RNA:n sokeriosien vaikutus geenien lukemiseen. Henri Malmi Ohjaajat: FT Anssi Malinen ja FT Georgiy Belogurov BIOKEMIA

Transkriptio

1 1

2 Sisältö RNA:n sokeriosien vaikutus geenien lukemiseen... 3 Tuntemattoman proteiinin toimintaa selvittämässä... 4 Uuden menetelmän kehittäminen kosteus- ja homevaurioiden arviointiin... 5 Miehen sukusolujen kehittyminen on herkkä ja monimutkainen prosessi... 6 Shank-proteiinit säätelevät integriinin aktiivisuutta... 7 Sairaalabakteerin tappavuuden mysteeri, askelta lähempänä ratkaisua?... 8 Valo vaurioittaa yhteyttäviä eliöitä samalla mekanismilla kehityskaareen katsomatta. 9 Syanobakteerimutantti paljastaa uusia ominaisuuksia geenisäätelystä Vatsatautiaiheuttajan havainnointia yksinkertaisin keinoin Potilasläheiseen diagnostiikkaan kehitteillä uusi, entistä herkempi määritysmuoto DNA:n monistumisen seuraaminen nanokokoisilla upkonvertoivilla partikkeleilla Kaksi uutta potentiaalista geenimerkkiainetta eturauhassyövän diagnosointiin Uudet merkkiaineet eturauhasen syövän diagnostiikassa AMACR and TMPRSS2-ERG fusion gene expression in human prostate Nanosized luminescent sensors New binder reagents for blood coagulation assays Seulontatesti lihasrappeumataudin havaitsemiseksi vastasyntyneiltä Poikkeukselliseen valontuottoilmöön kykenevät nanopartikkelit diagnostiikassa Rintasyöpäsolun toiminnan ymmärtäminen mikrorna:iden avulla Uuden LED-viritteisen europium(iii)kelaatin käyttö havaintomolekyylinä vastaainemäärityksissä Pikatestin kehittäminen pusutautivirukselle Helppo pikatesti kertoo sisältääkö mökkivetesi haitallisia sinilevämyrkkyjä Uusi näytteenkäsittelymenetelmä potilasnäytteiden analysoimiseksi Monistuskontrollien suunnittelu ja niiden merkitys DNA:n monistamisessa Selvityksen alla Suomessa viljellyn tyrnimarjan siemenöljyn koostumus ja sen kehittyminen kasvun aikana Lasten kasviksiin ja marjoihin liittyvän maistamishalukkuuden mittaaminen päiväkodissa Luonnollisilla kasviuutteilla potentiaalia säilöntäaineiden korvaajiksi elintarvikkeissa Andien siniset ja punaiset perunat Värien kokemisessa havaittiin yksilöllisiä eroja ihmisten välillä Fosfolipidit erilleen nopeammin ja säästeliäämmin

3 RNA:n sokeriosien vaikutus geenien lukemiseen Henri Malmi Ohjaajat: FT Anssi Malinen ja FT Georgiy Belogurov BIOKEMIA Löysin tutkimuksessani RNA-polymeraasista virheitä estäviä rakenteita sekä RNA:n muutoksia, jotka estävät RNA-polymeraasia pilkkomasta RNA:ta. Näiden avulla voidaan paremmin ymmärtää RNA-polymeraasin reagointia virheisiin sekä tutkia sellaisia RNA-polymeraaseja, joiden tehokas RNA:n pilkkomiskyky on aiemmin estänyt niiden tutkimisen. RNA-polymeraasi on kaikkien elämänmuotojen kannalta välttämätön proteiini, jonka tehtävänä on tuottaa geeneistä DNA-kaksoiskierteen toista juostetta mallina käyttäen paljon DNA:ta muistuttava, yksijuosteinen RNA-kopio. RNA:iden merkittävin tehtävä on proteiinien tuotto: Ne toimivat kunkin proteiinin rakenteen ohjeena, tuovat oikeita aminohappoja proteiinien kokoamista varten ja kokoavat näistä elimistön kaikki proteiinit. RNA:n tärkeyden vuoksi RNA-polymeraasin on oltava hyvin tarkka ja siinä onkin ominaisuuksia, jotka estävät väärän emäsjärjestyksen tai DNA:n tuottamisen. Osa näistä ominaisuuksista estää suoraan virheiden muodostumista, osa puolestaan edistää virheiden poistamista RNA:n pilkkomisella. Omassa tutkimuksessani selvitin väärän sokeriosan sisältävien nukleotidien, kuten DNA:n, vaikutusta RNA-polymeraasin pilkkomistoimintaan ja kykyyn pidentää RNA:ta, kun nämä RNA:lle väärät nukleotidit jo sisältyvät alueeseen, joka kullakin ajanhetkellä on RNA-polymeraasin sisällä DNA-RNAkaksoiskierteenä. Tutkimuksessani havaitsin, että DNA-kaksoiskierteen DNA- RNA-kaksoiskierrettä pidempi ja kapeampi muoto hidastaa RNA-polymeraasia monikymmenkertaisesti, kun tämä yrittää pidentää DNA:ta RNA:n sijaan. Löysin RNA-polymeraasista DNA-muokkauksien avulla myös tärkeän sitoutumiskohdan, joka sitoo RNA:n nukleotideille ominaista 2 - hydroksyyliryhmää. DNA:sta puuttuu tämä rakenne, ja RNA:n korvaaminen siitä kohdasta DNA:lla hidastaa voimakkaasti RNA-polymeraasin kykyä pidentää RNA:ta. Lisäksi keinotekoiset LNA-nukleotidit mahtuvat huonosti RNA-polymeraasin reaktioita edistävän kohdan läpi. Tämä nopeuttaa RNA:n pilkkomista, kun muokattu nukleotidi on uloin nukleotidi DNA-RNAkaksoiskierteessä, ja hidastaa tai jopa pysäyttää pilkkomisen, kun muokatut nukleotidit ovat sisempänä. 3

4 Tuntemattoman proteiinin toimintaa selvittämässä Markus Palonen Ohjaajat: FM Minna Koskela ja FT Paula Mulo BIOKEMIA Kasvit kykenevät hyödyntämään auringon valon energiaa yhteyttämiseksi kutsutun prosessin avulla. Yhteyttäminen jaetaan valoreaktioihin, jossa kasvi muuttaa auringon valosta saadun energian kemialliseen muotoon ja pimeäreaktioihin, jossa kasvi käyttää valoreaktioissa tuotetun energian muuttaakseen ilmakehän hiilidioksidin monimutkaisiksi hiiliyhdisteiksi, joita se käyttää omaan kasvuunsa. Yhteyttämisen sivutuotteena ilmakehään vapautuu happea, jonka takia yhteyttäminen on elintärkeä prosessi eläimien ja ihmisten kannalta. Erikoistyössä selvitettiin tuntemattoman kasvisolussa esiintyvän proteiinin toimintaa. Proteiinin epäillään olevan vielä tuntematon osa kasvien yhteyttämistä, koska se muistuttaa yhteyttämiselle välttämätöntä FNRproteiinia. Tämän takia sitä kutsutaan toistaiseksi nimellä FNR:n kaltainen proteiini. Proteiinin toimintaa tutkittiin lituruoho-kasveilla, joista oli geeniteknologian keinoin sammutettu FNR:n kaltaista proteiinia tuottava geeni. Näiden kasvien avulla tutkittiin miten FNR:n kaltaisen proteiinin puuttuminen vaikutti kasvuun ja yhteyttämiseen. Mutanttikasvit kasvoivat hitaammin kuin normaalit kasvit, mutta tuntemattomalla proteiinilla ei ollut vaikutusta yhteyttämisen valoreaktioihin. Sen sijaan eroja havaittiin yhteyttämisen pimeäreaktioissa ja seuraavaksi tutkimuksessa keskitytään tutkimaan kasvien kykyä käyttää ilman hiilidioksidia. Kasveja tullaan tutkimaan vielä lisää ja FNR:n kaltaisen proteiinin toimintaa selvitetään kasvien muissa prosesseissa. 4

