VI MUTAATIOTEORIA JA MUTAATIOTUTKIMUS

Transkriptio

1 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 1 VI MUTAATIOTEORIA JA MUTAATIOTUTKIMUS A Mutaatio kehitysopin perustana Mutaatioteoria syntyi 1890-luvulla selittämään luonnossa ilmenevää muuntelua. Mendelistinen korpuskulaarinen perintötekijäkäsitys näytti antavan mahdollisuuden näiden tekijäin muuttumisiin ja uusien kombinaatioiden syntymisiin luvun alussa huomattiin myös, että oli erittäin vaikea tutkia minkään ominaisuuden perintötekijöitä, ellei ko. tekijöistä ollut muuntuneita alleeleja eli mutaatioita. Termin mutaatio otti käyttöön Hugo de Vries, joka esitti mutaatioteoriansa Martinus Beijerinck, botanisti ja mikrobiologi, työskenteli Wageningenin Maatalouskorkeakoulussa. Siellä hän ilmeisesti tutustui myös Mendelin tutkimukseen ( ja lähetti sen de Vriesille, joka aluksi ei risteytystöissään siteerannut Mendeliä lainkaan). Martinus Beijerinck kuuli de Vriesin esitelmän mutaatioista Royal Academy of Sciencesin kokouksessa ja ryhtyi heti pohtimaaan sen soveltumista mikrobien evoluutioon, joissa hän oli luokitellut kolmenlaista vaihtelua; degeneraatio, transformaatio ja variaatio. Martinus Beijerinck arveli, että ne ehkä voitiin selittää juuri mutaatioiden avulla Beijerinck kuvasi mm. pigmentin muuntelua Bacillus prodigiosus-kannoissa, saaden kokeissaan myös revertantteja (atavismia) Beijerinck julkaisi laajan artikkelin mutaatioista mikrobeissa. (Tällöin Morganin ryhmä oli jo kartoittanut joukon mutaatioita Drosophilasta, ja monista muista eliöistä tunnettiin mutantteja.) B. odotti löytävänsä bakteereista sienten tapaista suvullista lisääntymistä, mutta todistus sai odottaa vielä 40 vuotta. Lamarckistinen selitys bakteerien muuntelulle valtasi alaa. Tähän päätyivät mm. Fildes ja Whitaker Voimakkain vaikutus oli kuitenkin huomattavan kemistin Sir Cyril Hinselwoodin teorioilla bakteerikantojen harjaantumisesta mm. kasvun inhibiittoreja vastaan. (Hinselwood tuli jo 31- vuotiaanna Royal Societyn jäseneksi ja presidentiksi C. H. aateloitiin 1948 ansioistaan mm. kemian kinetiikkatutkimuksessa, josta H. sai myös Nobel-palkinnon 1956). Vielä 1953 H. piti esitelmän bakteerien adaptaatiosta British Soc. for General Microbiol. kokouksessa, vaikka Salva Luria :n ja Max Delbrück:in tutkimukset fluktuaatiosta (1943--) ja myöskin Esther Lederberg (o.s. Zimmer):in ja Joshua Lederberg:in mutaatiotyöt olivat jo varsin Hermann J. Muller ja Lewis John Stadler tunnettuja. B Thomas Hunt Morgan ja maissin jalostaja R. Emerson Mutaatioteoria ja Oenothera-kokeet Hugo de Vries oli pitkään tutkinut helokkilajien muuntelua Hilversumin lähellä, jossa amerikkalaista alkuperää oleva Oenothera lamarckiana on voimakkaasti levinnyt. Paitsi kolmea päätyyppiä (biennis, muricata ja suaveolens) hän havaitsi populaatioon äkisti ja ilman valinnan vaikutusta ilmaantuneet mutaatiot : rubrinervis ja nanella. de Vries julkaisi 1901 kirjan Die Mutationstheorie. Myöhemmin havaittiin, että em. de Vriesin mutaatiot olivatkin geenikompleksien uudelleenjärjestymisen tuotteita. Saksalainen tutkija O. Renner teki

