Mitä geenit ovat ja voiko niitä syödä?

Geenimuunnelluista (GM) kasveista, niitä myyvistä firmoista ja näiden kummankin haitoista löytyy valtavasti väärää tietoa. Yritän tässä saada oiottua niistä yleisimmät. Tästä ensimmäisestä ei ole paljoakaan iloa niille, jotka ovat olleet hereillä biologian tunneilla, mutta toivottavasti joku saa vastauksia kysymyksiinsä. Tämä käsittelee hyvin yleisluontoisesti sitä miten kasvin DNA ylipäätään toimii.

Jokainen kasvi muodostuu soluista ja jokaisessa kasvissa on miljardeja soluja. Keskimääräinen kasvisolun halkaisija on noin 10-100 μm (0,1-0,01 mm), eli nuppineulan pään kokoinen pallo kasvimassaa sisältää noin 500 - 500 000 yksittäistä solua. Näistä jokaisessa on kasvin koko genomi. 


Kasvisolun rakenne. Kuva Wikimedia.
Geenit kirjoitetaan DNA-molekyyleihin neljällä kirjaimella ja kolmen kirjaimen sanoilla. Kirjaimet ovat A, G, C ja T ja näistä voi muodostaa 64 erilaista kolmen kirjaimen yhdistelmää. Nämä yhdistelmät koodaavat kuitenkin vain 20 erilaista aminohappoa, eli moni yhdistelmä tuottaa tuloksena samansisältöisen sanan. Kun kirjaimet luetaan DNA-molekyyliltä, ne muutetaan RNA:ksi, jolloin T-kirjaimen sijasta käytetään U-kirjainta.
Aminohappoja koodaavat "sanat". Sanan ensimmäinen kirjain otetaan vasemmalta, toinen ylhäältä ja kolmas vasemmalta. AUG aloittaa koodauksen ja UAA, UAG ja UGA lopettavat sanan. Kuva Wikimedia.
Yksi geeni eli "lause" alkaa aina samalla sanalla ja voi loppua yhteen kolmesta eri vaihtoehdosta. Jokainen kolmen emäksen sana tarkoittaa yhtä aminohappoa, joita laitetaan peräkkäin DNA:ta luettaessa. Kun aminohapot kytketään peräkkäin, ketju taittuu ja takertuu tietyn muotoiseksi. Osa aminohapoista ei pidä vedestä ja kääntyvät muodostuvan "pallon" sisäpuolelle, osa pitää vedestä ja kääntyy ulospäin vetiseen solun sisältöön päin. Tietyt aminohapot vetävät toisiaan puoleensa ja auttavat proteiinin muodostumista. Tämän jälkeen proteiinia muokataan vielä tuman ulkopuolella, mutta jätän sen tästä yhteydestä pois.
Aminohapporihman täytyy taittua tarkasti omaan muotoonsa, jotta se toimisi oikein. Kuva Wikimedia.
Kolmiulotteinen rakenne on erittäin herkkä proteiinin toiminnan kannalta, sillä tarkan muotonsa avulla proteiini tarrautuu kohteeseensa. On mahdollista, että yksittäinen virhe DNA:n kirjaimissa ei johda mihinkään muutokseen, onhan DNA:n "sanoissa" useita samaa aminohappoa tarkoittavia kolmen emäksen ketjuja. Muoto voi muuttua rajustikin, jos yksittäinen vedestä pitävä aminohappo muuttuukin vettä pelkääväksi, mutaatio muodostaa lauseen päättävän sanan tai jos kolmen kirjaimen sanojen "lukuraami menee sekaisin. Viimeinen mutaatio tulee, jos mutaatio poistaa yhden DNA:n kirjaimen ja jokainen sana sen jälkeen luetaan väärin. 
Joitakin mutaatiotyyppejä. Ensimmäisenä vasemmalla normaali DNA. Toisena hiljainen mutaatio, jossa mutaatio tuottaa saman aminohapon. Kolmas mutaatio tuottaa lopettamista koodaavan sanan ja tuhoaa koko proteiinin tuoton. Neljäs mutaatio muuttaa aminohapon, mutta ominaisuudet pysyvät lähes samoina. Viides mutaatio vaihtaa aminohapon ominaisuuksiltaan erilaiseksi, jolloin proteiinin kolmiulotteinen rakenne kärsii. Kuva Wikimedia.