5 Uuden menetelmän kehittäminen kosteus- ja homevaurioiden arviointiin Eetu Suominen Ohjaajat: FM Janne Atosuo, dos. Esa-Matti Lilius BIOKEMIA Erikoistyössä havaittiin, että uudenlainen, valosignaalia tuottavien bakteerien käyttöön perustuva menetelmä, saattaa olla käyttökelpoinen tutkittaessa rakennusten kosteus- ja homevaurioita. Menetelmässä käytetään hyvin yleistä Escherichia coli bakteeria, johon on geeniteknologisesti lisätty valontuottamisominaisuus. E.coli-lux:iksi nimetyn bakteerin lähettämä valosignaali kertoo suoraan, paljonko bakteereja on elossa. Valon määrä vähenee solutapon myötä kun bakteerit altistuvat esimerkiksi myrkyllisille yhdisteille. Tutkimuksessa E.coli-lux soluja altistettiin kosteusvaurioisista rakennuksista otettuihin pyyhintäpölynäytteisiin, joiden oletettiin olevan myrkyllisempiä kuin vauriottomien rakennusten pölyn. Bakteerien valontuottoa seurattiin ja myrkylliset näytteet erotettiin puhtaista näytteistä valosignaalin vähenemisen perusteella. Tutkimustulosten avulla onnistuttiin määrittämään menetelmälle sellaiset näytepitoisuudet, joissa näytteiden mahdollinen toksisuus on selkeästi havaittavissa. Lisäksi tulosten analysointia onnistuttiin parantamaan ja havaittiin, että mittaustulosten luotettavuus on hyvällä tasolla. Jatkossa pyritään parantamaan näytteenottomenetelmää ja validoimaan itse menetelmä mahdollisesti kaupalliseen käyttöön. Tuloksia tullaan myös vertailemaan näytteenottopaikoissa tehtyihin terveyskyselyihin. 5

6 Miehen sukusolujen kehittyminen on herkkä ja monimutkainen prosessi Tiina Lehtiniemi Ohjaajat: FM Matteo Da Ros, apulaisprofessori Noora Kotaja BIOKEMIA Miesten sukusolujen kehittyminen, spermatogeneesi, on monella tavoin poikkeuksellinen kehitysprosessi, joka tuottaa valtavia määriä geneettisesti yksilöllisiä siittiöitä joka päivä. Häiriöt tässä herkässä prosessissa voivat johtaa vaikeuksiin lapsen saannissa tai jopa infertiliteettiin. Nämä tutkimukset tulevat antamaan uutta tietoa spermatogeneesin monimutkaisesta prosessista ja täten auttavat meitä ymmärtämään miehen hedelmällisyyttä ja siihen liittyviä ongelmia paremmin. Siittiöiden muodostuksessa on useita vaiheita ja kullakin soluvaiheella on sille ominaisia piirteitä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin solutyyppiin, jossa solut ovat jo jakaantuneet haploideiksi, mutta niille ei vielä ole kehittynyt spermalle ominaista häntää. Tällöin mikroskoopilla voidaan havaita solussa noin 1,5 μm:n läpimittainen kromatoidikappale. Kromatoidikappale on miehen hedelmällisyydelle välttämätön, mutta sen tehtävät ovat vielä laajalti epäselviä. Nyt tarkoituksena oli selvittää kromatoidikappaleesta löydetyn proteiinin, FYCO1, vaikutusta TIP49 proteiineihin ei-sukusoluissa ja lopulta sukusoluissa. Proteiinit pyrittiin eristämään rikotusta solumassasta, käyttäen vasta-ainetta FYCO1 proteiinia kohtaan. Tällöin mukana tullut TIP49 proteiini, olisi todettu vahvaksi vuorovaikutuspariksi. TIP49 proteiineja ei kuitenkaan löydetty FYCO1:den yhteydestä. Mikroskoopilla tutkittaessa proteiineilla nähtiin yhteisiä alueita soluissa, mutta FYCO1:den yli-ilmentyminen ei pystynyt määrittämään TIP49 proteiinien paikallistumista. Tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että FYCO1-TIP49 vuorovaikutus on heikko tai se vaatii jonkin vain sukusoluissa esiintyvän tekijän. Tulevat tutkimukset keskittyvätkin määrittämään tätä vuorovaikutusta kiveksistä eristetyissä pyöreätumaisissa spermatideissä ja spermatosyyteissä. 6

7 Shank-proteiinit säätelevät integriinin aktiivisuutta Johanna Lilja Ohjaajat: prof. Johanna Ivaska ja dos. Jeroen Pouwels BIOKEMIA Integriinit ovat solupinnan adheesioreseptoreita, joilla solut tarttuvat toisiinsa ja ympäröivään soluväliaineeseen. Integriinien aktiivisuuden säätely on välttämätöntä solun kiinnittymiselle, liikkumiselle ja kudoksen normaalille tasapainolle. Tutkimusryhmässämme on aiemmin osoitettu, että syöpään ja psoriasikseen yhdistetty proteiini Sharpin toimii tärkeänä β1 integriinin aktiivisuuden estävänä tekijänä. Tässä tutkimuksessa tunnistettiin myös Shankproteiiniperhe (Shank1, Shank2 ja Shank3), jonka proteiinit tunnetaan paremmin rakenteellisina proteiineina aivojen postsynaptisissa tihentymissä. Erikoistyössä pyrittiin selvittämään vaikuttavatko Shank proteiinit integriinin aktiivisuuteen. Tutkimuksessa oltiin myös kiinnostuneita siitä, mikä on Shankproteiinien ja Sharpinin välisen vuorovaikutuksen merkitys integriinin aktiivisuuden säätelyssä. Tutkimuksen perusteella proteiinit Shank1 ja 3 toimivat integriinin aktiivisuutta vähentävä tekijänä. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että Shank1 pystyy inhiboimaan β1 integriinin aktiivisuutta riippumatta Sharpinista. Proteiinien lokalisaation tutkimiseksi käytettiin mikropatterneja, joilla solut leviävät vain tietyssä muodossa ja koossa. Kun pystytään normalisoimaan solun koko ja muoto, kokeellinen toistettavuus paranee sekä pienet lokalisaatioero nähdään selkeämmin. Proteiinien Shank3 ja Sharpin havaittiinkin kolokalisoivan solun reunoilla. Tutkimusta Shank-proteiinien parissa jatketaan, sillä tähän mennessä saatujen tulosten perusteella näyttää siltä, että niillä voi olla tärkeä rooli integriinien aktiivisuuden säätelyssä ja tätä kautta elimistön normaalin tasapainon ylläpitämisessä. 7

8 Sairaalabakteerin tappavuuden mysteeri, askelta lähempänä ratkaisua? Mihail Ruotsi Ohjaajat: FT Benedykt Wladyka BIOKEMIA Stafylokokit ovat lämminveristen iholla ja limakalvolla esiintyviä bakteereita. Melkein jokaisella ihmisellä löytyy näitä opportinistisia mikrobeja. Nykyään kuuluisin tähän bakteerisukuun kuuluva bakteerilaji on Staphylococcus aureus. Erityisen pahamainen S. aureus tunnetaan sen kyvystä kehittää vastustuskyky moderneille antibiooteille. Tämän tyyppinen bakteeri tunnetaankin vakavana uhkana sairaalaympäristössä nimellä sairaalabakteeri eli MRSA. Koiraeläimistä lähtöisin oleva Staphylococcus pseudintermedius on S. aureuksen läheinen sukulainen. Vastuskyvyn kehityksen lisäksi tällä lajilla on myös todistetusti kyky levitä koirasta ihmiseen. Tutkimuksessa tarkoituksena oli tuottaa, puhdistaa ja selvittää S.pseudintermediuksessa esiintyvät Spl proteaasit. Proteaasit ovat solutason pilkkomiskoneita. Spl- proteaasit Stafylokokeissa erittyvät bakteerin ulkopuolelle ja vaikuttavat bakteerin vaarallisuuteen. Geeniteknologian menetelmin siirsimme näitä proteaaseja tuottavat geenit turvallisempaan ihmismahassa esiintyvään Escherichia coli-bakteeriin. Saimme tuotettua proteaaseja, mutta puhdistuksessa oli ongelmia proteaasin liukenevuuden takia. Tutkimus tuotti kuitenkin lupaavan tuottosysteemin proteaasien valmistukseen. 8