2 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 2 uudelleen laajoja kokeita helokeilla ja löysi ns. kompleksiheterotsygotian, joka ylläpiti vain tiettyjä geenikomplekseja. Renner oikaisi kokeissaan myös muita mm. Batesonin tutkimustuloksia Matthiolan ja Pelargoniumin osalta, joissa tietyt geenit olivat komplekseihin kytkeytyneitä ja siirtyivät vain siitepölyn tai toiset munasolun kautta. Vasta kun R.E. Cleland löysi Oenotheran kromosomirenkaat meioosista kompleksiheterotsygotia sai sytologisen selityksen. Oenothera n kromosomiluku Kaliforniassa on 2n=14 (meioosissa 7 paria), mutta itään päin tultaessa rengastuminen lisääntyy, kunnes ( O. muricata ja O. biennis) kaikki ovat yhtenä renkaana. J. Bellingin squash-menetelmällä kromosomirenkaita löydettiin myös muista kasveista mm. Daturasta ja myöhemmin myös muista kasveista mm. Rhoeosta. C.D. Darlington kirjoitti jo 1929 laajan artikkelin kromosomien rengasmuodostumista. C Säteilyn vaikutus ja sädetyskokeet Saksal. fyysikko W.K. Röntgen keksi X- säteet Jo seuraavana vuonna L.G. Stevens ilmoitti X-säteiden polttavan kudosta, jota seurasi monia muita tutkimuksia röntgensäteiden biologisista vaikutuksista. V:sta 1900 tehtiin samanlaisia kokeita myös radium-säteillä. Jo 1897 kuvattiin säteilysairaus, ja ensimmäiset terapeuttiset säteilyn vaikutukset kuvattiin 1900 (kasvaimen poltto X- säteillä). Ilmoitettiin myös säteilyn aiheuttamista palovammoista. Tämän vahvistivat mm. fyysikot Curie ja Bequerel, jotka kokeita tehdessään saivat suuria säteilyannoksia Rollins ilmoitti tappavasta annoksesta marsukokeissa. Tieto säteilyn syöpääsynnyttävästä, karsinogeenisestä vaikutuksesta saatiin Seuraavina vuosina saatiin vihjeitä myös soluista ja kromosomien katkoksista, ensimmäinen varma tieto on vuodelta 1905, kun Körnicke sädetti radiumilla liljakasvien soluja ja löysi selvän fragmentaation. Oenotheran sädetyskokeita tehtiin mm (McDougall,Vail ja Shull). Morgan, Loeb ja Bancroft kokeilivat sädetyksen vaikutusta Drosophilaan, mutta selvää eroa kontrollikokeisiin verrattuna ei saatu. Mavor sai uusissa kokeissa kohonneen nondisjunktioiden määrän, ja E.G. Anderson sai säteilyttämällä aikaan attached-x kannan, ( spontaani attached-x-mutanttikanta on Lilian Vaughan Morganin löytämä). Hermann J. Muller alkoi Drosophilan mutaatiokokeet 1918 ja jatkoi uudelleen Riceinstituutissa , mutta vasta 1926 tehdyissä kokeissa hän onnistui saamaan esille mutaatiofrekvenssin valtavan nousun 15000% spontaanimutaatioiden määrään verrattuna. Lewis John Stadler alkoi röntgen-kokeet ohralla samoihin aikoihin, ja vahvisti Mullerin tulokset Stadler sai sädetysaineistossa aikaan 48 mutanttia kontrolliaineiston 0:aa vastaan. Röntgen- ja radiumsädetys antoivat samanlaiset tulokset. Vedessä turvotetut siemenet osoittivat yli 8-kertaisen mutaatiofrekvenssin kuiviin verrattuna. Annoksen ja vaikutuksen suhde oli lineaarinen, lämpötilan nostaminen nosti alttiutta. Muller epäili aluksi myös tavallisen taustasäteilyn aiheuttavan mutaatioita, mutta