Toisin kuin iltapäivälehtien otsikoista voisi päätellä, geenit eivät suoraan koodaa ominaisuuksia. Ne koodaavat proteiineja, joita voidaan jatkokäsitellä eri tavoin erilaisissa soluissa. Proteiinit saavat eliön toimimaan, kuluttamaan energiaa ja pysymään hengissä. Yksittäinen proteiini ei kuitenkaan voi muuttaa eliön toimintaa kuin juuri siinä biokemiallisten toimintojen ketjussa, johon se kuuluu. Ketjussa yksi proteiini tai jokin muu biomolekyyli muuttuu askel kerrallaan vähän erilaiseksi erilaisten muokkausproteiinien eli entsyymien toimesta. Entsyymi saattaa lisätä tai poistaa molekyylistä jonkin osan tai taittaa molekyyliä toiseen muotoon. Mikäli yksi näistä entsyymeistä ei toimi kunnolla, koko ketju saattaa "mennä rikki".

Helpointa geenien muuntelu on silloin, jos halutaan estää jokin kasvin toiminto. Silloin voidaan esimerkiksi rikkoa joku toimintoon kuuluvista proteiineista. Rikkomiseen riittää yleensä kolmiulotteisen rakenteen muuttaminen, jonka jälkeen kyseinen toiminto ei enää toimi. Tällä tavoin voidaan estää esimerkiksi jonkin ihmiselle myrkyllisen aineen muodostuminen kasviin.
Vaikeampaa on saada kasvi tekemään kokonaan jotain uutta yhdistettä, koska biosynteesireitit ovat usein hyvin monimutkaisia ja suorien polkujen sijasta muistuttavat enemmän suurkaupungin metrokarttaa. Lisäksi erilaiset eliöt jatkokäsittelevät proteiineja ja suosivat tiettyjä kolmen kirjaimen sanoja hivenen eri tavoin. Bakteerin geeni ei siis välttämättä muodosta samanlaista toimivaa proteiinia hiireen tai maissiin siirrettynä.
Sitruunahapposykli, energiantuoton ehkä tärkein prosessi. Laatikot ovat linkkejä entsyymeihin tai toisiin vastaaviin reitteihin varsinaisella sivulla. Ruutukaappaus KEGG-tietokannan sivulta. 
Kuten yllä jo mainitsin, solut ovat hyvin pieniä. Jos yhteen aikuisen kasvin soluun tulee mutaatio, kasvi ei ole yleensä millänsäkään. Jos solu muuttuu elinkelvottomaksi, se joko tappaa itsensä ohjatusti tai kuolee omaan mahdottomuuteensa. Joissakin tapauksissa solu voi lähteä jakautumaan hallitsemattomasti ja jos kasvi ei saa tätä kuriin, siihen muodostuu kasvain. Tällaiset mutaatiot eivät kuitenkaan ole periytyviä. Ainoastaan siemeniin tulevat mutaatiot ovat periytyviä ja mutatoituneista siemenistä kasvavien kasvien kaikki solut ovat mutatoituneita. Sattumanvaraisesti tapahtuvat mutaatiot ovat lähes aina haitallisia tai hiljaisia mutaatioita.

Tämä teksti on tarkoituksella lyhyt ja yksinkertaistettu. Lisää esiin nousseita kysymyksiä kommentteihin ja minä pyrin vastaamaan niihin joko tässä kirjoituksessa, kommenteissa tai kirjoitan kokonaan uuden blogauksen aiheesta.