9 Valo vaurioittaa yhteyttäviä eliöitä samalla mekanismilla kehityskaareen katsomatta Vesa Havurinne Ohjaaja: dos. Esa Tyystjärvi MOLEKULAARINEN KASVIBIOLOGIA Yhteyttäminen eli auringonvalon muuntuminen orgaanisiksi yhdisteiksi, kuten sokereiksi, on tärkeimpiä elämää ylläpitäviä mekanismeja. Valo kuitenkin itsessään aiheuttaa välttämättä vahinkoa sitä kerääville eliöille. Tämän valovaurion eli fotoinhibition pääasiallisena kohteena on yhteyttämisen elektroninsiirtoketjun ensimmäinen proteiinikompleksi, valoreaktio II. Mikäli syntyneen vaurion tehokkaaksi kehittyneet korjausmekanismit yhtäkkiä lakkaisivat toimimasta kaikissa yhteyttäjissä, riittäisi jo yksi aurinkoinen päivä tekemään lopun lähes kaikesta yhteyttämisestä maapallolla. Fotoinhibition molekyylitason mekanismeista ei ole ilmiön merkittävyydestä huolimatta vielä tieteellistä yksimielisyyttä. Erikoistyössä tutkittiin fotoinhibition mekanismia maapallon tärkeimpien perustuottajien joukkoon lukeutuvassa Phaeodactylum tricornutum -piilevässä. Vaikka piileviin ja kasveihin johtaneet kehityskaaret erosivat toisistaan jo varhain ja johtivat hyvin erilaisiin valonkeruukoneistoihin, on valon eri aallonpituuksien kyky aiheuttaa vaurioita hyvin samankaltainen molemmissa kehityskaarissa. Erikoistyön tuloksista käy ilmi, että vaurio on voimakkainta ultraviolettialueella ja osoittaa paikallisia huippuja näkyvän valon alueella valonkeruupigmenttien absorptiohuippujen kohdilla myös piilevillä. Havaittu yhtenevyys osoittaa samojen mekanismien olevan vaurion taustalla molemmissa ryhmissä ja vahvistaa fotoinhibitiota kokonaisvaltaisesti selittävän mangaanimekanismin asemaa muiden kilpailevien teorioiden joukossa. Mangaanimekanismin mukaan valovaurio kohdistuu aina ensisijaisesti valoreaktion II:n happea vapauttavan kompleksin mangaanikeskukseen tehden sen inaktiiviseksi, minkä jälkeen valoreaktio II:n varausten uudelleenjärjestäytymisestä alkunsa saava reaktiivisiin happilajeihin kuuluva singlettihappi aiheuttaa lisävahinkoa viereisille valoreaktioille. Koska käytännössä koko maapallon alati kasvava ihmispopulaatio on riippuvainen viljelykasvien sadoista, on kaikki uusi tieto yhteyttämisestä ja sen tehostamismahdollisuuksista tärkeää. Sen lisäksi, että erikoistyön tulokset selventävät fotoinhibition mekanismeja yleisesti, voidaan tuloksille löytää käytännön sovellutuksia bioenergian tuotannossa. Bioenergiaa tuotetaan usein yksisoluisten levien avulla valoenergiaan perustuvissa fotobioreaktoreissa, joissa valon laatu ja määrä on suunniteltava tarkkaan suurelta osin juuri fotoinhibition takia. 9

10 Syanobakteerimutantti paljastaa uusia ominaisuuksia geenisäätelystä Juha Kurkela Ohjaaja: FT Taina Tyystjärvi MOLEKULAARINEN KASVIBIOLOGIA JA BIOENERGETIIKKA Tutkimuksessa havaitsimme, että korkea hiilidioksidipitoisuus on erittäin haitallista eräälle syanobakteerimutantille. Mutanttikanta kuoli kolmen päivän kasvatuksen jälkeen, kun kasvatuskaapin ilmaan lisättiin hiilidioksidia. Ilmiö on ainutlaatuinen, sillä villityypin ja monien muiden syanobakteerimutanttien kasvu kiihtyi korkeassa hiilidioksidipitoisuudessa. Transkriptiossa RNA-polymeraasi tuottaa DNA:sta lähetti-rna:n, josta ribosomit tuottavat translaatiossa toiminnallisia proteiineja. Tuloksemme todistaa, että mutanttikannalta puuttuva RNA-polymeraasin pienin alayksikkö on soluille välttämätön sopeutumisessa korkeaan hiilidioksidipitoisuuteen. Alayksiköllä näyttäisi myös olevan säätelyllisiä ominaisuuksia geenien luennassa. Tutkimus tehtiin Synechocystis sp. PCC 6803-bakteerilla, joka on hyvin yleisesti laboratoriotyössä käytetty syanobakteerilaji. Havaintomme ja tulevat lisätutkimukset tuovat uutta tietoa tärkeään tutkimusalaan. Olemassa olevaa tietoa syanobakteerien geneettisestä säätelystä ei ole vielä niin paljoa, että niitä voitaisiin tarpeeksi tehokkaasti käyttää hyödyksi bioteknologisissa sovellutuksissa. Tulevaisuudessa syanobakteerien rooli ihmiselle hyödyllisten aineiden, kuten hiilineutraalien biopolttoaineiden tuottajina, tuleekin korostumaan. 10

11 Vatsatautiaiheuttajan havainnointia yksinkertaisin keinoin Siina Alaranta Ohjaaja: FT Ari Lehmusvuori MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA Norovirus on noussut yleiseen tietoisuuteen voimakkaiden vatsatautiepidemioiden aiheuttajana. Virus on saanut myös huomiota löytymällä esimerkiksi pakastevadelmista. Tämän takia onkin tärkeää, että virusta pystytään havainnoimaan nopeasti ja luotettavasti. Nopea diagnoosi mahdollistaa tartuntojen rajaamisen ja estää sitä kautta epidemian leviämistä. Työssä kehitettiin yksinkertaista vaihtoehtoa perinteiselle polymeraasiketjureaktiomonistukselle (PCR). Alhaisen ja yhden lämpötilan monistusreaktion, NASBA-tekniikan (engl. Nucleic acid sequence based amplification) etuna on edullinen ja yksinkertainen lämmityslaitteisto. Näytteiden havainnoinnissa käytettiin Turun yliopiston Biotekniikan osastolla kehitettyä lantanidialkuaineisiin perustuvaa mittausteknologiaa. Lantanideihin perustuva mittaustekniikka mahdollistaa luotettavan ja reaaliaikaisen määritysseurannan, sillä se kytkeytyy päälle vain monistustuotteen ollessa läsnä. Vielä kehitysvaiheessa olevan työn aikana on jo havaittu, että kontrollina käytettyä RNA-juostetta on kyetty monistamaan ja samanaikaisesti mittaamaan alustavissa PCR:ssä. Tämä on tärkeää, sillä työssä sovelletussa NASBAmonistustekniikassa ensimmäinen vaihe on sama kuin PCR:ssä. Samalla kuitenkin havaittiin, että norovirusnäytteiden RNA:t eivät monistuneet. Syitä norovirusnäytteiden heikolle monistumiselle on monia, esimerkiksi Norovirus- RNA:n muodostamat monimutkaiset rakenteet kykenevät estämään entsyymien toiminnan monistusreaktioiden aikana. 11

