Kirjoittajat:
Blogikirjoittajien näkemykset ovat heidän omiaan, eivätkä edusta Luonnonvarakeskuksen virallista kantaa.
Maastosta pakastimeen ja sieltä koeputkeen – miten suden DNA:ta tutkitaan?
Kun luonnosta löytyy suden jätös, se kerätään muovipussiin ja toimitetaan laboratorioon. Mitä näytteelle tehdään laboratoriossa ja mitä DNA-analyysistä saadaan selville?
Vapaaehtoiset metsästys- ja luontoharrastajat sekä joukko Luken ja Suomen riistakeskuksen työntekijöitä ovat keränneet talvella suden jätöksiä. Analysoimalla jätöksestä löytyvää DNA:ta tutkijat selvittävät, mikä eläin ja yksilö jätöksen jätti.
Mistä DNA koostuu?
DNA:n sanotaan olevan elämän aakkoset. DNA on kuin algoritmi, joka ohjelmoi solut järjestymään eläväksi olennoksi. Yksilö perii puolet DNA:staan äidiltä ja puolet isältä.
DNA rakentuu nukleotideistä. Nukleotidiin kuuluu sokeri-, fosfaatti- ja emäsosa. Emäksiä on neljä erilaista: adeniini (A), sytosiini (C), guaniini (G) ja tymiini (T). Nukleotideillä on keskenään tietty järjestys, joka on ainutlaatuinen jokaiselle yksilölle (ellei hänellä ole identtistä kaksosta). Esimerkiksi ihmisen perimä eli genomi muodostuu noin kolmesta miljardista peräkkäisestä emäsparista. Genomi on siis kuin pitkä (ja varsin tylsä) kirja, jossa on vain neljä kirjainta: A, C, G ja T. Jokainen elävä yksilö koostuu biljoonista soluista ja kunkin solun tuma sisältää tiiviisti pakatun DNA:n.
Uusi menetelmä suomalaisten susien DNA:n analysointiin
Talvesta 2021–2022 alkaen suomalaisten susien DNA:ta tutkitaan SNP-menetelmällä (engl. ”single nucleotide polymorphism”). Tätä genetiikan menetelmää käytetään jo nyt ihmisten ja muiden eläinten perimään liittyvässä tutkimuksessa. Menetelmä keskittyy DNA:n rakennuspalikoihin eli edellä mainittuihin neljään kirjaimeen (A, C, T ja G).
Eläimen jätös voi olla geneetikon aarrearkku: sen pintaan tarttuneista suolen soluista löytyy tietoa jätöksen jättäneestä yksilöstä. Näin eläimiä voidaan tutkia ilman, että niiden elämää luonnossa häiritään.
Toisaalta jätös sisältää paljon muutakin kuin suden DNA:ta: bakteereja, saaliseläimen karvoja, sulkia tai luunpalasia ja niin edelleen. Jokaisesta näytteestä ei saada tietoa eläimen perimästä, sillä massasta huolimatta jätöksestä tutkittavasta näytteestä ei aina onnistuta löytämään eläimen itsensä soluja. Nämä solut ovat peräisin eläimen suolen pinnasta, ja niitä irtoaa vaihtelevia määriä ulosteiden matkaan. Tavoite on eristää soluista löytyvä DNA muusta materiaalista.
Suden DNA eristetään jätöksestä
DNA-näytteet saapuvat laboratorioon susireviireiltä kymmenien näytteiden erissä. Ensimmäiseksi näytteet pakastetaan -80 asteessa kahdesta kolmeen päivään. Pakastaminen näin kylmässä tappaa ulosteessa mahdollisesti olevat loiset. Suden jätökset voivat sisältää taudinaiheuttajia, ja siksi vapaaehtoisia ohjeistetaan käyttämään kertakäyttöhansikkaita ja noudattamaan hyvää hygieniaa aina jätöksiä käsitellessä.
Kun näytteet on sulatettu, DNA:n eristyksen ensimmäinen vaihe alkaa. Tutkija pilkkoo näytteen pieniksi paloiksi. Yksittäinen näytepala siirretään koeputkeen yhdessä puskuriliuoksen kanssa. Puskuriliuos on kemikaali, joka hajottaa solun rakenteen ja vapauttaa DNA:n. Ulostelitku kaadetaan suodattimeen, johon DNA tarttuu, mutta muu aines solahtaa läpi. DNA huuhdellaan kemikaaleilla puhtaaksi.
Eristyksen tuloksena on pienenpieni määrä (100 mikrolitraa) kirkasta nestettä, eli puhdasta, eristettyä DNA:ta.
Kuva 1. Analyysiin tarvitaan vain 150 mg suden ulostetta. Tulitikku on kuvassa mittakaavana.
Kuva 2: Ulostelitku valmiina DNA:n eristämiseen.
Genotyypitys paljastaa tärkeää tietoa
Jos genomi on kuin kirja, tiedämme aiemman tutkimustiedon avulla, missä kirjan kappaleessa on meille tärkeää tietoa. Genotyypityksen avulla pääsemme lukemaan, mitä kappaleessa sanotaan.
