Ei vain rohdoksia
Suomalaisista sienistä on löytynyt koronavirusta tuhoavia yhdisteitä, männynoksista mahdollinen tulehduslääkkeen aihio. Kukkakaupoissa myytävä punatalvio mullisti 1990-luvulla lasten leukemian hoidon. Luonnon aineilla on iso merkitys modernille lääketieteelle.
Voit kuunnella jutun myös ääniversiona. Lukijana toimii a.i.materin koneääni Ilona.
Viime keväänä pandemian levitessä professori Varpu Marjomäki ja erikoistutkija Riikka Linnakoski tekivät kiinnostavan löydön. He laittoivat laboratoriossa kotimaisista sienistä eristettyjä yhdisteitä yhteen puhdistettujen koronavirusten kanssa.
Kuinka kävikään: koronavirukset menettivät tehonsa.
Linnakoski ja Marjomäki olivat tutkineet sienten viruksia torjuvia ominaisuuksia jo aiemmin. Innovaatiorahoittaja Business Finland myönsi joulun alla 660 000 euroa heidän Natural antivirals -projektilleen. Tämän ja ensi vuoden aikana hankkeessa on tarkoitus kehittää ja kaupallistaa tuote, jolla voi torjua tulevaisuuden epidemioita ja pandemioita.
Tavoitteena on puhdistus- tai kosmetiikkatuote, joka olisi tehokkaampi ja ihoystävällisempi kuin nykyiset desinfiointiaineet. Vielä on selvitettävä, millainen tuote on kannattavinta valmistaa. Marjomäen tutkimusryhmä on mukana myös toisessa hankkeessa, jossa kehitetään viruksia torjuvia materiaaleja ja pintoja.
Kenties sienten yhdisteistä voisi syntyä myös tulevaisuuden viruslääke.
Maallikosta tämä kuulostaa ihmeelliseltä. Miten suomalaiset sienet osaavat torjua kulkutautia, jota ei vielä vähän aikaa sitten edes ollut olemassa?
Idea sai alkunsa vuonna 2013. Tutkijat tapasivat toisensa sattumalta Etelä-Afrikassa, jossa he olivat yhtä aikaa työmatkoillaan. Jyväskylän yliopiston solu- ja molekyylibiologian professori Varpu Marjomäki on tutkinut viruksia parikymmentä vuotta. Linnakoski on sienitutkija ja Luonnonvarakeskuksen (Luke) metsien terveys ja biodiversiteetti -ryhmän päällikkö.
He alkoivat miettiä, miten voisivat yhdistää tietämystään.
”Olin tehnyt pitkään perustutkimusta virusten parissa. Kun tapasimme Riikan kanssa, minulle tulivat ensimmäistä kertaa sovellutukset mieleen. Kasvit, puut ja sienet joutuvat puolustautumaan taudinaiheuttajia vastaan. Varmaan voitaisiin löytää virusinfektioiden torjuntamekanismeja ja molekyylejä, joita ei ole aiemmin osattu hyödyntää”, Marjomäki sanoo.
Vaikka kasveilla ja sienillä on eri vitsaukset kuin ihmisillä, virusten toiminnassa ja niitä vastaan puolustautumisessa on paljon yhteistä.
”Esimerkiksi puut ovat evoluutionsa aikana pystyneet todella pitkän aikaa testaamaan, mikä tehoaa taudinaiheuttajiin. Ei ole suurta eroa siinä, infektoiko virus kalaa, ihmistä vai kasvia”, Marjomäki sanoo.
Lukuisten sienilajien on ennestään tiedetty sisältävän bioaktiivisia yhdisteitä, jotka toimivat puolustuskeinoina. Etenkin kasvien sisällä elävistä sienistä ja merten sienistä on etsitty bakteereja ja syöpää torjuvia ominaisuuksia.
Marjomäki ja Linnakoski halusivat testata vähemmän tunnettuja antiviraalisia vaikutuksia. He ovat käyneet läpi Luken 14 000 sienen kokoelmaa ja jalkautuneet metsiin Etelä-Suomen rannikolta pohjoiseen asti. Puhdistettuja viruksia pannaan nestefaasissa yhteen testattavien aineiden kanssa. Sitten seurataan, missä ajassa ja lämpötilassa virukset muuttuvat tehottomiksi.
