Kolumni

Tiedolla uupelointia vastaan – koronavirus laitetaan kuriin tieteen tietokantojen avulla

Kun maailman medioissa kerrottiin, että Australiassa mikrobiologian ja immunologian professori Katherine Kedzierska on pystynyt kartoittamaan kaikki immuunivasteet eräässä koronaviruspotilaassa, hän ei olisi saanut tuloksia ilman tutkimusinfrastruktuureja.

Kun maailman medioissa kerrottiin, että Australiassa mikrobiologian ja immunologian professori Katherine Kedzierska on pystynyt kartoittamaan kaikki immuunivasteet eräässä koronaviruspotilaassa, hän ei olisi saanut tuloksia ilman tutkimusinfrastruktuureja.

Kedzierska hyödyntää muun muassa maailmanlaajuista UniProt-tietokantaa, johon on tallennettu virusten perimää, rakenteita, mutaatioita ja samankaltaisia proteiineja. UniProt on laajin julkisesti avoin tietokanta, joka kerää ja tulkitsee kaikki julkisesti saatavilla olevan proteiinisekvenssidatan (proteiinien aminohappojärjestys).

Tommi Nyrönen on filosofian tohtori ja biokemisti, Helsingin yliopiston dosentti ja Suomen ELIXIR-keskuksen johtaja.
Tommi Nyrönen on filosofian tohtori ja biokemisti, Helsingin yliopiston dosentti ja Suomen ELIXIR-keskuksen johtaja.

Rokotteiden ja lääkeaineiden kehittäminen vaatii paljon ihmistyötä, tietokoneiden laskentatehoa ja hyviä algoritmeja. Tämä on näkymätöntä mutta tärkeää perustutkimusta, jonka ansiosta kriiseihin pystytään vastaamaan – jos poliitikot eivät leikkaa rahoitusta.

Uusi eläinperäinen koronavirus on samankaltainen kuin SARS-virus. Siksi virukselle annettiin nimeksi SARS-CoV-2 (Acute Respiratory Syndrome-related coronavirus 2). Koronavirus on RNA-virus, mikä tarkoittaa, että se mutatoituu nopeasti.

Huhtikuun alussa koronaviruksella oli yli miljoona kasvualustaa eli viruksen tartuttamaa ihmistä, joiden soluissa virus voi muuttua. Viruksesta voi kehittyä muutama mutaatio, johon uudetkaan rokotteet eivät tehoa. Koska virukset muuttuvat ja ilmaantuvat uudelleen, ei ole muita vaihtoehtoja kuin kehittää jatkuvasti lääkkeitä ja rokotteita.

Koronairus voidaan kukistaa kansainvälisellä yhteistyöllä ja tiedon jakamisella. Apuna ovat sähköiset tutkimusinfrastruktuurit. Niillä tarkoitetaan laitteistoja, tietoverkkoja, tietokantoja ja palveluita, jotka muodostavat globaalin tiedonvaihdon verkoston. Suomi on jäsenenä näissä infrastuktuureissa ja hyödyt ovat kiistattomat.

Euroopan Bioinformatiikan instituutti (EMBL-EBI) ylläpitää maailman kaikkein kattavinta vapaasti saatavaa ja jatkuvasti päivitettävää molekyylien datavarantoa, jonka palveluja käyttää yli 200 000 tutkijaa. Sen tietokantojen vuosikustannukset ovat 52 miljoonaa euroa, mutta arvioitu hyöty on 1,1 miljardia euroa vuodessa. Se on 20 kertaa enemmän ylläpitokustannuksiin verrattuna.

Hyödyt tulevat siitä, että tarvittava data ja tieto saadaan tietokannoista nopeasti ja kustannustehokkaasti ja että niitä päivitetään koko ajan. EBI tekee yhteistyötä japanilaisten ja amerikkalaisten arkistojen välillä. Yhdysvalloissa vastaava organisaatio on NCBI.

Valtava määrä uutta dataa synkronoidaan maailmanlaajuisesti joka päivä muun muassa eliöiden geneettisen perimän ja proteiinirakenteiden tietokantojen välillä. Yhdessä EBI ja NCBI ovat ihmiskunnan molekyylibiologian Aleksandrian kirjasto, jota kannattaa suojella tulipalolta.

Ari Turunen on valtiotieteen tohtori ja tietokirjailija.
Ari Turunen on valtiotieteen tohtori ja tietokirjailija.

Tietokannoista löytyvät kaikki lajit, jotka voivat saada tartunnan tietystä viruksesta. Palvelusta voi myös seuloa kaikki tunnetut virukset, jotka vaikuttavat ihmiseen. Tutkijat voivat nyt nähdä kaiken olennaisen koronavirukseen liittyvän datan eriteltynä EMBL-EBI:n patogeeniportaalissa. Ruudulle aukeaa erilaisia COVID19-tautia aiheuttavia koronavirusnäytteitä ympäri maailmaa, viruksen proteiinirakenteet, sen koko perimä, sen muuntuneet muodot sekä tietoa viruksen mutaationopeudesta.

Lisäksi tutkijoille annetaan mahdollisuus tallentaa uutta tietoa Euroopan nukleotidiarkistoon (ENA). Koronaviruksen koko perimä on saatavana arkistosta.

Valtavat datavarannot, kuten UniProt ja ENA ovat osa ELIXIR-infrastruktuurin palveluja. ELIXIR (European Life Science Infrastructure for Biological Information) kerää, ylläpitää, säilyttää ja yhdistää biologisen ja lääketieteellisen tutkimuksen tuottamaa aineistoa.

Palvelun ansiosta voidaan linkittää tieto proteiinien vuorovaikutuksesta muiden molekyylien kanssa sekä niiden sijainnista soluissa ja organismeissa.

Tietokantojen ylläpidon turvaaminen on ELIXIRin päätehtävä. Kun tutkijat suunnittelevat rokotetta koronavirukseen, he tarvitsevat siihen näitä tietokantoja. Rokotetta tai antiviraalista lääkeainetta suunnitellessa on tärkeää ymmärtää viruksen perimä ja sen omien proteiinien toiminta.

Tiedonkeruu, tutkimus ja datainfrastruktuurin ylläpito virusten ja bakteerien ekosysteemeistä olisi yhteiskunnalle parasta riskienhallintaa. Viruksiin voidaan haluttaessa ennaltaehkäisevästi kehittää rokoteaihioita ja lääkeaineita, jolloin kriisin puhjetessa terveydenhuollon hoitovarustelun kehitys olisi rivakampaa.

Suuretkin investoinnit tähän infrastruktuuriin ja osaamiseen tuntuvat vallitsevan terveys- ja talouskriisin valossa taskurahoilta.

Tommi Nyrönen on filosofian tohtori ja biokemisti, Helsingin yliopiston dosentti ja Suomen ELIXIR-keskuksen johtaja. Ari Turunen on valtiotieteen tohtori ja tietokirjailija.