myöhemmin on huomattu frekvenssin nousu olemattomaksi. Atomipommikokeista sekä sodan loppuvaiheessa Japanin kaupunkeihin (Hiroshimaan ja Nagasakiin) pudotettujhen pommien biologisista vaikutuksista on julkaistu vasta viime vuosina tieteellisiä raportteja. Sensijaan kokeellisia tuloksia on saatu ns. kroonisilla säteilijöillä tehdyistä kokeista mm. Brookhavenin sädetyskoeamfiteatterissa sekä vapaassa havumetsässä Georgiassa ja El Verden koeaseman sademetsässä ( Puerto Ricossa ) järjestetyistä kokeista. Hermann Joseph Muller ( ) oli kokeellisen mutaatiotutkimuksen perustajia. H.J. Mullerin perhe oli muuttanut Yhdysvaltoihin Saksasta 1848 tapahtuneen vallankumouksen jälkeen. H.J. Mullerin isä oli osakkaana metallialan yrityksessä New York Cityssä. Isän vapaamielinen, sosialismiin ja Darwinismiin myönteisesti suhtautuva maailmankatsomus ilmeisesti vaikutti myös Hermannpojan uranvalintaan ja myöhempiin elämänvaiheisiin. Hermann J. Muller aloitti luonnontieteiden opiskelun New Yorkin Columbia-yliopistossa. Rahaa saadakseen Muller jakoi aamuisin lehtiä ja opetti iltaisin ulkomaalaisille englantia. Vuosisadan vaihteessa Columbia-yliopisto oli huomattava keskus biologisten tieteiden alalla. Eräät opettajista olivat kirjoittaneet laajalti tunnustettuja oppikirjoja. Tunnetuimpia oli esim. solubiologi ja sytologi Edmund B. Wilson in kirja "The Cell in Development and Inheritance", jossa selvästi tuli esille ajatus tuman, kromosomien ja nukleiinihappojen osuudesta perinnöllisyysilmiöihin. Nuorta H.J. Mulleria kiinnostivat myös erityisesti saksalaissyntyisen fysiologin Jacques Loeb in lukuisat artikkelit ja kirjat. Loeb toimi opettajana ja tutkijana mm. Chicagon ja Kalifornian yliopistoissa sekä myöhemmin 1910 lähtien New Yorkin Rockefeller Instituutissa. Hugo de Vries Amsterdamissa, Carl Correns Tübingenissä ja Eric v. Tschermak

3 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 3 Wienissä olivat 1900 kokeellisesti vahvistaneet unohduksiin jääneet Brünniläisen apotin Gregor Mendelin perinnöllisyyssäännöt. Wilsonin oppilas Walter S. Sutton esitti 1902 teoriansa Mendelin perintötekijäparien sijainnista vastinkromosomipareissa ja Mendelin sääntöjen toteutumisesta kromosomien uudelleenryhmittymisen kautta. H. de Vries oli kehitellyt mutaatioteorian perimässä tapahtuvien muutosten selittämiseksi ja se näytti tarjoavan perustan myös Darwinin ja Wallacen silloin jo laajalti tunnetuille luonnonvalintaan perustuville kehitysteorioille. Juuri mutaatiot näyttivät luovan uusia perintötekijöitä luonnonvalinnan käyttöön. Mutaatioiden löytämisestä ja niiden periytyvyyden osoittamisesta tuli sekä perinnöllisyys- että evoluutio- tutkimuksen keskeinen tehtävä. Tästä oli kiinnostunut mm. alunperin kentuckylainen embryologi Thomas H. Morgan, sisällissodassa kuuluisaksi tulleen sissikenraalin "Konfederaation Salaman" John Hunt Morganin veljenpoika. Thomas Hunt Morgan tuli Columbia-yliopistoon 1904 ja alkoi mutaatiotutkimukset laboratorionisäkkäillä, mm. hiirillä. Kolmen vuoden turhan etsinnän jälkeen Morgan