12 Potilasläheiseen diagnostiikkaan kehitteillä uusi, entistä herkempi määritysmuoto Laura Kalliomäki Ohjaajat: FM Etvi Juntunen, FM Riikka Arppe ja prof. Kim Pettersson MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA Sairauksista kertovia merkkiaineita pystytään havaitsemaan verinäytteistä hyvin pieniä määriä, kun määrityksissä käytetään uutta, entistä herkempää leima-ainetta. Uudella leima-aineella pystytään myös positiivinen negatiivinen-testituloksen lisäksi mittaamaan määrällisesti, kuinka paljon verinäytteet sisältävät merkkiaineita. Tämä mahdollistaa sairauksien aikaisemman toteamisen, niiden etenemisasteen arvioinnin ja hoidon aloittamisen aikaisemmin, jolloin hoitovaste paranee. Uutta leima-ainetta testattiin käyttäen merkkiaineina eturauhasessa muun muassa eturauhassyövän aikana lisääntyvää proteiinia, PSA:ta, ja sydäntauteihin liitettyä sydänperäistä troponiini I:tä. Määritykset tehtiin lateraalivirtauslastuilla, jotka ovat yleisessä käytössä potilasläheisessä diagnostiikassa. Niissä nestemäinen näyte liikkuu analyyttisella kalvolla ja testitulos on luettavissa lastuilta jopa minuuteissa. Molempia merkkiaineita pystyttiin onnistuneesti havaitsemaan verinäytteistä, mikä osoittaa leima-aineen soveltuvan entistä herkempien määritysten kehittämiseen määrällisiä tuloksia antavia pikatestejä varten, erilaisten sairauksien havaitsemiseksi. 12

13 DNA:n monistumisen seuraaminen nanokokoisilla upkonvertoivilla partikkeleilla Tero Matikka Ohjaajat: FM Riikka Arppe, FT Ari Lehmusvuori ja prof. Tero Soukka MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA Työssä kehitettiin koetintekniikka, jolla voidaan seurata Chlamydia trachomatis -bakteerin DNA:n monistumista näytteessä. Koetintekniikka osoitettiin toimivaksi, mutta upkonvertoivat nanopartikkelit (lyh. UCNP) sakkasivat polymeraasiketjureaktiossa (lyh. PCR) tarvittavan lämmönvaihtelun seurauksena. Sakkaaminen on mahdollista ratkaista tekemällä muutoksia partikkeleiden pintakemiaan ja käytettyihin reaktio-olosuhteisiin. Klamydian sijaan kehitettyä tekniikkaa voidaan käyttää muidenkin DNA-molekyylien tunnistamiseen, mikä mahdollistaa sen soveltamisen esimerkiksi useille bakteereille ja geeneille. Epäorgaanisilla UCNP:lla on ainutlaatuinen kyky virittyä infrapunavalolla ja vapauttaa tämä valoenergia näkyvällä aallonpituusalueella. Näkyvä valoenergia voidaan edelleen välittää vastaanottajamolekyylille, joka tässä tutkimuksessa oli pieni värimolekyyli. Vastaanottajamolekyyli vapauttaa vastaanottamansa valoenergian ja sitä mittaamalla saadaan tietää näytteen sisältämän DNA:n määrän muutos ajan suhteen. Polymeraasiketjureaktion edetessä näytteessä oleva DNA:n monistuminen saa aikaan muutoksen näytteestä mitattavan valon määrässä. 13

14 Kaksi uutta potentiaalista geenimerkkiainetta eturauhassyövän diagnosointiin Terhi Tallgrèn Ohjaajat: FM Saeid Alinezhad, FM Riina-Minna Väänänen ja prof. Kim Pettersson MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA Geenimerkkiaineita PLA2G7 ja RHOU ilmentyy eturauhassyöpäpotilaiden eturauhaskudoksessa enemmän kuin terveiden miesten eturauhaskudoksessa. Selkeät erot PLA2G7- ja RHOU-geenien ilmentymisen määrässä terveissä ja syöpäisissä eturauhaskudoksissa viittaavat kyseisten merkkiaineiden mahdollisesti soveltuvan eturauhassyövän diagnosointiin. Eturauhassyöpä on toiseksi yleisin kuolemaan johtava syöpä ja yleisin miesten syöpä länsimaissa. Tällä hetkellä eturauhassyövän diagnosointiin ja seurantaan käytössä olevat testit eivät pysty erottamaan nopeasti ja hitaasti eteneviä syöpämuotoja toisistaan, mikä voi johtaa potilaiden virheellisiin hoitomenetelmiin. Siksi on tarve uusille spesifisemmille eturauhassyövän merkkiaineille. PLA2G7- ja RHOU- geenien ilmentyminen määritettiin 224 eturauhaskudosnäytteestä. Geenien ilmentymistä eturauhaskudosnäytteissä mitattiin erikoistyössä optimoidulla geenitestillä. Testissä käytettiin Turun yliopiston biotekniikan osastolla kehitettyä lantanidileimateknologiaa, jossa PLA2G7- tai RHOU-geenituotteiden määriä mitataan leiman tuottaman valon avulla. 14

15 Uudet merkkiaineet eturauhasen syövän diagnostiikassa Jesse Mattsson Ohjaajat: FM Saeid Alinezhad, FT Malin Åkerfelt, FT Matthias Nees ja prof. Kim Pettersson MOLEKULAARINEN BIOTEKNIIKKA JA DIAGNOSTIIKKA Erikoistyössä kehitettiin menetelmä eturauhassyövässä yli-ilmenevän geenin DLX1 (engl. Distal-Less Homeo Box 1) lähetti-rna:n mittaamiseen. Määrityksellä voitiin luotettavasti mitata näytteitä, joissa oli vain 10 lähetti- RNA-kopiota per mikrolitra näytettä. DLX1-geenin ilmentymistaso oli eturauhassyöpäpotilaan hyvänlaatuisiin kudoksiin verrattuna 17 kertaa korkeampi syöpäkudoksissa, mikä tarkoittaa, että DLX1-merkkiaineita voidaan potentiaalisesti käyttää muiden merkkiaineiden kanssa toisiaan täydentävinä eturauhasdiagnostiikassa. Lisäksi DLX1:n ja seitsemän muun geenin toimintaa tutkittiin hiljentämällä niiden ilmeneminen pienien RNA-molekyylien avulla ja hiljennyksen aiheuttamat muutokset solujen toiminnassa selvitettiin. Geenien toiminnan validointi on tärkeää, jotta voidaan todentaa, jos vika geenissä parantaa syöpäsolujen kasvu-, selviytymis-, tai metastaattista potentiaalia. Toistaiseksi saatavilla olevan datan perusteella tutkituilla geeneillä ei ole vaikutusta solujen ominaisuuksiin. Eturauhasen syöpä on maailmanlaajuisesti toiseksi yleisin miesten syöpä ja viidenneksi yleisin kuolemaan johtaneista syövistä. Yleisesti käytössä olevissa määrityksissä, kuten esimerkiksi eturauhasspesifisen antigeenin (PSA) määrittämisessä on puutteita. PSA ei ole syöpäspesifinen ja sen pitoisuus veressä voi kohta useista syistä, kuten esim. eturauhasen liikakasvusta. Ongelmana eturauhasen syövän diagnosoinnissa on, että tällä hetkellä saatavilla ei ole spesifisiä ja herkkiä merkkiaineita. Tämän vuoksi uusien merkkiaineiden kehittäminen on tärkeää eturauhasen syövän hoidon parantamiseksi. 15

16 AMACR and TMPRSS2-ERG fusion gene expression in human prostate Natalia Tong Ochoa Supervisors: M.Sc. Riina-Minna Väänänen & Prof. Kim Pettersson BIOMEDICAL IMAGING When studying systematically all areas of tissue in prostate cross-sections from men with prostate cancer, we found high expression of the prostate cancer marker gene AMACR not only in tumor but also in the microscopically healthy looking areas of the prostate. Expression of another prostate cancer marker gene, fusion gene TMPRSS2-ERG, was seen in healthy areas of the tissue near to tumor focus and also in the tumor itself. At protein level, AMACR showed expression in both tumor and healthy looking areas, while ERG protein was seen only in tumor areas of one of the three studied prostate cross-sections. These tests for the molecular changes could be useful for improving the diagnosis of prostate cancer along the current methods of detection of the disease for especially those men in whose biopsies no cancer can be seen microscopically, but further studies are still needed. 16