Jo aiemmin he huomasivat, että sienet tuhoavat enterovirusten taudinaiheuttamiskyvyn. Löydös koronavirusten kanssa oli innostava, koska nämä virukset ovat rakenteeltaan niin erilaisia. Jos samat aktiiviaineet tuhoavat molempia virustyyppejä, ne oletettavasti tehoavat muihinkin viruksiin. Kiinnostavaa on sekin, kuinka toimivia ovat pohjoiset sienet, kun aiemmin tiedemaailman kiinnostus on kohdistunut tropiikin sieniin.
”Testasimme ensin Etelä-Amerikasta löytyviä sieniä, ja ne eivät olleet niin tehokkaita kuin kotimaiset sienikannat. Olen aika vakuuttunut, että pohjoisessa ilmastossa on jotain, mikä tekee täällä kasvavien sienten yhdisteistä tosi tehokkaita”, Marjomäki sanoo.
Marjomäki ja Linnakoski jättivät patenttihakemuksen keksinnöstään helmikuussa. Patentista tulee julkinen, mutta he eivät vielä halua kertoa sienilajia, koska se on melko harvinainen.
”Jos siitä tulee paljon keskustelua, vaarana on, että ihmiset keräävät sen sukupuuttoon. Itse olemme oppineet kasvattamaan sieniä laboratoriossa, joten meidän ei tarvitse mennä metsästä keräämään”, Linnakoski sanoo.
Viime vuosikymmeninä uusista lääkkeistä noin puolet on ainakin välillisesti peräisin luonnosta – syöpälääkkeistä ja antibiooteista vielä suurempi osuus. Useimmiten luonnosta on löydetty aihio, jota laboratoriossa on kehitetty edelleen.
Luonnon parantavista aineista tulevat mieleen kansanlääkintä ja rohdokset. Mutta luonnosta löytyvillä molekyyleillä on ollut yllättävän iso merkitys myös modernille lääketieteelle.
Tutkijat ja lääketeollisuus etsivät ihmisten sairauksien torjuntaan uusia keinoja luonnosta: metsien kasveista, sienistä ja mikrobeista, myös merten eliöistä.
Viime vuosikymmeninä uusista lääkkeistä noin puolet on ainakin välillisesti peräisin luonnosta – syöpälääkkeistä ja antibiooteista vielä suurempi osuus. Luonnosta eristetyt aineet toimivat lääkkeinä joko sellaisinaan, rakenteeltaan muokattuina tai malleina synteettisille lääkkeille. Useimmiten luonnosta on löydetty aihio, jota on kehitetty edelleen. Lääkeaineita on etsitty etenkin sademetsistä ja muilta runsaslajisilta alueilta. Useat suomalaiset tutkimusryhmät ovat kuitenkin kohdistaneet katseensa pohjoiseen lähiluontoon.
Suomen metsistä ei ole vielä syntynyt lääkkeitä, mutta kiinnostavia ehdokkaita on löytynyt.
Suomäntyjen juuressa elää sieni, jonka aktiiviaineista voisi syntyä lääke silmänpohjan rappeumaan. Koivun tuohesta irtoavan betuliinin johdannaisten on havaittu estävän syöpäsolujen kasvua. Pihkan yhdisteistä voisi löytyä hoito vaikeisiin bakteeri-infektioihin.
Aivan hakuammunnalla metsien arvoaineita ei lähdetä etsimään. Vaikka tiede ei luota perimätietoon, usein perimätiedosta on saatu suuntaa siihen, mistä ylipäätään kannattaa etsiä. Esimerkiksi pihkalla on hoidettu haavoja iät ja ajat, joten on ollut loogista olettaa, että sitä kannattaa tutkia tarkemmin.
Luonto käy jatkuvaa kemiallista sodankäyntiä ulkoisia uhkia vastaan. Kasvien omista puolustuskeinoista on kertynyt tutkimustietoa, jota on hyödynnetty myös etsittäessä ihmisen kannalta kiinnostavia luonnonaineita.