siirtyi tutkimaan paljon nopeammin lisääntyviä banaanikärpäsiä. Monien vaiheiden jälkeen keväällä 1910 Morgan onnistui osoittamaan normaalisti punasilmäiseen kärpäskantaan ilmaantuneen valkoisen silmänvärimutaation periytyväksi. Löydöstään innostuneena Morgan julkaisi tuloksen heti ja perusti Drosophila-tutkimus- ryhmän. Tämä ns. "Morganin koulu", jonka jäsenistä monet olivat sittemmin maailman johtavia geneetikkoja, kartoitti banaanikärpäsen geenejä niistä löydettyjen mutaatioiden avulla 18 vuotta, kunnes kesällä 1928 Morgan siirtyi Kalifornian Teknologia Instituuttiin (California Institute of Technology eli lyhemmin CalTech) uusimaan sen biologian opetusta ja tutkimusta. Columbiayliopiston n. 35 neliömetrin laajuinen kärpäshuone, numero 613 Shermerhorn Hall "Fly Room", oli koko toimintansa ajan jonkinlainen perinnöllisyystutkijain Mekka. Morganin C.B. Bridges kärpäshuonetta säilytettiin pitkään museona, kunnes se tilanpuutteen takia otettiin muuhun käyttöön. Hermann J. Muller oli Drosophila-ryhmän perustamisen aikoihin 1910 vasta 20-vuotias biologian opiskelija, mutta hän huomasi, että Morganin ensimmäinen selitys valkoisen silmänvärin periytymisestä oli väärin. Muller oikaisi Morganin käsityksen ja antoi paremman selityksen. Tämä harmitti Morgania sen verran, että Muller pääsi mukaan ryhmän tutkijaksi vasta 1912, vaikka hän sai kyllä osallistua torstai-seminaareihin ulkopuolisena. Uusien mutaatioiden kartoitus lähti hyvin käyntiin. Mutaatioita löydettiin jokaisesta banaanikärpäsen neljää kromosomia vastaavasta kytkentäryhmästä. Morganin ryhmän ensimmäinen pääteos: "The Mechanism of Mendeliean Heredity" ilmestyi 1915 ja silloin vasta 25-vuotias Hermann J. Muller oli mukana kirjoittajien joukossa. Seuraavat kolme vuotta Muller toimi opettajana ja tutkijana Teksasin yliopistossa, William Marsh Rice Instituutissa, joka oli perustettu 1912 Teksasissa 1900 murhatun puuvillamiljonäärin W.M. Ricen jättämän dollarin lahjoituksen turvin. Tämän ensimmäisen Teksasin kauden jälkeen Muller palasi vielä pariksi vuodeksi kotikaupunkiinsa New Yorkiin ja luennoi eläintiedettä Columbiayliopistossa, mutta 1920 hän siirtyi pysyvästi Teksasiin. Cold Spring Harborissa 1920 pitämässään esitelmässä H.J. Muller muisteli hyvin myönteisesti aikaa Columbia-yliopistossa ja Morganin ryhmässä, vaikka myöhemmin 1930-luvulla hän syytti ryhmää jopa tieteellisten ideoidensa kähveltämisestä. Toimiessaan apulaisprofessorina Teksasin yliopistossa ja sen jälkeen professorina Muller siirtyi kromosomeista ja kytkentäryhmistä yhä enemmän yksityisiin geeneihin ja niiden

4 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 4 muutoksiin. Hän kehitti mutaatioiden etsimistä tehostavia Drosophila-kantoja ja kokeili mutaatioiden määrän lisäämistä eri keinoin. Kuitenkin vasta 1926 aloitetut Drosophila-koiraiden röntgensädetykset tuottivat ratkaisevasti korkeamman mutaatiofrekvenssin. Mutaatioita syntyi jopa niin paljon, että hän saattoi saada yhdessä kokeessa saman verran X-kromosomin geenien mutaatioita kuin Morganin johtama