17 Nanosized luminescent sensors Name: Simon Christ Supervisor: Ph.D. Michael Schäferling MOLECULAR BIOTECHNOLOGY AND DIAGNOSTICS Sensors in the size of a few nanometers are useful tools to gain information on the inner life of cells. Is the cell healthy and viable, how does a cell react on external stimuli or what different structural building blocks do we find in a cell and where? These are typical questions in biological and biomedical research. Reliable details on the state of a cell or tissue is of great interest in medical diagnostics and therapy as well. Thus sensors need to be small enough to enter a cell without harming it or chancing those significant parameters within the cell. Since one cannot connect those sensors with a wire, they also should exhibit a wireless readout method which keeps the cells and the sensor intact. And finally the sensor must be sensitized to particular characteristics of the cell such as ph or ion concentration without any cross-selectivity. The solution for sensors that meet all these criteria are upconversion nanoparticles (UCNPs). With an average diameter of a few nanometers they are small enough to enter the cell easily. The readout can be accomplished by using light that is low in energy and not harmful to any organism. Furthermore, UCNPs have the advantage to convert incident light to light of higher energy that is emitted. This process is called upconversion. Since the emitted light has higher energy and therefore a different color it can be easily distinguished from the incident light. One can characterize the emitted light by a photon counting device or take a picture of the specimen through a microscope (imaging). Another feature of UCNPs is that the particles can be modified and sensitized by the coupling of certain dyes to the surface. Those dyes are sensitive to ions and change their properties according to the ion concentration. The change on the properties of the dye in return influences the emission of the converted light of the particles. In that way the concentration of the sensed species is connected to the emission of the particles. Both intensity and lifetime of the emission are important parameters. We developed and characterized such sensitized UCNPs that can give information on intracellular ph. It will be tried to couple different dyes that are sensitive to physiological important ions to the particles. In parallel we will optimize a custom made fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM) for easy and reliable readout. 17

18 New binder reagents for blood coagulation assays Csilla Kurdi Supervisors: Ph.D. Urpo Lamminmäki, M.Sc. Hanna Sanmark MOLECULAR BIOTECHNOLOGY AND DIAGNOSTICS The biological processes that occur in every living organism are chemical reactions and regulated by enzymes. Enzymes catalyze all aspects of cell metabolism including large molecule break down into smaller molecules, conservation and transformation of chemical energy and construction of cellular macromolecules from smaller precursors. Enzymes have medical importance as well. For example, monitoring enzyme activity can be used for detecting certain diseases, such as blood coagulation-related abnormalities. Anticoagulants and anti-platelet agents are amongst the most commonly used medications, and monitoring those patients who are treated with these drugs is quite necessary. Several laboratory assays are used to evaluate blood coagulations, to screen patients with inherited or acquired coagulation defects, to monitor anticoagulant therapy and to evaluate the different blood coagulation pathways. In our project we intended to develop a binder reagent against a peptide, which later can be used to develop a new method in blood coagulation assays based on enzymatic reactions. During screening we found several binders specific to the target peptide. These binders are able to distinguish the enzymatically cleaved peptide from the intact form. Further studies of these binders are required to be able to develop a new immunoassay method for blood coagulation tests. 18

19 Seulontatesti lihasrappeumataudin havaitsemiseksi vastasyntyneiltä Mari Alatalo Ohjaajat: DI Juho Terrijärvi, FT Jonne Vaarno ja FT Teemu Korpimäki BIOTEKNIIKKA DI Kehitettiin menetelmä perinnöllisen lihasrappeumataudin, Duchennen lihasdystrofian, seulontaan vastasyntyneiltä. Tauti aiheuttaa lihassolujen hajoamisen ja sitä kautta lihasten heikkouden. Sairaat lapset joutuvat jo alle kymmenenvuotiaina pyörätuoliin ja taudin nopea eteneminen johtaa yleensä kuolemaan jo alle 30 vuoden iässä. Tähän mennessä sairauteen ei ole ollut ennalta ehkäisevää hoitoa ja sairaus on diagnosoitu potilailta oireiden ilmaantuessa. Kehitteillä olevan lääkehoidon uskotaan lieventävän oireita ja hoito on tarkoitus aloittaa mahdollisimman aikaiseen jo ennen oireiden ilmenemistä. Diplomityön aiheena oli kehittää menetelmä, jolla voidaan tutkia verestä onko lapsella Duchennen lihasdystrofia ja joka voidaan automatisoida niin, että määritys voidaan tehdä helposti useille näytteille lyhyessä ajassa. Sairailla lapsilla on havaittu olevan normaalia suurempi kreatiinikinaasiaktiivisuus veressä ja sitä voidaan hyödyntää sairaiden tunnistamisessa. Diplomityössä tutkittiin kahta entsyymiketjumääritystä, joiden avulla voidaan mitata kreatiinikinaasin tuottaman ATP:n määrää. Toisessa reaktiossa hyödynnettiin lusiferaasireaktiota ja mitattiin siinä syntyvää valoa. Toisessa entsyymiketjun muodostui lopputuotteen NADPH:ta, jonka määrä voidaan mitata fluoresenssin avulla. Määritykset saatiin toimimaan suurilla kreatiinikinaasiaktiivisuuksilla. Ongelmaksi muodostui määritysten saaminen riittävän herkäksi, että ne havaitsisivat kreatiinikinaasin myös terveiltä aikuisilta. Veressä on useita mittausta häiritseviä aineita ja niiden pitoisuudet vaihtelevat ihmisten välillä. Tämä vaihtelu selittää osin määrityksellä nyt saavutetun huonon herkkyyden. Nämä ongelmat tarvitsee vielä ratkaista, jos menetelmää halutaan hyödyntää Duchennen lihasdystrofian seulonnassa. 19

20 Poikkeukselliseen valontuottoilmöön kykenevät nanopartikkelit diagnostiikassa Krista Korpi Ohjaajat: DI Juho Terrijärvi ja FT Johanna Vuojola BIOTEKNIIKKA DI Poikkeuksellinen valontuottoilmiö Upkonvertoivat nanopartikkelileimat (engl. upconverting nanoparticles, UCNP) kykenevät ilmiöön, mihin mikään biologinen materiaali ei pysty. UCNP-partikkelit pystyvät varastoimaan niihin kohdistettua matalaenergistä infrapuna- eli lämpösäteilyä ja tuottamaan sen avulla korkeampi energistä näkyvää valoa. Tämän ainutlaatuisen ominaisuuden takia ne soveltuvat hyvin diagnostiikkaan, esimerkiksi potilas- tai ympäristönäytteiden tutkimiseen. UCNP:t mahdollistavat lisäksi yksinkertaisen ja edullisen mittalaitteiston käyttämisen. Leimojen tehtävä testeissä Leimojen tehtävänä näytteiden analysoinnissa on osoittaa tutkittavan aineen läsnäolo näytteessä. Menetelmästä riippuen leimoista saadaan joko enemmän tai vähemmän signaalia, kun tutkittavan aineen pitoisuus näytteessä kasvaa. Ensimmäisessä tapauksessa kyseessä on kilpaileva ja jälkimmäisessä ei-kilpaileva menetelmä. Pienet tutkittavan aineen pitoisuudet saadaan paremmin esiin, kun käytetään ei-kilpailevaa menetelmää, sillä tällöin pienetkin signaalimuutokset on helpompi havaita. Yksinkertainen pesuvaiheista vapaa määritysmenetelmä Toinen työn päämääristä oli kartoittaa asiakastoimeksiantona, voisiko asiakkaan diagnostiseen testiin soveltaa UCNP-teknologiaa. Määrityksen haluttiin olevan yksinkertainen eli vapaa pesuvaiheista. Lisäksi haluttiin, että määritys olisi ei-kilpaileva. Pesuvaiheilla testistä saadaan poistettua siinä ylimääräiseksi jääviä komponetteja, mikä yksinkertaistaa testin suunnittelua. Toisaalta pesuvaiheet lisäävät työvaiheita ja laitteiston monimutkaisuutta. Työn alkuvaiheessa tarvittavien komponenttien toimivuus varmistettiin pesuvaiheita sisältävällä testillä. Työn lopputuloksena pystyttiin näyttämään, että pesuvapaa menetelmä toimi, vaikkakaan riittävän alhaista tutkittavan aineen pitoisuutta ei saatu havaittua. Testiä on kuitenkin mahdollista parantaa, sillä tässä työssä optimointi jäi kesken ajan ja reagenssien loputtua. Mittalaite UCNP-teknologiaan perustuvat analyysimenetelmät eivät ole vielä levinneet laajalle, eikä partikkeleiden tuottaman valon mittaamiseen soveltuvaa mittalaitetta ole vielä listatuotteena kaupallisesti saatavilla. Työn toinen päämäärä olikin tutustua tarvittavaan mittaustekniikkaan ja ottaa käyttöön UCNP signaalin mittaamiseen soveltuva Hidex Oy:n laser-modifioitu Plate Chameleon -mittalaite. Tämä työn osa on vielä kesken. 20