Tampereen yliopiston farmakologian professorin Eeva Moilasen tutkimusryhmä on tutkinut muun muassa stilbenoideja, joita löytyy männyn sisäoksista eli rungon sisään jäävistä oksankohdista. Niitä voitaisiin hyödyntää tulehduslääkkeiden kehityksessä.
”Kun mänty kasvaa, siitä putoavat alemmat oksat pois. Tällöin tulee portti, josta mikrobit pääsevät sisään. Oli tiedossa, että sisäoksassa on monipuolisesti molekyylejä, jotka ovat osa männyn puolustusta”, Moilanen kertoo.
Moilasen tutkimusryhmä on tutkinut pitkään tulehdussairauksien, kuten nivelrikon ja nivelreuman, mekanismeja. Uusille lääkkeille olisi tulehdussairauksien ja -kivun hoidossa tarvetta. Moilanen kollegoineen on tutkinut myös puolukkaa ja puolukan yhdisteitä, joita voitaisiin hyödyntää elimistön matala-asteisen tulehduksen ja sydän- ja verisuonisairauksien hoidossa.
”Luonnosta on löytynyt sellaisia molekyylejä, joita ihminen ei edes keksisi valmistaa. Myös ihan uudenlaisista vaikutusmekanismeista on useita esimerkkejä”, Moilanen sanoo.
Marjojen polyfenolit hyökkäsivät koeputkessa ja eläinkokeissa ärhäköiden MRSA-sairaalabakteereiden kimppuun. Marjoista voisi tehdä antibakteerisia liuoksia, sprayta tai tekstiilejä sairaalakäyttöön, ehkä myös kehittää lääkkeen.
Joka viides meistä kantaa ihollaan MRSA-bakteeria, joka tunnetaan puhekielessä sairaalabakteerina. Siitä ei välttämättä tule koskaan mitään oireita. Jos kuitenkin joutuu pieneenkin kirurgiseen operaatioon, se voi huonolla tuurilla aiheuttaa vakavan infektion, johon antibiootit eivät tahdo tehota.
Antibioottien liikakäyttö on johtanut siihen, että osa bakteereista on tullut lääkkeille vastustuskykyisiksi. Uusia antibiootteja on etsitty kiivaasti luonnosta. Muutama vuosi sitten Suomessa osoitettiin, että lakan, vadelman ja mesimarjojen sisältämät polyfenolit tuhoavat näitä sairaalabakteereita.
Marjoja tutkinut VTT:n tutkimuspäällikkö Kirsi-Marja Oksman-Caldentey on vaikuttunut luonnon arvoaineista ja niiden mahdollisuuksista ihmisten tautien torjunnassa.
”Kolme-neljäkymmentä vuotta sitten lääketeollisuus pyrki tekemään kaiken kemiallisen synteesin avulla. Koska kaikkeen ei löytynytkään riittävän hyviä yhdisteitä, palattiin katsomaan mahdollisuuksia myös luonnosta”, Oksman-Caldentey sanoo.
Hänen erityisalaansa on kasvibiotekniikka, jolla luonnon yhdisteitä voidaan valmistaa laboratoriossa soluviljelmissä. VTT:llä on tutkittu marjoja yli 20 vuotta. Jo aiemmin on havaittu, että marjojen polyfenolit tuhoavat bakteereja, eivätkä mitä tahansa bakteereja. Ne valikoivat pahikset, kuten salmonella- tai kolibakteerit, ja jättävät hyvät bakteerit rauhaan.
”Kasvukausi on Suomen leveysasteilla intensiivinen ja lyhyt, ja kasvuolosuhteet ankarat, mistä marjoille aiheutuu stressireaktio. Marjat alkavat tuottaa polyfenoleita puolustuksekseen ja pyrkivät siten suojautumaan tuholaisilta, homeilta ja uv-säteilyltä”, Oksman-Caldentey sanoo.