kartoitusryhmä oli saanut niitä yhteensä yli 16 vuoden aikana, valkosilmämutantin löytymisestä lähtien. Samanaikaisesti oli Missourin yliopiston kasvinjalostaja John L. Stadler kokeillut röntgensädetystä ohraan ja saanut samanlaisia tuloksia. Mullerin ja Stadlerin julkaisuja vuosilta sekä varsinkin Mullerin esitelmää Perinnöllisyystieteen maailmankonferenssissa Berliinissä 1927 pidetään säteilygenetiikan ja keinollisen mutaatiotutkimuksen alkuna. Muller sai heti 1927 vastaanottaa American Association for the Advancement of Science-palkinnon, mutta Nobel-palkinto samasta tutkimuksesta myönnettiin vasta parikymmentä vuotta myöhemmin. Puheissaan ja kirjoituksissaan 1930-luvun alussa H. J. Muller toi usein voimakkaasti esille antirasistiset ja sosialismille myönteiset käsityksensä. Tukiessaan samansuuntaisia pyrkimyksiä myös Teksasin yliopiston piirissä hän joutui väittelyihin ja painostuksen kohteeksi. Monista erilaisista vastoinkäymisistä katkeroituneena Muller jätti 1932 Teksasin ja muutti Guggenheimin matka-apurahan turvin Saksaan, Berliinin yliopistoon. Kansallissosialismin nousun myötä voimistunut antisemitismi 1930-luvun alun Saksassa pakotti äidin puolelta osaksi juutalaista alkuperää olevan H.J. Mullerin lähtemään Berliinistä. Jo syksyllä 1933 hän muutti Moskovaan N.I. Vavilov-Instituuttiin. Seuraavan kolmen vuoden aikana, jotka Muller vietti Neuvostoliitossa yhteistyö amerikkalaisten ja venäläisten geneetikkojen välillä oli vilkasta. Mm. C.B. Bridges, polyteenikromosomien kartoittaja ja Mullerin työtoveri Morganin ryhmästä työskenteli jonkin aikaa Moskovassa. Muller joutui myös mukaan oppiriitoihin ja väittelyihin, joita käytiin Stalinin ja kommunistipuolueen tukeman Lysenkolaisen ja toisaalta Mendelistis-Morganilaisen perinnöllisyysteorian kannattajien välillä. Samalla hän huomasi, että yhä useammat hänen venäläisistä tutkijatovereistaan suljettiin työ- ja vankileireille tekaistuin perustein. Stalinin ajan diktatuurin jatkuva voimistuminen murensi H.J. Mullerin myönteisiä käsityksiä Neuvostoliiton sosialismista ja tieteen vapaudesta, ja niin hän siirtyi 1936 veripalveluryhmän mukana tasavaltalaisten puolelle sisällissotaa käyvään Espanjaan. Sodan päätyttyä Francon voittoon Muller jäi Eurooppaan, luennoi ja toimi tutkijana Institute of Animal Genetics issä Edinburghin yliopistossa, josta oli tullut huomattava mutaatiotutkimuksen keskus. Vasta toisen maailmansodan alettua Muller palasi 1940 Yhdysvaltoihin toimien aluksi luennoitsijana Amherst Collegessa ja sitten sen vierailevan professorina Saatuaan professorinviran 1945 Indianan yliopistosta Muller muutti Bloomingtoniin. H.J. Muller sai Nobelin palkinnon 1946 parikymmentä vuotta aiemmin Drosophilalla tehdyistä mutaatiotutkimuksista, erityisesti mutaatioiden keinollisesta aikaansaamisesta. Myöhemmin 1953, Indianan yliopistosta tarjottiin Mullerille arvostettu "Distinguished Service" -professuuri. Mutaatiotutkimuksen huomattavana asiantuntijana H. J. Muller joutui ottamaan kantaa atomipommien kehittelyn, valmistuksen ja käytön