Kommentit

  1. Voi sinun tietämättömyyttäsi. Olet niin pihalla siitä, mikä geeni on ja mikä on DNA:n merkitys solussa. Ei genomissa ole mitään selkeitä informaatioyksiköitä, kuten sinä kuvittelet ja joita sinä geeneiksi kutsut. DNA on vain passiivista tietovarantoa, jota solu lukee valmistaakseen toiminnallisia RNA-molekyylejä.

    Solu lukee DNA:ta transkriptioon sen perusteella, miten ohjaus- ja opastustekijät solun mekanismeja neuvovat. Proteiinisynteesissä solu saa tilauksen proteiinin tuottamiseksi ja sen jälkeen se ohjaustekijöiden opastamana etsii käyttötarkoitukseen soveltuvimmat DNA-jaksot, joita voi olla jopa eri kromosomeissa. Usein valitut jaksot ovat toisiinsa nähden limittyneitä tai sisäkkäisiä ja ne saattavat olla vastakkaisissa juosteissa, 5' ja 3'. Ohjaustekijöitä, jotka opastavat solun mekanismeja löytämään oikeat DNA-jaksot, ovat mm. transkriptiotekijät (proteiinit, jotka sitoutuvat metyylimerkittyihin alueisiin), microRNA-molekyylit ja DNA:n metylaatioprofiilit. Ohjaustekijät, jotka siis KONTROLLOIVAT DNA:n luentaa transkriptioon, ovat epigeneettisiä tekijöitä ja mekanismeja.

    Mutta transkriptio on vasta ensimmäinen vaihe erittäin monimutkaisessa prosessissa proteiinin tuottamiseksi. Transkription valmistamaa pre-mRNA molekyyliä tulee modifioida monin eri tavoin ennen kuin solu päästää sitä käännösprosessiin. Merkittävin modifiointitapahtuma on ns. vaihtoehtoinen silmukointi, eli alternative splicing. Tämä huikean monimutkainen epigeneettiseen säätelyyn perustuva mekanismi mahdollistaa sen, että ihmisen DNA:n n. 19'000 proteiinien koodaamiseen käytettävästä jaksosta solumme voivat valmistaa miljoonia erilaisia proteiineja. Vielä silmukoinnin jälkeen on vuorossa ns. post-transkriptionaalinen modifiointi, jota ohjaavat etupäässä histonien epigeneettiset markkerit. Mutta niistä ei tällä kertaa enempää, koska omaksumiskykysi tuskin riittää siihen, että vielä niistä jotain ymmärtäisit.

    Olen muuten valmis julkiseen debattiin kanssasi siitä tapahtuuko evoluutiota vai ei. Voin tulla Seinäjoelle tai minne päin maailmaa tahansa kertomaan ihmisille, miten solun mekanismit toimivat ja todistamaan tieteellisesti, ettei evoluutiolle ole mekanismia. Otatko haasteen vastaan?

    VastaaPoista
  2. Ihminen on ns. geenejä muokkaamalla aiheuttanut nopean biodiversiteetin kuihtumisen. Etkö tiennyt, että geenimanipulointi on perustunut ns. geenien leikkaamiseen? Kyse ei kuitenkaan ole ollut vain DNA:n leikkaamisesta vaan genomin leikkaamisesta, jolloin on poistettu myös nukleosomeja, eli poistoon ovat joutuneet histoniproteiinit markkereineen ja DNA:n metylaatioprofiilit. On selvää, että kun ohjausjärjestelmä poistetaan, niin kasviin tulee muutoksia. Menetelmä on perustunut yritys-erehdys -tekniikkaan ja onnistumisprosentti on surkea; vain n. 1% editointiyrityksistä tuottaa toivotun lopputuloksen. Mutta hinta on kova. Vuoden 1900 jälkeen yli 90% geneettisestä monimuotoisuudesta on kadonnut viljeltävistä kasveistamme.

    Tajuatko lainkaan, mitä sinä opetat nuorille, vastuuton opettaja?

    VastaaPoista

Lähetä kommentti

Tämän blogin suosituimmat tekstit

Millaista on keskustella kreationistin kanssa?

Vastaus Vesa Kelan evoluutiokolumniin

Tuotantokasvit ennen ja nyt