VTT on keksinyt teknologian, jolla marjojen siementen kuoresta hiotaan irti aktiiviaineet, niin sanottu siemenpöly. Raaka-ainetta saa elintarviketehtaiden jätteestä eli puristekakusta, joka jää jäljelle marjamehun valmistuksesta. Muutama vuosi sitten tutkijat keksivät kokeilla marjauutetta MRSA-bakteereita vastaan. VTT tuotti uutetta, ja Hyks testasi sitä.
Marjojen polyfenolit hyökkäsivät sekä koeputkessa että eläinkokeissa ärhäköiden sairaalabakteerien kimppuun. Kun marjauutetta testattiin yhdessä antibiootin kanssa, tapahtui vielä ihmeellisempää: vastustuskykyiset bakteerit saatiin uudelleen herkistymään antibiootille ja lääkkeen määrää voitiin laskea murto-osaan.
”Olimme todella yllättyneitä, että marjoista löytyy näin valtavan aktiivisia aineita”, Oksman-Caldentey sanoo.
Niistä voisi tehdä antibakteerisia liuoksia, sprayta tai antibakteerisia tekstiilejä sairaalakäyttöön, ehkä myös kehittää lääkkeen. VTT itse tekee tutkimusta ja etsii kumppaneita kaupallistamaan ideat.
Luonto on joskus saanut aikaan hyvinkin mutkikkaita molekyylejä. Vaikka lääketeollisuus pääasiassa pyrkii valmistamaan molekyylejä synteettisesti, aina se ei onnistu, vaan näitä yhdisteitä eristetään luonnossa kasvavista tai viljellyistä kasveista.
VTT kehittää menetelmiä, joilla kasvien solut valjastetaan tehtailemaan terveyden kannalta tärkeitä yhdisteitä soluviljelmissä. Oksman-Caldenteyn mukaan tämä on tärkeä keino sellaisten luonnonyhdisteiden valmistukseen, joita muuten olisi liian hankala valmistaa.
Kauniita vaaleanpunaisia kukkia tekevää punatalviota myydään koristekasvina kukkakaupoissa, mutta kasvi tunnetaan etenkin siitä, että se mullisti 1990-luvulla lasten leukemian hoidon. Punatalvion kotimaassa Madagaskarilla sitä käytettiin kansanlääkinnässä diabetekseen, mutta 1950-luvulla amerikkalaistutkijat huomasivat, että sen sisältämät vinkristiini ja vinblastiini tehoavatkin syöpään. Lääkettä siitä saatiin aikaiseksi pitkällisen tutkimus- ja kehitystyön jälkeen.
Leukemialääke vinkristiinin synteettinen valmistus on niin monivaiheista, että tänäkään päivänä sitä ei kannata valmistaa alusta lähtien laboratoriossa. Siksi raaka-ainetta kerätään yhä viljelmiltä, ja sitä tarvitaan paljon: 500 kilosta lehtiä saadaan gramma lääkettä. Oksman-Caldentey koordinoi 2010-luvulla EU:n rahoittamaa kansainvälistä nelivuotista hanketta, jossa pyrittiin valmistamaan vinkristiiniä kasvibiotekniikan avulla.
”Opimme paljon, mutta emme päässeet loppuun asti.”
Myös esimerkiksi kipulääke morfiinin raaka-aine tulee edelleen unikkopelloilta, vaikka synteettisiäkin opioidilääkkeitä on olemassa. Kasvien käyttö lääkkeen raaka-aineena ei ole ihanteellista.
”Ongelmia voi tulla, kun esimerkiksi ilmasto-olosuhteiden muuttuessa tai huonon sadon vuoksi raaka-ainetta ei saadakaan”, Oksman-Caldentey sanoo.
Sen vuoksi näiden tärkeiden lääkeaineiden tuottaminen bioteknisesti olisi ihanteellinen vaihtoehto.
Jos kerran Suomen metsät ovat täynnä terveyslupauksia, miksi lääkkeitä ja hoitokeinoja saa yhä odottaa?