aiheuttamiin uhkatekijöihin. Vaikka Muller varoitteli ydinsodasta ihmiskunnalle ja koko eliökunnalle koituvista vaaroista, hän suhtautui varsin myönteisesti valvottujen kokeiden jatkamiseen, kunnes 1956 hän huomasi kokeiden vain johtavan loputtomaan kilpavarustelun kierteeseen ja ydinaseiden tehon kasvattamiseen. Tämän jälkeen Muller rupesi vaatimaan kokeiden täydellistä kieltämistä. Hän allekirjoitti Nobel-kemisti Linus Paulingin asiasta laatiman kiertokirjeen ja sanoutui irti fyysikko Edward Tellerin voimakkaasti ajamasta vetypommin kehittämisohjelmasta. Hermann J. Muller kuoli Indianapoliksessa 5 p:nä huhtikuuta D Virus- ja bakteeritutkimus, pistemutaatiot Frederick W. Twort:in ja Felix d Herelle:n lyödettyä viruspartikkelit Gildemeister 1917 eristi faagit ja 1920-luvulla alettiin tutkia tarkemmin faagikantojen eroja; mm. immunologian alalta myöhemmin tunnettu F. Macfarlane Burnet ja McKie, Yang & White sekä Salvador E. Luria ja Max Delbrück ym. Salva Luria on muistelmissaan (1984) kertonut, miten fluktuaatiokokeiden idea välähti hänelle tanssitauolla Indianan Country-klubilla Bloomingtonisssa, kun hän katseli kavereittensa pelaamista pelikoneilla. (Varhainen mutaatio viljelmässä tuottaa suuren joukon = jackpot:in mutantteja!). Salva Luria yleensä teki yhteisjulkaisuissa varsinaisen kokeellisen työn ja Max Delbrück suoritti matemaattiset analyysit. Koska Salvador E. Luria ja Max Delbrück tekivät tutkimuksiaan kesäisin Cold Spring Harbor

5 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 5 :issa, tulokset tulivat nopeasti tiedepiireissä tunnetuiksi ja mm. Milislav Demerec ja Fano laajensivat ne muihin faageihin, Delbrück, sekä mm. Lea ja Coulson kehittivät mutaatiofrekvenssien laskentamenetelmiä. Aarn Novick ja Leo Szilard sekä Jaques Monod 1951 kehittivät kemostaatti-laitteistoja ja menetelmiä spontaanien ja keinollisesti aikaan saatujen mutaatioiden määrän arvioimiseksi. Kanadalainen bakt. geneetikko Howard B. Newcombe kehitti levitysmenetelmän, ja 1952 E. ja J. Lederberg esittelivät replika plate-, samettileimasinmenetelmän kolonioiden monistamiseksi. Bakteerien spontaanimutaatioista ilmoittivat Salvador E. Luria ja Max Delbrück tutkiessaan bakteerikantojen (=populaatioiden) muutoksia (=evoluutiota) ja mm. fagi-resistenssiä, jonka yhteydessä he ensi kerran huomasivat myös isäntäspesifisen restriktion (ks.luento 7). E. colista löytyi laktoosi - mutaatio jo 1907, R. Massini huomasi, että +kanta tekee punaisen kasvuston, mutta - kanta valkean eosiinimetyleenisini-alustalla (EMB). Joshua Lederberg selvitti mutaation frekvenssin / Galaktoosi- mutanteissa havaittiin eroja; (kolme erilaista: galaktokinaasi -, uridyylitransferaasi-, ja Gal-epimeraasi - ) Davis ja Lederberg 1948 esittelivät penisilliinivalinnan ja replikamenetelmä tuli käyttöön 1952 (Ester ja J. Lederberg). TS-mutantit kuvattiin 1946 Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 11, N. Horowitz ja U. Leupold) ja Charles Yanowski löysi Trp- mutantin. Linus Pauling, Harvey Itano, S.J. Singer ja J.C. Wells 1949 