Pikkuiset otukset, jotka pyörittävät maailmaa

Miten sudenkorentojen suolistobakteerien tutkiminen ja ihmisten hyvinvointi liittyvät toisiinsa? Tutkijalle yhteys on kirkas: ihmisen ja hyönteisten suolistomikrobistoissa on paljon yhtäläisyyksiä, joten hyönteistutkimusten tulokset saattavat edistää myös ihmisen bakteeristojen tutkimusta. Tietoa tarvitaan, sillä ihmisen suolistomikrobistolla saattaa olla yhteys diabetekseen ja moniin muihinkin sairauksiin.

Julkaistu 5.11.2020
Blogin kirjoittaja: Kari Kaunisto

Eliöiden määriä on yritetty arvioida jo vuosisatojen ajan. Viimeisimmässä ja kattavimmassa biomassan jakautumista maapallolla selvittäneessä tutkimuksessa laskelmat perustuvat eliöihin sitoutuneeseen hiilen määrään. Tutkimuksessa arvioidaan, että kaikkiin tällä hetkellä elossa oleviin ihmisiin on sitoutunut noin 0,06 gigatonnia (1 Gt = 1015 g) hiiltä, kun taas niveljalkaisiin, joihin kuuluvat esimerkiksi hyönteiset, äyriäiset ja hämähäkkieläimet, on sitoutunut kokonainen gigatonni hiiltä! Hyönteisten huikean yksilömäärän ja biomassan lisäksi myös niiden lajimäärä on suuri. On arvioitu, että kaikista tähän mennessä tieteelle kuvatuista eliölajeista jopa 90 prosenttia on hyönteisiä.

Hyönteisten monimuotoisuus voi tuntua käsittämättömältä, mutta ehkäpä vieläkin hankalammin on ymmärrettävissä bakteereihin sitoutuneen hiilen määrä, joka oli samaisen tutkimuksen mukaan 70 gigatonnia! Bakteereja on valtavia määriä miltei kaikkialla. Viime vuosien aikana on käynyt yhä selvemmäksi, että bakteerit ovat erityisen tärkeitä lähes kaikkien ekosysteemien toiminnalle. Niiden järisyttävä määrä selittyy osaltaan valtamerissä, maaperässä ja ilmakehässä elävillä bakteerikasvustoilla. Bakteereja elää valtavia määriä myös muiden eliölajien pinnoilla ja sisäpuolella. Esimerkiksi jokaisen ihmisen sisällä tiedetään olevan lukumäärältään huomattavasti enemmän bakteerisoluja kuin varsinaisia ihmissoluja. Vastaavalla tavalla bakteereja löytyy suuria määriä myös esimerkiksi hyönteisten sisältä. Hyönteisten suolistobakteereista ja niiden toiminnasta tiedetään kuitenkin vielä erittäin vähän.

Sakari Alhopuron säätiö myönsi rahoituksen tutkimushankkeelleni, jonka tavoitteena on syventää ymmärrystä hyönteisten suolistomikrobeista ja niiden toiminnasta. Tutkimushankkeessa selvitän hyönteisten suolistomikrobiston rakennetta, toimintaa ja sen moninaisia vaikutuksia isäntähyönteisissä. Hanke jakautuu osatöihin, joissa kartoitetaan hyönteisten suolistobakteereiden ajallista ja paikallista vaihtelua, syödyn saalislajiston ja suolistobakteeriston yhteyttä sekä suolistobakteeriston vaikutuksia isäntäyksilön lisääntymismenestykseen. Mallilajeina käytän sudenkorentoja. Ne ovat hyönteismaailman huippupetoja, joihin kertyy ravinnon kautta laajasti eri saalislajien mikrobeja. Sudenkorentojen avulla on mahdollista tutkia sekä vesi- että maaekosysteemien bakteerilajistoa, koska sudenkorentojen toukat ovat akvaattisia ja aikuiset puolestaan terrestrisiä.

Suolistomikrobeja kartoitetaan sudenkorennoista kerättyjen ulostenäytteiden avulla. Niistä on mahdollista eristää suolistobakteerien perimän RNA:ta. Eristettyä geenialuetta monistetaan tarvittava määrä, minkä jälkeen niiden emäsjärjestykset määritetään sekvensoimalla. Tämän geenialueen emästen järjestyksissä on vaihtelua eri bakteerilajien välillä, joten vertaamalla selvitettyjä RNA-pätkiä olemassa oleviin geenitietokantoihin pystytään tunnistamaan sudenkorentojen suolistossa olevat bakteerilajit. Eri bakteerilajien runsauksia suolistossa voidaan puolestaan arvioida monistettujen RNA-pätkien määrien suhteellisten runsauksien avulla.

Nykyisin ihmisten suolistomikrobiston oletetaan vaikuttavan jollakin tapaa esimerkiksi liikalihavuuteen, diabetekseen, immuunipuolustuksen häiriöihin, tiettyihin syöpiin ja useisiin neurologisiin poikkeavuuksiin. Ihmisten ja hyönteisten suolistomikrobistoissa sekä niiden kehityksessä on huomattavia yhtäläisyyksiä, joten hyönteisten avulla saaduista tuloksista saattaa olla merkittävää hyötyä myös ihmisen bakteeristojen tutkimukselle.

Sakari Alhopuron säätiön rahoittama tutkimus on tällä hetkellä vasta aluillaan. Menneenä kesänä kerättiin tarvittavat määrät sudenkorentojen suolistobakteeristonäytteitä analyysejä varten. Tämän lisäksi bakteerilajiston rakenteen selvittämiseen tarvittavat molekyylimenetelmät on nyt hiottu toimiviksi mallilajeillamme. Tähän mennessä olemme saaneet alustavia tuloksia siitä, miten valtavan monimuotoista mikrobilajistoa hyönteisten sisältä löytyy ja miten hyönteisten suolistomikrobisto on muodostunut eri hyönteispopulaatioissa.

Tämän blogikirjoituksen otsikko on mukailtu Edward O. Wilsonin vuonna 1987 julkaiseman artikkelin The Little Things That Run the World otsikosta.  Wilsonin artikkeli käsittelee erityisesti maapallon selkärangattomien eläinlajien monimuotoisuutta ja merkitystä. Nykytiedon valossa otsikon kattamiin eliöryhmiin voisi lukea mukaan myös ekosysteemien tukipilareina toimivat bakteerit!

Henkilökuva Kari Kaunistosta.

 

Kari Kaunisto on Turun yliopiston Biodiversiteettiyksikön erikoistutkija, joka väitteli Turun yliopistosta vuonna 2014 sudenkorentojen ja niiden loisten ekologiasta. Kauniston tutkimukset ovat tuoneet uutta tietoa muun muassa hyönteisten ravintoverkoista ja loisista sekä hyönteisten suojeluun liittyvistä aiheista.

 

 

 

 

Korentokuva: Kari Kaunisto
Henkilökuva: Pipsa Kaunisto

Kirjallisuutta:

Bar-On, Y. M., R. Phillips and R. Milo (2018). "The biomass distribution on Earth." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115(25): 6506-6511.
Cani, P. D. (2018). "Human gut microbiome: hopes, threats and promises." Gut 67(9): 1716-1725.
Engel, P. and N. A. Moran (2013). "The gut microbiota of insects - diversity in structure and function." Fems Microbiology Reviews 37(5): 699-735.
Huovinen, P. (2012). Tanssii bakteereiden kanssa - pidä bakteereistasi huolta! Duodecim.
Hutter, T., C. Gimbert, F. Bouchard and F. J. Lapointe (2015). "Being human is a gut feeling." Microbiome 3:9.