualla biologiassa? Esimerkiksi sukupuuttoon kuolleiden eläinten palauttamisessa luontoon? Se on sitten kysymys erikseen.
Mitä ajatuksia juttu herättää? Voit keskustella aiheesta 23.2. kello 23:een saakka.
Lue myös:
Tutkimushanke mammutin herättämiseksi henkiin alkoi hyvin, mutta ajautui vaikeuksiin