havaitsivat rakennemuutoksen molecular disease ihmisen hemoglobiinissa (HbS), jonka Vernon Ingram Cambridgessä (UK) paikansi glutamiinihappo <---> valiini eroksi käyttäen Fred Sangerin polypeptidien pilkkomismenetelmiä ja kaksisuuntaista paperikromatografiaa. Sensijaan Crickin ja Ingramin lysotsyymianalyyseissä ei havaittu yksilöiden välisiä eroja molekyylirakenteessa. Monet Drosophila n pistemutaatiot, esim. white-lokuksessa, ovat myöhemmin osoittautuneet olevan ylimääräisen DNA:n (=hyppivän elementin, esim. copiasekvenssin, koko n. 5kb) aiheuttamia, eli ns. insertiomutaatioita. E Kemialliset mutageenit ja ympäristö Kemiallisten mutageenien vaikutus oli kauan puutteellisesti tunnettu. Mullerin palattua Espanjan sisällisodasta Edinburghiin, jossa hän työskenteli vuoteen 1940, siellä aloitettiin kemiallisten Joshua Lederberg mutageenien tehokkaampi tutkimus. Ensimmäisenä julkaistu (1944) kemiallinen mutageeni oli isoallyylitiosyanaatti, joka on luonnollinen Brassicasuvun ristikukkaisissa esiintyvä yhdiste. Jo 1941 Charlotte Auerbach ja J.M. Robson havaitsivat sinappikaasun mutageenisen vaikutuksen, mutta sodan vuoksi tulokset julkaistiin vasta Tutkijat saivat aiheen kokeisiin siitä, että patologit pitivät sinappikaasuvammoja hyvin samanlaisina kuin säteilyvaurioita. Myöhemmin on löydetty monia erittäin tehokkaita kemiallisia mutageeneja (EMS, MMS jne), joita on käytetty mm. mutaatiosaturaatiokokeissa geenimäärän Charles Yanovsky selvittämiseksi tietyillä kromosominalueilla (esim zeste-white alue Drosophilan X- kromosomissa B.H. Judd, T.Kaufman, D. Suzuki & Shannon 1972 ; tai koko 4:nnessä kromosomissa Ben Hochman Kemiallisen teollisuuden voimakas kehitys ja monien uusien yhdisteiden käyttöönotto, sekä niiden hävityspulmat ovat synnyttäneet uuden laajan mutaatiotutkimuksen alan

6 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 6 ns. ympäristömutageeni-tutkimuksen. F Mutageenisuustestit Uudempi tutkimus on ponnistellut nopeiden, halpojen ja tehokkaiden testausmenetelmien luomiseksi uusille kemikaaleille ennen niiden kauppaanlaskemista. Bruce Ames (UC, Berkeley) kehitti 1974 Salmonellatestin, joka perustuu kahden erilaisen histidiinimutantin revertantteihin. Drosophila-testeissä pyritään käyttämään kantoja, joissa on helposti mutatoituvia geenejä. Tällaisia ovat mm. white-lokuksen mutantit w crimson, w ivory, jne., joissa on pitkä jakso ylimääräistä DNA:ta keskellä geeniä (mutable genes). Nisäkästesteissä taas käytetään Sam Latt in kehittämää viljelmäsolujen mitoosikromosomien harlekiinivärjäystä sisarkromatidivaihdosten (SCE) määrän indikaattorina. G Mutaatiot ja evoluutio Geenimutaatioiden merkitystä lajiutumisessa on selvitetty mm. isoentsyymien elektroforeettisella vertailulla, kasveilla monien biosynteeseissä muodostuvien yhdisteiden kromatografia-eroilla, proteiinien, lähetti-rna:n ja itse geenien sekventointimenetelmillä (Sanger 1976, Gilbert ja Maxam 1977) jne. Kromosomitasolla inversio-, deleetio-, translokaatio-tutkimus on keskeinen menetelmä. Kromosomistotasolla taas polyploidian