Professori Sarah Butcherin tutkimusryhmä selvittää virusten rakenteita. Sen tiedon avulla flunssa kenties talttuu tulevaisuudessa helpommin kuin nyt.
Veikko Huovinen kuvaa kirjassaan Lentsu ärhäkkää flunssavirusta mm. näin:
”Auta armias, millainen pirulainen se kerran onkaan, kun se hylkää Aleksin ja harppaa parin metrin loikan pahaa aavistamattoman ihmisen nokkaan…”
Vasta viime vuosina on päästy kunnolla kurkistamaan tuon pirulaisen ja monien muiden viruspirulaisten sisään. Tämän on mahdollistanut uusi teknologia, kryo-elektronimikroskopia (kryo-EM). Sen avulla saadaan varmuudella selvää mm. epäsäännöllisten, muuntuvien virusten, kuten tuhkarokko- ja influenssavirusten rakenteista. Se on merkittävää tietoa.
̶ Viruksen toiminta on sidoksissa sen rakenteeseen. Kun rakenne tunnetaan hyvin, viruksen toimintaa voidaan ehkä muuttaa. Siitä voidaan ehkä tehdä vähemmän sairauksia aiheuttava. Rakennetiedon pohjalta voidaan kehittää tehokkaampia lääkkeitä tai vähentää viruksen kykyä muuntautua. Silloin voitaisiin ehkä hidastaa sen leviämistä, selittää Helsingin yliopiston yleisen mikrobiologian professori Sarah Butcher.
Sarah Butcher on yksi neljästä Alfred Kordelinin palkinnon saajasta vuonna 2017. Palkinto myönnetään vuosittain henkilölle, joka toiminut merkittävällä tavalla suomalaisen sivistyksen puolesta.
Teknologian kehittäjien kintereillä
Biologinen näyte – kuten virus – jäädytetään kryo-EM-teknologialla salamannopeasti -180-asteiseksi nestemäisessä etaanissa. Koska jäätyminen on erittäin nopeaa, näytteessä oleva vesi ei ehdi muodostaa jääkiteitä. Siten näytteen rakenne säilyy ehjänä, ja koko rakenne nähdään elektronimikroskoopissa. Teknologian keksijät saivat kemian Nobel-palkinnon 2017.
Sarah Butcher on yksi kryo-EM-teknologian perusteellisimmin tuntevista tutkijoista ja eräs sen kokeneimmista opettajista maailmassa. Hän teki väitöskirjan jälkeen tutkimusta Euroopan molekyylibiologian laboratoriossa Heidelbergissa, Saksassa ̶ samassa laboratoriossa, jossa yksi teknologian keksijöistä, Jacques Dubochet, oli työskennellyt. Butcherin väitöskirjan ohjaaja, Stephen Fuller, puolestaan vei menetelmää eteenpäin. Hän kehitti laskentatekniikan, jonka avulla virus voidaan mallintaa kryo-EM-kuvista.
Butcher aloitti väitöstutkimuksensa 1991, neljä vuotta ensimmäisten virusten rakennemallien julkaisemisen jälkeen. Hän oli jo päässyt tutustumaan uuteen teknologiaan ja värvättiin opettamaan sitä muille. Menetelmän opettaminen on ollut siitä lähtien yksi osa Butcherin tutkijan työtä.
Väitöskirjan valmistuttua Butcher siirtyi Glasgow´n yliopiston virustutkimuskeskukseen ja 1998 Helsingin yliopistoon, biotieteiden laitokselle Viikkiin. Hän toi mukanaan teknologian sekä osaamisensa.
Sarah Butcherilla on kuitenkin paljon pidempi Suomi-tausta. Jo opiskellessaan Bathin yliopistossa mikrobiologiaa hän työskenteli Alkon laboratoriossa, tutustui tulevaan mieheensä ja etsi valmistuttuaan työtä Suomesta. Työpaikka löytyikin lopulta Kansanterveyslaitokselta, bakteeritauteihin keskittyvästä projektista.
