Miksi ymmärrämme SARS-CoV-2:sta niin ”vähän” vaikka virus on riehunut maailmalla yli puolivuotta? Meillä on laserit, tietokoneet, internetit ja digitaalikellot, joten mikä tässä on niin vaikeaa? No, päivystävä solubiologisi vastaa. Ketju.
Lähtökohtaisesti viruksen elinkierron ja toiminnan tutkiminen on vaikeaa kahdesta syystä, meidän koejärjestelmämme ovat liian yksinkertaisia/vääriä ja meillä ei ole sopivia menetelmiä tapahtumien seuraamiseen solutasolla.
Nämä kaksi ongelmaa ovat suurimmat pullonkaulat melkein kaikenlaisessa biolääketieteellisessä tutkimuksessa, joten virustutkimus ei ole tässä sen suhteen mitenkään erityisessä asemassa.
Siis, ensinnäkin meidän labroissa käytettävät erilaiset soluviljelmät ovat liian yksinkertaisia malleja. Solut kasvatetaan usein muovisilla alustoilla, eli ne eivät ole pehmeässä 3D ympäristössä kuten normaalisti kehossa.
Kuvassa soluja kasvaa soluviljelypulloissa (todennäköisesti pohjassa kiinni). Soluviljelyssä käytettävä kasvatusliuos on punaista koska värin avulla voidaan seurata happamuutta, kyseessä ei siis ole veri. :-) 
Lisäksi soluviljelmissä kasvavat solut ovat yleensä vain yhtä tiettyä tyyppiä, sidekudoksen soluja, pintasolukkoa, tms. Useampien solutyyppien samanaikainen viljeleminen on usein melko haasteellista. Kuvassa soluja maljan pohjalta.
Eli jos vaikkapa keuhkoista löytyy yli 40 erilaista solutyyppiä, niin ”keuhkomalleissa” käytetään usein 1-4 eri solutyyppiä, jotka kasvavat 2D pinnoilla, ilman niitä ympäröivää soluväliainetta, verenkiertoa, mekaanista rasitusta yms.
Lähtökohtaisesti siis virusinfektion tutkiminen tällaisessa tilanteessa saattaa johtaa vikaan, koska malli on niin puutteellinen, eli ei tutkita miten virus käyttäytyy meidän kehoissa, vaan sitä miten se käyttäytyy soluviljelmässä.
(Onneksi kudosteknologia kehittyy ja sen kautta saadaan parempia malleja myös perustutkimukseen, vaikka kehitys onkin hitaampaa kuin usein annetaan ymmärtää. Tästä syystä myös eläinkokeita tarvitaan vielä, valitettavasti.)
Toisena ongelmana on sitten itse tutkimusmenetelmät. Solubiologisessa tutkimuksessa esimerkiksi valomikroskopia on edelleen yksi tärkeimmistä menetelmistä, varsinkin jos halutaan tutkia dynaamisia tapahtumia.
Tämä valomikroskopia asettaa sitten omat reunaehtonsa. Jos puhumme viruksista, niin suurin osa viruksista on niin pieniä, että parhaimmillakaan lasertykkimegalinssimikroskoopeilla ei niitä suoraan voi nähdä.
Pohjimmiltaan siis virukset ovat pienempiä kuin mikroskoopin erotuskyky, jolloin ne ovat näkymättömiä, kuten suuri osa solujen normaalistakin ”elämästä”.
Vertaan tätä usein mereen ja laivoihin. Iso laiva jättää ison jäljen meren aaltoihin jonka me voimme sitten havaita, mutta pienempi paatti jää havaitsematta.
(OK, tiedän että on olemassa liuta erilaisia super-resoluutiotekniikoita, joiden avulla pääsee 10-50X parempaan erotuskykyyn ja niiden kehitystyöstä jaettiin vuoden 2014 Nobel, mutta ei mennä nyt niihin…)
Miten virusten solunsisäistä toimintaa voi sitten mikroskoopilla tutkia? No, siihen käytetään erilaisia merkkiaineita, jotka sitoutuvat virukseen vasta-aineiden avulla. Tietyn värisen valon alla nämä merkkiaineet sitten erottuvat soluista.
Tätä voi verrata pimeään syysiltaan ja jalankulkijaan. Jalankulkija (virus) on tienlaidassa näkymätön ajovaloissa (mikroskooppi), mutta jos hänellä on heijastin (merkkiaine), niin sitten hänen sijaintinsa näkyy auton sisään.
Analogiaa voi vielä jatkaa siten, että useiden heijastimien näkyminen samassa kohtaa tarkoittaa usein useampaa jalankulkijaa (virusta) yms. Erilaisilla merkkiaineilla voi lisäksi merkitä erilaisia solujen osia yms.
Valitettavasti suurin osa näistä merkkiainetekniikoista ei toimi elävien solujen ja kanssa, vaan näytteet täytyy käsitellä kemiallisesti, jotta metabolia pysähtyy, solujen rakenteen ”jäykistetään” ja soluja voidaan käsitellä.
Mutta, keräämällä eritavoin käsiteltyjä näytteitä infektion eri vaiheista voimme mikroskoopilla kuvata vaikkapa mitä solulle tapahtuu ja päätellä siitä jotain viruksen elinkierrosta. Jos siis meidän alkuperäinen solumalli on OK.
Tämä ei ole SARS-CoV-2 esimerkki, mutta tässä mikroskooppikuvassa näkyy poikkileikkaus parvoviruksen infektoiman solun tumasta (syaani, koko n. 0.01 mm) ja tuman sisällä olevasta ”virustehtaasta”(keltainen). Aikanaan tuli näitä kuvia tuijoteltua paljon.
Solutason virustutkimus perustuu siis paljon epäsuoriin menetelmiin, koska emme voi viruksia suoraan nähdä ja seurata. Mikroskopian lisäksi virusten monistumista voidaan seurata mittaamalla eri virusproteiinien tai perimän määrää.
Lisäksi mallimme rajoittavat ja hidastavat tutkimusta. Yleensä tutkimuskysymykset ovatkin melko yksinkertaisia, mutta vaikeus on koejärjestelmän ja mittaamisen kehittämisessä.
Hyvänä esimerkkinä on vaikkapa SARS-CoV-2:n leviäminen aerosoleissa ja siihen liittyvä keskustelu. Tällä hetkellä meillä puuttuu menetelmät, millä voisimme helposti mitata ”elävän” viruksen määriä.
Voimme tehdä esim. PCR määrityksen, mutta se kertoo vain virus perimän (osan) määrän, se ei kerro onko virus ehjä ja infektiivinen. Elektronimikroskoopilla näemme onko virus ehjä, mutta se ei taas kerro onko sen perimä kunnossa, yms.
Tutkimus on siis hidasta ja tietoa kertyy tipoittain, joku labra selvittää tuota joku toinen tätä, koska heillä on osaamista juuri tietynlaisten mallien tai tekniikoiden suhteen. Isomman kuvan muodostumiseen menee aikaa.
Kiitos jos jaksoit lukea. Pahoittelut ketjun pituudesta.
Kiitos jos jaksoit lukea. Pahoittelut ketjun pituudesta.
(Kuvan lähde jäi, napattu wikipediasta)
(Ja tästäkin jäi kuvan lähde, napattu wikipediasta)