Genomin lukeminen eli sekvensointi kertoo, mitä kirjaimia (A, C, T vai G) ja missä järjestyksessä genomissa on. Koko genomin sekvensointi kaikista näytteistä veisi paljon aikaa ja olisi kallista. Onneksi aiempi tutkimus tarjoaa tietoa siitä, mitkä genomin osat ovat tärkeitä yksilön tai tiettyjen piirteiden tunnistamiseen. Näitä kohtia sanotaan geneettisiksi markkereiksi.
Lukessa kannanseurantaan käytettävä ns. susien SNP-paneeli on 96 erikseen valitun geneettisen markkerin joukko. Markkerit kertovat, mikä yksilö oli kyseessä, oliko se naaras vai uros ja mille susille se on sukua. SNP-paneeleja on käytetty eläinten perimän tutkimisessa jo pitkään esimerkiksi sukulaisuussuhteiden määrityksessä ja karjan jalostuksessa. Myös ihmisten sairauksia ja vaikkapa sukulaisuuksia määritettäessä käytetään ihmisen genomin tutkimiseen suunniteltuja SNP-paneeleja.
Esimerkiksi Y-kromosomi löytyy vain uroksilta. Jos näytteestä löytyy markkeri Y-kromosomin kohdalta, voidaan yksilö luokitella urokseksi. Ulosteen jättäneen eläimen laji määritellään samalla tavalla. Tiedämme, että DNA:n koodi eroaa koiralla, sudella sekä koiran ja suden risteymillä tietyissä osissa genomia. Jos jätöksen analyysi antaa viitteitä, että kyseessä ei olisi puhdas susi, tutkijat analysoivat näytteen vielä erikseen tarkalla ns. koirasusipaneelilla. Koirasusipaneeli on kehitetty erityisesti risteymien tunnistamiseen. Koirasusipaneelista on julkaistu tieteellinen, vertaisarvioitu tutkimus*, ja tutkimuksen aineisto on saatavilla kiinnostuneille.**
Miten genotyypitys tehdään?
Alukkeiksi kutsuttujen DNA-juosteen pätkien avulla kiinnostavat osat genomista monistetaan. Monistuksessa käytetään entsyymejä, jotka hoitavat kopiointityön. Tätä kutsutaan PCR-reaktioksi. Tuloksena tutkijat saavat monta kopiota siitä osasta DNA:ta, josta he ovat erityisen kiinnostuneita.
DNA-pätkän kirjaimet (A, C, T ja G) loistavat UV-valossa erivärisinä PCR-reaktiossa lisättyjen fluoresoivien leimojen vaikutuksesta. Genotyypitykseen tarkoitettu kone pystyy leimojen värien perusteella lukemaan, mitä kirjaimia DNA:ssa on missäkin järjestyksessä. Kun genotyypit ovat luettavissa, yksilöt voidaan ryhmitellä perimän mukaan.
Kuva 3. DNA:n eristämisen jälkeen näytteet pipetoidaan genotyypitykseen tarkoitetulle levylle yhdessä alukkeiden ja entsyymien kanssa.
Kuva 4. Kone (ensimmäinen kuva) monistaa genomin tietyt osat PCR-reaktion avulla. Näytelevy on tarjottimella valmiina laitettavaksi koneeseen. PCR-reaktion jälkeen näytelevy siirretään toiseen koneeseen, joka lukee DNA-sarjan kirjaimet laser-valon avulla.
Tulokset kertovat, olemmeko tavanneet suden aiemmin ja missä sen sukulaiset ovat
Kun tulokset DNA-analyysistä tulevat, tutkijat vertaavat tietoa kaikkiin aiemmin kerättyihin susien DNA-näytteisiin. Vertaamalla uutta tulosta jatkuvasti täydentyvään DNA-tietokantaan, näemme, onko kyseinen yksilö kohdattu aiemmin. Susiyksilöitä voidaan siten seurata useiden vuosien ajan näytteiden kautta.
Seuraavaksi tutkitaan sukulaisvertailulla, mitkä sudet ovat saaneet pentuja. Keskenään sukua olevien yksilöiden perimä muistuttaa toisiaan: lähisukulaisten genotyypeissä on enemmän samoja kirjaimia samoilla paikoilla verrattuna satunnaisiin yksilöihin keskimäärin.
DNA-analyysin tavoite on tunnistaa ja tutkia suomalaisia susiyksilöitä, -pareja ja -laumoja. Analyysin jälkeen tulokset yhdistetään kanta-arviointiin liittyvän muun aineiston, esimerkiksi susihavaintojen, kanssa osaksi kokonaisuutta. DNA-näytteet varastoidaan, jotta niitä voidaan tutkia uudelleen tarvittaessa.
* Reliable wolf-dog hybrid detection in Europe using a reduced SNP panel developed for non-invasively collected samples (Harmoinen et al.). BMC Genomics (2021) 22:473 (pdf)
** Lataa tutkimuksen aineisto (datadryad.org)
SusiLIFE-hanke on saanut rahoitusta Euroopan unionin LIFE-ohjelmasta (LIFE BOREALWOLF, LIFE18 NAT/FI/000394). Hanke on täysin vastuussa tuottamastaan sisällöstä. Euroopan komissio tai CINEA eivät ole vastuussa aineistosta tai aineiston sisältämien tietojen käytöstä.