21 Rintasyöpäsolun toiminnan ymmärtäminen mikrorna:iden avulla Pauli Tikka Ohjaajat: DI Juho Terrijärvi, prof. Rainer König, BIOTEKNIIKKA (DI) MikroRNA-molekyylit (mirna) voivat muuttaa solun normaalin biologisen toiminnan kannalta tärkeiden proteiinien tuotantoa. Tässä tutkimuksessa esiintyvän rintasyöpäsolutyypin mirna:iden vaikutus todettiin oleellisiksi tiettyjen rintasyövässä metaboliaa säätelevien geenien toimintaan. Esimerkkeinä mainittakoon QKI (engl. Quaking Homolog, KH Domain) ja LUZP1 (engl. Leucine Zipper Protein 1) geenit, jotka edistävät rintasyövän toimintaa haittaamalla normaaleja toimintamekanismeja, kuten ohjattua solukuolemaa. Osoittautui, että QKI proteiinin tuotanto laski, jos tiettyjä mirna:ita (esim. hsa-mir-33a-5p) oli enemmän syövässä. QKI voi normaalisti toimia myeliinisaation lisäksi myös translaation repressorina, mutta tämä ei ehkä ole tarkoituksenmukaista nopeasti jakautuvalle syöpäsolulle. Rintasyöpäsolun toiminnan geenejä säätelee usein enemmän kuin yksi mirna. Rintasyövässä esiintyvien mirna:iden ja geenien välisiä yhteyksiä mallinnettiin ja selvitettiin tilastotieteellisillä ja matemaattisilla menetelmillä, Tutkimuksessa kehitetyllä mallilla voitiin arvioida syöpäsolunäytteiden geenien pitoisuuksia mirna:iden avulla. Tarkoituksenmukaista oli tutkia niitä syövässä poikkeavasti esiintyviä geenejä, joiden toimintaan mirna:t on osoitettu vaikuttavan, jolloin puhuttiin kohdegeeneistä. Tiettyjen mirna:iden esiintyminen antoi hyvän arvion eräiden geenien todellisista pitoisuuksista solussa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin erityisesti syövässä normaalia enemmän tai vähemmän esiintyvien mirna:iden korrelaatiota kohdegeenien ilmenemiseen. Eräät mirna:t esiintyivät erityisesti syövässä poikkeavien kohdegeenien kanssa ja näitä mirna:ita oli 21 kappaletta. Edellä mainittujen mirna:iden kohdegeenien ryhmittymistä ja esiintymistä tutkittiin eri metaboliateissä. Voitiin havaita, että erityisesti insuliinisignaalitiellä esiintyi merkittävästi kohdegeenejä. Voidaankin olettaa, että mirna:illa on suuri merkitys insuliinisignaalitien epänormaalin toiminnan muodostumiselle. 21

22 Uuden LED-viritteisen europium(iii)kelaatin käyttö havaintomolekyylinä vasta-ainemäärityksissä Jenna Jacobino Ohjaajat: FM Tanja Savukoski ja prof. Kim Pettersson BIOTEKNIIKKA DI Diplomi-insinöörityössä tutkittu uusi europium(iii)kelaatti virittyi perinteisiä kelaatteja tehokkaammin lähellä näkyvän valon aallonpituutta, joten se voidaan virittää edullisilla ja pienikokoisilla hohtodiodeilla (LED). Tämän vuoksi kelaatti soveltuu havaintomolekyyliksi erityisesti sellaisiin vastaainemäärityksiin, jotka tehdään potilasläheiseen diagnostiikkaan kehitetyillä yksinkertaisilla vieritestauslaitteilla. Lisäksi uusi kelaatti tuotti verrokkina käytettyä perinteistä 9-hampaista kelaattia enemmän fluoresenssivaloa, mikä mahdollistaa mielenkiinnon kohteena olevan merkkiaineen entistä pienempien pitoisuuksien havaitsemisen. Vasta-ainemäärityksillä mitataan potilaan terveydentilasta tai sairaudesta kertovan merkkiaineen pitoisuutta esimerkiksi verinäytteessä. Pitoisuus mitataan merkkiaineeseen sitoutuvien vasta-aineiden avulla, joista toisiin on liitetty sitoutumisen todentamiseksi valosignaalia tuottava havaintomolekyyli. Tällaisia ovat esimerkiksi fluoresenssiin perustuvissa mittauksissa käytetyt erilaiset kelaatit. Antaakseen signaalia, kelaatti viritetään sopivalla aallonpituudella, minkä jälkeen sen tuottaman fluoresenssivalon määrä voidaan mitata. Uusi kelaatti mahdollistaa kalliiden ja kookkaiden virityslähteiden korvaamisen LEDeillä tällaisissa sovelluksissa. 22

23 Pikatestin kehittäminen pusutautivirukselle Petri Antikainen Ohjaaja: FT Janne Koskinen BIOTEKNIIKKA DI Mononukleoosi, eli pusutauti, on yleisin Epstein-Barr-viruksen (EBV) aiheuttama tauti. EBV:n aiheuttaman infektion sairastavat lähes kaikki aikuisikään mennessä. EBV jää pusutaudin jälkeen piilevänä kantajaansa ja saattaa terveilläkin henkilöillä muodostua ajoittain nieluun. Pusutaudin tyypillisiä oireita ovat korkea kuume, imusolmukkeiden tulehtuminen, kipeä kurkku ja nielutulehdus. Pusutaudin oireiden samankaltaisuus muiden virusten ja bakteerien aiheuttamien nielutulehdusten kanssa vaikeuttaa oikean diagnoosin tekemistä. Oikea diagnoosi nielutulehduksessa on edellytys oikealle lääkitykselle ja hoidolle, koska antibioottihoito ei tehoa viruksiin. Diplomityön tavoitteena oli kehittää maripoc -pikatestijärjestelmään testi, joka tunnistaa nielunäytteestä pusutautia aiheuttavan EBV:n. Työssä kehitettiin vasta-aineiden avulla testi EBV:n rakenneosien osoittamiseksi näytteestä hyödyntäen koeputkitestaukseen tarkoitettua laserteknologiaa. Testin herkkyys on hyvä ja verrattavissa muihin maripoc - pikatestijärjestelmän testeihin. Piilevän infektion aikaisen EBV:n muodostumisen tutkimiseksi terveiltä henkilöiltä kerätyistä näytteistä yksikään ei ollut positiivinen EBV-testissä. Kehitetty EBV-testi on ensimmäinen testi maailmassa, jolla EVB:ta voidaan osoittaa nopeasti näytteestä. Testi on herkkä, mutta sen toiminta tulee tutkia vielä EBV:ta sisältävillä potilasnäytteillä. Terveiden henkilöiden näytteistä ei löytynyt EBV:ta, mikä vahvisti kirjallisuuden perusteella tehtyä oletusta, että terveillä henkilöillä muodostuu EBV:ta nieluun todella vähän. 23

