FL Martti Tolvasen bioinformatiikan alaan kuuluva väitöskirja

Pseudogenes and Gene Duplications Tell a Story of Evolutionary Fates of Animal Alpha Carbonic Anhydrases (Pseudogeenit ja geenien kahdentumat kertovat tarinaa eläinten alfa-hiilihappoanhydraasien kohtaloista evoluutiossa)

tarkastetaan 20.9.2013 klo 12 Tampereen yliopiston terveystieteiden yksikön luentosalissa, Medisiinarinkatu 3 (T-rak.), Tampere.

Vastaväittäjänä on tutkimusjohtaja Garry Wong (Itä-Suomen yliopisto). Kustoksena toimii professori Mauno Vihinen.

Hiilihappoanhydraasit: entsyymiperheen vaiheita evoluutiossa

Tässä väitöskirjassa on tutkittu hiilihappoanhydraaseja (CA), entsyymejä jotka muuttavat hiilidioksidia vetykarbonaatti-ioneiksi ja päin vastoin. Hiilihappoanhydraasit ovat tarpeellisia hengityksessä, happo-emästasapainon säätelyssä, munuaisten toiminassa, aineenvaihdunnassa, luun muodostumisessa ym. Näitä entsyymejä esiintyy kaikissa eliöissä, ja ihmisessäkin niitä on 12 erilaista. Tutkimuksessa löydettiin hiirestä uusi CA-entsyymin geeni ja havaittiin, että se puuttuu ihmiseltä. Sen sijaan ihmisellä on kolme kopiota rikkinäisiä jäänteitä eli pseudogeenejä tästä CA15-geenistä. Bioinformatiikan työkalujen avulla analysoitiin CA15-geenejä kymmenien eläinten perimässä ja saatiin selville, että se puuttuu lähes kaikilta kädellisiltä. Sen pääteltiin luultavimmin hävinneen pian uuden maailman ja vanhan maailman apinoiden eriytymisen jälkeen. Hiiren CA15:n toimintaa ja ilmentymistä eri kudoksissa tutkittiin. Nämä tiedot parantavat ymmärrystämme ihmisen munuaisen toiminnasta verrattuna hiireen, jossa kaksi samankaltaista entsyymiä (CA4 ja CA15) hoitavat samat tehtävät kuin ihmisellä pelkkä CA4.

Etsittäessä uuden CA15:n ja tunnetun CA4:n kaltaisia geenejä selkärankaisisten perimässä havaittiin tietokonemenetelmillä, että muissa eläimissä kuin nisäkkäissä on vielä kolmas samankaltainen, aiemmin tunnistamaton CA, joka nimettiin CA17:ksi. Kaloissa CA17 ja samantyyppinen CA4 ovat moninkertaisesti kahdentuneita, niin että ihmisen yhtä CA4-geeniä vastaa esimerkiksi seeprakalalla 10 eri geeniä. Kalojen CA-geenien toiminnoista on niukasti tietoa,  mutta voidaan olettaa, että kalat tarvitsevat monimutkaisemman järjestelmän hapon erityksen ja hengityksen säätelyyn vesiympäristössä, jossa hiilidioksidin ja hapen määrät sekä pH vaihtelevat laajemmissa rajoissa kuin maaeläinten elinympäristössä.

Hiilihappoanhydraaseja on käytetty keinotekoisissa keuhkoissa hiilidioksidin poistoon verestä potilaan ulkopuolella, ja niitä on esitetty käytettäväksi hiilidioksidin poistoon teollisuuden palokaasuista.  Näiden entsyymien eri versioiden vertailusta, jota tässä tutkimuksessa on tehty paljon, saadaan entistä tarkempaa tietoa toiminnalle välttämättömistä rakenneosista, mikä on arvokasta perustietoa suunniteltaessa optimoituja entsyymejä tämän tapaisiin bioteknologisiin prosesseihin. Ehkäpä tulevaisuudessa näitä tietoja voidaan käyttää kehiteltäessä bioteknologista järjestelmää, joka estää hiilidioksidin kertymisen avaruusaseman ilmatilaan, tai laitetta jonka avulla ihminen voisi hengittää veden alla ilman happipulloja.

                                               ******

Martti Tolvanen on suorittanut filosofian lisensiaatin tutkinnon Helsingin yliopistossa.

Tolvasen väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis; 1847, Tampere University Press, Tampere 2013. ISBN 978-951-44-9197-9, ISSN 1455-1616. Väitöskirja ilmestyy myös sähköisenä sarjassa Acta Electronica Universitatis Tamperensis; 1327, Tampere University Press 2013. ISBN 978-951-44-9198-6, ISSN 1456-954X.
http://tampub.uta.fi.

Väitöskirjan tilausosoite: Verkkokirjakauppa Granum, http://granum.uta.fi, tai e-mail: kirjamyynti@juvenes.fi.

Lisätietoja: Martti Tolvanen, martti.tolvanen@uta.fi