Tärkeitä käytännön sovelluksia
Sarah Butcher tekee rakennebiologian perustutkimusta. Hän kuvaa itseään käytännön ihmiseksi, joka haluaa nähdä tutkimukselleen sovelluskohteita.
̶ Olen siksi työskennellyt rokotteiden ja lääkkeiden kehityksessä sekä bakteerien ja antiviraalien parissa.
Kymmenen viime vuotta hän on selvittänyt tuhkarokkoviruksen, erilaisia hengitystietulehduksia aiheuttavan RS-viruksen ja pikornaviruksen saloja. Pikornavirus aiheuttaa mm. osan sydänsairauksista tulehduttamalla sydänlihaksen.
Viime vuodet Butcherin kiinnostus on kohdistunut myös flunssaa aiheuttavaan rhino-virukseen. Se muuntuu kovin helposti, ja iskee pahimmin pieniin lapsiin sekä vanhuksiin. Varsinainen pirulainen siis.
̶ Viruksen vaihtelun takia flunssaa vastaan tuskin saadaan toimivaa rokotetta. Sen sijaan olemme löytäneet viruksen sisältä hyvin pysyvän elementin. Yritämme kehittää lääkkeen, jolla iskettäisiin tuohon elementtiin ja saataisiin flunssa laimenemaan. Silloin jälkitauditkaan eivät iskisi yhtä herkästi, Butcher piirtää kuvaa.
Saataisiinko tuhkarokon leviäminen kuriin?
Viime aikoina Butcherin 12-henkinen tutkijaryhmä on tehnyt viruksista yhä tarkempia kolmiulotteisia malleja. Mitä tarkempia mallit ovat, sitä enemmän viruksista saadaan selville. Esimerkiksi erään viruksen 3D-mallissa näkyy atomin kokoinen tasku tietyssä paikassa viruksen pinnalla. Ennen tarkkaa mallia taskun ei tiedetty olevan olemassa. Tasku saa viruksessa aikaan tiettyjä ominaisuuksia. Jos pystytään suunnittelemaan molekyyli, joka istuu taskuun, viruksen toimintaa voidaan ehkä häiritä.
̶ Virukset ovat rakenteeltaan erittäin muuntuvia. Jos ne voidaan tehdä vakaammiksi, ne eivät pysty tunkeutumaan soluihin ja vahingoittamaan niitä, Butcher kertoo.
Dynaamisten, muuntuvien virusten tutkiminen on aikaisemmin ollut hyvin vaikeaa. Butcherin ryhmä on jo löytänyt yllätyksiä. Esimerkiksi sen, että tuhkarokkovirus on kuvattu kirjoissa väärin.
̶ Se on rakenteeltaan toisenlainen kuin oli ajateltu. Nyt kun oikea rakenne on selvillä, voidaan löytää uusia keinoja pysäyttää se.
Se olisi tärkeää, sillä tuhkarokkoa aiheuttava virus on erityisen tarttuva.
̶ Jos kaupassa on ihminen, jolla on tuhkarokko, hän tartuttaa toisia kymmenien metrien säteellä. Tartuntaan riittää kymmenkunta virusta, ja tartuttaja levittää niitä miljoonittain ihostaan ja hengityksensä kautta koko ajan.
Aivan uusia kysymyksiä ratkottavaksi
Tällä hetkellä Sarah Butcheria innostaa se, millaisia mahdollisuuksia kryo-EM-teknologia voi tuoda muille tieteenaloille. Voi avautua aivan uusia näköaloja, kun voidaan kysyä uudenlaisia kysymyksiä. Esimerkiksi näin: miksi jokin kasvi kasvaa eri tavalla kuin lajitoverinsa samassa paikassa? Mikä solutason ero tai muutos sen aiheuttaa?
Maailma on täynnä kiinnostavia kysymyksiä. Niiden voi antaa muhia vaikka maailmanympärimatkalla, johon Butcherin perhe aikoo käyttää osan 30 000 euron palkinnosta. Koko tutkimusryhmä on jo päässyt syömään hyvin yhdessä. Ja laboratorioon voisi hankkia uuden 3D-tulostimen.
Teksti: Riitta Gullman