24 Helppo pikatesti kertoo sisältääkö mökkivetesi haitallisia sinilevämyrkkyjä Teemu Kustila Ohjaajat: FM Markus Vehniäinen, FM Sultana Akter ja FT Urpo Lamminmäki BIOTEKNIIKKA (DI) Diplomityössä kehitettiin helppokäyttöistä pikatestiä, jolla voitaisiin selvittää sisältääkö vesinäyte sinileväbakteerien tuottamia haitallisia yhdisteitä eli sinilevämyrkkyjä. Tuloksen näkee suoraan määritysalustasta. Määritysalustan prototyypillä on saatu lupaavia tuloksia sekä laboratorionäytteillä että järvi- ja merivesiperäisillä näytteillä. Määritysalustalla voidaan tulevaisuudessa tehdä pikatestejä usealle eri sinilevämyrkkyalatyypille yhtäaikaisesti. Määritysalustasta pyrittiin kehittämään helppokäyttöinen, nopea sekä tehokas. Nykyään vastaavissa olosuhteissa tehtävistä määritysmenetelmistä yleisimpiin kuuluu lateraalivirtausmääritys. Tunnetuin lateraalivirtausmääritys on perinteinen raskaustesti. Lateraalivirtausmääritys perustuu nesteen liikkumiseen huokoisella kalvolla. Uuden määritysalustan periaatteena on sinilevämyrkyn kiinnittyminen testiviivalle ja tämän havaitseminen väriainetta muodostavalla reaktiolla. Uusi määritysalusta ei vaadi näytteiden esikäsittelyä, pystyy havainnoimaan Maailman terveysjärjestön asettaman suositusraja-arvon sinilevämyrkylle juomavedessä, sekä mahdollistaa tulosten lukemisen ilman erillistä mitta-laitetta. 24

25 Uusi näytteenkäsittelymenetelmä potilasnäytteiden analysoimiseksi Sami Nylund Ohjaajat: FM Antti-Heikki Tapio, FT Ari Lehmusvuori, FT Piia von Lode BIOTEKNIIKKA DI Diplomityössä kehitettiin GBS-bakteerille uusi näytteenkäsittelymenetelmä, jonka avulla potilasnäytteitä pystytään analysoimaan nopeammin DNApohjaiseen tartuntatautidiagnostiikkaan erikoistuneen Abacus Diagnostica Oy:n GenomEra -järjestelmällä. Uuden menetelmän avulla GBS-sivelynäytteistä voidaan poistaa analysointia häiritseviä ainesosia eli inhibiittoreita ja rikastaa analysoitavan bakteerin DNA:ta, jolloin näytteiden analysointi ja tulosten saaminen yksinkertaistuu ja nopeutuu. Menetelmän etuina ovat vähäinen tarve erillisille laitteille ja mahdollisuus soveltaa menetelmää myös muille bakteereille ja näytetyypeille. Kehitetty menetelmä voikin tarjota paremman mahdollisuuden suorien potilasnäytteiden testaamiseen useissa tapauksissa, joissa kohdepatogeenien määrä on matala tai jotka sisältävät inhibiittoreita. GBS-bakteeri eli B-ryhmän streptokokki (Streptococcus agalactiae) on vakava vastasyntyneiden infektioiden aiheuttaja. GBS-bakteeri voi tarttua synnytyksessä äidiltä lapselle ja GBS-bakteerin kantajuus todetaan emättimestä tai peräaukon suulta otettavasta sivelynäytteestä. Kehitetty menetelmä perustuu kaupalliseen DNA-eristysmenetelmään, joka hyödyntää DNA:ta sitovia mikrokokoisia magneettipartikkeleja. Happamissa olosuhteissa partikkelit sitovat DNA:ta ja magneetin avulla partikkeleihin sitoutunut DNA erotellaan muusta näytteestä. Emäksisissä olosuhteissa DNA voidaan taas irrottaa partikkeleista analysoitavaksi. 25

26 Monistuskontrollien suunnittelu ja niiden merkitys DNA:n monistamisessa Tommi Alanko Ohjaajat: FM Olli Mikkonen (Abacus Diagnostica Oy), FM Susanne Lahdenperä BIOTEKNIIKKA DI Diplomityössä suunniteltiin vaihtoehtoisia monistuskontrolleja Abacus Diagnostica Oy:n käyttöön. Diagnostiset testit perustuvat yhä useammin erilaisiin DNA-analyyseihin, joissa käytetään apuna DNA:n monistamiseen perustuvia tekniikoita. Käytössä olevat tekniikat ovat kuitenkin alttiita erilaisille häiriöille. DNA:n monistumista voivat heikentää esimerkiksi näytemateriaali tai laitteiden vikatilanteet. Tästä syystä monistusreaktioon tuleekin lisätä erityinen monistuskontrolli, jolla varmennetaan monistusreaktion toimivuus. Monistuskontrolli koostuu näytteen kohde-dna:sta poikkeavasta DNA:sta. Näytettä ja monistuskontrollia monistetaan yhtäaikaisesti samassa monistusreaktiossa. Todellisessa negatiivisessa näytteessä ei ole kohde-dna:ta, eikä sen monistumista tapahdu. Monistuskontrollin tulee kuitenkin tällöin monistua tuloksen oikeellisuuden todentamiseksi. Jos taas monistuskontrollikaan ei monistu, tiedetään, että monistusreaktiossa tai laitteessa on tapahtunut virhe, eikä tulos ole luotettava. Työssä käytettiin kohde-dna:sta poikkeavana DNA:na flamingonkukan lehdestä eristettyä DNA:ta. DNA:han sitoutuvat ja monistusreaktiossa uuden DNA-nauhan aloituskohtina toimivat lyhyet sekvenssit, eli niin sanotut alukemolekyylit, suunniteltiin tietokoneavusteisesti. DNA:n monistamiseen tarvitaan aina alukepari, ja kukin pari muodostaakin ominaisuuksiltaan erilaisen eli vaihtoehtoisen monistuskontrollin. Samalla suunniteltiin myös DNA:n havainnointiin tarvittavat, valoa tuottavilla molekyyleillä merkityt koetinmolekyylit. Flamingonkukan ja kohde-dna:n sekä suunniteltujen alukkeiden välisiä reaktioita tutkittiin ensin bioinformatiikkaohjelmien avulla. Tutkituista alukepareista valittiin käytännön laboratoriokokeissa tehokkaimmat flamingonkukan DNA:ta monistamalla. Valittujen alukkeiden ja koetinmolekyylien toimivuutta ja yhteensopivuutta kehitteillä olevien uusien bakteeritestien kanssa tutkitaan vielä nopeaan diagnostiseen testaukseen suunnitellulla automaattisella GenomEra -laitteella. Tässä työssä suunnitellut monistuskontrollit tarjoavat toimiessaan valinnanvaraa uusien testien kehitykseen siten, että mahdolliset ei-toivotut monistuskontrollin ja kohde-dna:n väliset ristireaktiot saadaan helposti poistettua vaihtoehtoista monistuskontrollia käyttämällä. 26