merkitys kasveilla on keskeinen. H Yleistä henkilö- ja tapahtumahistoriaa Kokeilut röntgen- ja radiumsäteillä alkavat 1901 Hugo de Vries: Die Muatationstheorie; termi mutaatio tuli käyttöön 1905 L. Cuénot havaitsi dominoivan värigeenin letaliteetin hiirillä E. Baur: resess. lehtivihergeenin letaliteetti leijonankidalla 1913 Drosophilan letaalimutaatiot löydettiin (T.H. Morgan) 1918 H.J. Muller löysi balansoidun letaalin 1920 H.J. Muller alkoi mutaatiokokeilut Drosophila lla, ClB-kannan käyttöönotto 1926 Muller alkoi bb-koiraiden röntgensädetyskokeet A.H. Sturtevant löysi ensimmäisen inversion 1927 Mullerin ensimmäinen esitelmä ja julkaisu mutaatiofrekvenssin noususta Lewis John Stadler raportoi viljakasvien säteilytyskokeiden tuloksista 1936 J.B.S. Haldane arvioi spontaanin mutaatiofrekvenssin ihmisen geenille 1938 M.M. Rhoades kuvaa mutaattori-geenin Dt maissilla 1941 Ensimmäiset Charlotte Auerbach sädetysmutaatiot Neurosporan aineenvaihd.geeneissä: G.W. Beadle ja E.L.Tatum L.J. Stadler ja F.M. Uber UV-valon käyttö mutaatioiden aikaansaam. maissilla 1943 Radioisotooppien tuotanto X-10 reaktorissa Oak Ridgessä alkoi, S.E. Luria ja Max Delbrück ilmoittivat bakteerien spontaanimutaatioista 1944 Tatum, D. Bonner ja Beadle löysivät tryptofaanisynteesin mutantteja 1945 E.B. Lewis huomasi cis-trans-positioefektin Drosophilassa Sädetyskokeet kroonisilla säteilijöillä alkoivat (mm. Brookhavenissa, Long Island, NY,USA) 1946 J. Lederberg ja Tatum löysivät geneettisen rekombinaation bakteerista; Delbrück, Hershey ja A.W. Bailey kuvasivat rekombinaation bakteriofagista C. Auerbach ja J.M. Robson ilmoittivat sinappikaasun mutageenisuudesta ja J.A. Rapoport demonstroi formaldehydin mutageenisuuden H.J. Muller sai Nobel-palkinnon mutaatiokokeista Drosophilalla 1948 H.K. Mitchell ja J. Lein paikansivat tryptofaanisynteesin mutaation tiettyyn reaktioon (yksi geeni --- yksi entsyymi --- yksi Bruce Ames

7 Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAN LUENNOT VI 7 reaktiovaihe - hypoteesi) 1949 B. Ephrussi, H. Hottinger ja A.M. Chimenes löysivät sytoplasmisen mutaation hiivasta (petite). M.M. Green & K.C. Green osoittivat kolme perättäistä sublocusta Drosophilan lozengegeenissä N.H. Horowitz ja U. Leupold kokeilivat Neurosporan ja E. colin välttämättömien geenien määrää lämpöherkillä mutanteilla 1952 G. Pontecorvo ja J.A. Roper löysivät mitoottisen rekombinaation Aspergillussieneltä; rekombinanttikloonien tutkimus Watson-Crickin DNA-malli 1956 E. Freese määritteli pistemutaatiot; transpositio ja transversio 1963 lokakuussa Sydney Brenner esitti ensi kerran Caenorhabditis elegans in ottamista kehitysgenetiikan koe-eliöksi AEC =US Atomic Energy Commission järjesti sademetsän sädetysprojektin El Verden koeasemalla, Puerto Ricossa Kemiallisten ympäristömutageenien voimakas lisääntyminen huomataan ja niiden vaikutusten tutkiminen alkaa 1974 Bruce Ames kehitti mutageenisuustestin bakteerille revertanttien avulla S. Brenner sai valmiiksi menetelmät Caenorhabditis elegans in mutaatiotutkimukselle.