27 Selvityksen alla Suomessa viljellyn tyrnimarjan siemenöljyn koostumus ja sen kehittyminen kasvun aikana Niko Markkinen Ohjaajat: MMT Anssi Vuorinen, FM Marika Kalpio, prof. Baoru Yang, prof. Heikki Kallio ELINTARVIKEKEHITYS DI Diplomityössä selvitetään suomalaisten Tytti ja Terhi -tyrnilajikkeiden siemenöljyn rasvahappojen kehittymistä marjan kasvun aikana. Rasvahappojen kehittyminen siementen soluissa on lukuisten proteiinien säätelemää. Vastaavasti eri proteiinien määrää marjojen soluissa säätelevät niihin liittyvät geenit. Tutkimuskohteena on tämä rasvahappojen valmistamiseen liittyvä kokonaisuus. Tutkimus on vasta aluillaan, joten tuloksia ei ole vielä raportoitavaksi. Tyrnin siemenöljyn tiedetään kuitenkin jo ennestään sisältävän omega-3- ja omega-6-rasvahappoja terveydelle edullisessa suhteessa. Tämän lisäksi tyrnin siemenöljyn on raportoitu helpottavan silmien kuivuutta ja atoopikkojen iho-oireita. Lopullisten tulosten odotetaan valaisevan tyrnimarjan siemenessä olevien rasvahappojen kehittymismekanismia marjan kasvun aikana. Mahdollisesti voitaisiin myös arvioida hetkeä marjan keräämiseen, jolloin siemenöljy olisi niin sanotusti parhaimmillaan. 27

28 Lasten kasviksiin ja marjoihin liittyvän maistamishalukkuuden mittaaminen päiväkodissa Mira Prinz Ohjaajat: Dos. Mari Sandell, FT Oskar Laaksonen, FM Pauliina Ojansivu ELINTARVIKEKEMIA Erikoistyössä 3-6 -vuotiaat lapset osallistuivat päiväkodissa aisteja aktivoiviin toimintatuokioihin viiden viikon ajan. Jakson alussa ja lopussa lapsilta mitattiin kasvisten ja marjojen maistamishalukkuus. Tulokset olivat myönteisiä, sillä lasten porkkanan, lantun, mustikan ja puolukan maistamishalukkuus kasvoi merkittävästi. Tutkimus toteutettiin Hangon kaupungissa kahdessa päiväkodissa, joista toinen oli vertailupäiväkoti. Ruokakasvatusaktiviteetit olivat päiväkodeissa uusia. Tietoja lasten ruokavaliosta, mieltymyksistä ja perheen taustasta kerättiin kyselylomakkeen avulla. Kyselylomakkeen perusteella lähes kaikissa perheissä lapset osallistuivat ruokatoimintoihin kotona vähintään kerran viikossa ja pitivät niitä mielekkäinä. Vanhemmat arvioivat myös lasten näytekasvisten ja - marjojen maistamishalukkuuden; vanhempien ja lasten arviot näytteiden maittavuudesta vaihtelivat. Suomalaisten lasten kasvisten, hedelmien ja marjojen saanti on alle suositusten ja erikoistyön yhtenä tavoitteena olikin kartoittaa ruoka-aiheisten toimintatuokioiden vaikutusta lapsen maistamishalukkuuteen. Lasten ruokamieltymyksien syntyyn vaikuttavat sekä perimä että ympäristötekijät kuten kodin ruokavalio, ikätoverien käyttäytyminen ja kasvatusmenetelmät. Pienet lapset ovat tutkimuskohteena haasteellinen ryhmä, koska lasten kielellinen kehitys ja keskittymiskyky ovat vielä kehitysvaiheessa. Työssä kehitetty lapsilähtöinen mittausmenetelmä toimi päiväkotiympäristössä ja antoi hyödyllisiä tuloksia lasten maistamisesta ja ruoka-aineiden tunnistamisesta. Lapset ottivat mielellään osaa mittaukseen ja aktiviteetteihin. 28

29 Luonnollisilla kasviuutteilla potentiaalia säilöntäaineiden korvaajiksi elintarvikkeissa Jenna Tikkanen Ohjaajat: ETT Hanna-Leena Alakomi, ETT Maria Saarela, prof. Heikki Kallio ja prof. Baoru Yang ELINTARVIKEKEMIA Luonnollisilla yrttien sekä kotimaisten marjojen, kuten tyrnin, puolukan ja pihlajanmarjan uutteilla on Turun yliopiston ja VTT:n yhteisessä tutkimuksessa todettu elintarvikeperäisten haittamikrobien kasvua estäviä ominaisuuksia. Luonnolliset marjoista ja yrteistä uutetut kasviuutteet voivat ehkä tulevaisuudessa korvata elintarvikkeiden säilöntäaineet. Kasviuutteita olisi tulevaisuudessa mahdollista soveltaa sellaisiin elintarvikkeisiin, joiden valmistuksessa ei käytetä korkeaa lämpötilaa tai mikrobeja, kuten leivinhiivaa tai maitohappobakteereja. Tutkimuksen esikokeissa tutkittiin kasviuutteiden vaikutusta tavallisiin leipomotuotteissa esiintyviin haittamikrobeihin. Esikokeista saadut tulokset olivat hyviä; osa kasviuutteista esti mikrobien kasvua merkittävästi. Tehokkaimmat uutteet valittiin leivontakokeisiin, joissa tutkittiin uutteiden vaikutusta leivinhiivan toimintaan vehnäleivän leivonnan aikana. Osa tutkituista uutteista vaikutti hiivan toimintaan ja siten myös taikinan kohoamiseen ja edelleen leivän tilavuuteen. Tutkimuksessa todettiin myös, että herkät kasviuutteet eivät kestäneet leivän paistamisessa käytettyä korkeaa paistolämpötilaa, sillä uutteiden antimikrobinen teho heikkeni leivontaprosessin myötä. Osa tutkituista uutteista myös vaikutti leivotun leivän makuun ja hajuun. Tutkimus tehtiin osana kansainvälistä kasviperäisten lisäaineiden kehittämiseen tähtäävää Finnish-Indian ingredients for improving food safety and health (FINDfood) -projektia. Jatkotutkimukset muilla elintarvikkeilla, kuten mehuilla ja lihatuotteilla, voivat tuoda vielä lupaavampia tuloksia kasviuutteiden käytännönsovelluksista. 29

30 Andien siniset ja punaiset perunat Eerika Vuorinen Ohjaajat: FT Oskar Laaksonen, MMT Anssi Vuorinen, FT Ritva Repo- Carrasco ELINTARVIKEKEMIA Antosyaanivärit ovat molekyylejä, jotka tuottavat sinisiä ja punaisia sävyjä, ja niitä löytyy esimerkiksi mustikoista. Ne ovat antioksidantteja, jotka voivat mahdollisesti ehkäistä muun muassa syöpää ja sydänsairauksia. Perunan keltainen väri tulee karotenoideista, sininen ja punainen taas antosyaaniväreistä. Peruna (Solanum tuberosum L.) on kolmanneksi käytetyin viljelykasvi maailmassa riisin ja vehnän jälkeen ja korkean kulutuksen takia tärkeä eri ravintoaineiden lähde. Perunan synnyinpaikkana pidetään Andeja Etelä- Amerikassa, mistä löytyykin tuhansia eri lajikkeita niin valkoisina, keltaisina, punaisina kuin sinisinäkin. Erikoistyön tarkoitus oli selvittää Andien sinisten ja punaisten perunoiden antosyaniinipitoisuus ja koostumus nestekromatografisesti. Tutkimus toteutettiin Universidad Nacional Agraria La Molina yliopistossa Limassa, Perussa. Yhtenä tavoitteena oli samalla luoda perulaisen maatalousyliopiston uudelle analyysilaitteelle menetelmä antosyaanivärien tutkimiseen. Yhdisteitä tutkittiin sekä raaoista että keitetyistä perunoista. Raaoista perunoista uuttui melko vähäisiä määriä antosyaniineja vaikka ne olivat näkyvästi värillisiä. Keitetyistä taas uutettiin 4 11 kertaa enemmän näitä väriyhdisteitä, mikä johtuu luultavasti keitetyn näytemateriaalin hienojakoisuudesta ja yhdisteiden helpommasta uuttumisesta. Värilliset perunat ovat hyvä lisä ruokavalioon niiden väriyhdisteiden takia ja tulevaisuudessa tuleekin tutkia niiden imeytymistä ja vaikutusta elimistössä. 30