Helsingin yliopiston lääkeainekemian professori Jari Yli-Kauhaluoma on ollut mukana hankkeissa, joissa lääkeaihioita on etsitty metsistä ja meristä. Hän kertoo, että lääkekehitys on pitkä ja epävarma prosessi. Ideasta valmiiseen lääkkeeseen voi kulua jopa 15–20 vuotta, ja moni alun perin kiinnostava idea jää lopulta idean asteelle.
Yli-Kauhaluoma on tutkinut erityisesti havupuiden pihkan sisältämiä terpeenejä. Ne voivat ehkäistä ja hajottaa stafylokokkibakteerin aiheuttamien sitkeiden bakteeriyhteisöjen eli biofilmin muodostumista. Nämä aiheuttavat esimerkiksi vaikeita leikkauksen jälkeisiä tulehduksia. Vaikka tutkimusta on tehty vuosia, Yli-Kauhaluoma kuvaa sitä yhä alkuvaiheen perustutkimukselliseksi työksi.
”Aine on osoitettu turvalliseksi nisäkässoluviljelmissä. Tästä on silti hyvin pitkä matka apteekin hyllylle. Voi olla, ettei siitä tule lääkettä koskaan”, Yli-Kauhaluoma sanoo.
Pihkasta on kaupallistettu voiteita, mutta lääkekäytössä vaikutukset pitää tutkia paljon syvällisemmin. Luontaistuotteissa voi olla mukana hyviksi todettuja aineita, mutta usein vaihtelevia pitoisuuksia ja lisäksi vaikutuksiltaan tuntemattomia aineita. Lääkekehityksessä taas pyritään löytämään yksi vaikuttava molekyyli, jonka teho ja turvallisuus osoitetaan luotettavasti.
”Lääkekehityksessä pyritään siihen, että lääke voidaan antaa suun kautta tablettina, koska se on yleensä mukavin tapa. Usein ongelmana on se, että vaikka lääkeaine toimii koeputkioloissa, ihmisen elimistössä se ei pääse oikeaan kohteeseen”, Yli-Kauhaluoma sanoo.
Muita ongelmia ovat haitalliset sivuvaikutukset tai se, että lääke ei poistu elimistöstä kuten pitää. Vaikka tutkijat löytävät luonnosta ideoita, luonnon ainesosa on harvoin optimaalinen sellaisenaan. Samasta yhdisteestä voidaan valmistaa tuhansia tai kymmeniätuhansia johdannaisia, joista valitaan sopivin. Epävarmuustekijöitä on niin paljon, että suurin osa aihioista karsiutuu matkan varrella.
Myös tutkimusrahoituksen puute tai lääkeyhtiöiden ansaintalogiikka voivat nousta esteeksi. Esimerkiksi antibiootit eivät ole kovin kannattavia verrattuna pitkäaikaissairauksien lääkkeisiin.
”Antibiootit toimivat nopeasti, ja kuurin jälkeen potilas on terve. Tuotto lääkeyhtiöille on aika pieni, joten niiden kynnys lähteä kehittämään lääkettä on korkea”, Yli-Kauhaluoma sanoo.
Menneisyydessä lääkekasvien keruu esimerkiksi sademetsäalueilta oli villiä. Nykyiset biodiversiteettisopimukset edellyttävät, että hyötyjen täytyy päätyä myös paikallisille yhteisöille eikä pelkästään lääkeyhtiöiden taskuun. Yli-Kauhaluoman mukaan on käynyt yhä selvemmäksi, että arvokkaita luonnonaineita saatetaan menettää jo ennen kuin niitä opitaan tuntemaan, kun ilmastonmuutos, luontokato ja saasteet uhkaavat monimuotoisuutta.
”On tärkeä säilyttää lajien kirjo, koska vielä on niin paljon aineita, joita emme tunne.”
Riikka Linnakoskesta ja Varpu Marjomäestä saattaa pian tulla startup-yrittäjiä. Yksi vaihtoehto viruksia torjuvan puhdistus- tai kosmetiikkatuotteen kaupallistamiseen on perustaa kokonaan uusi yritys.
Sen sijaan lääkekehitykseen Marjomäki ja Linnakoski eivät aio ryhtyä. Heidän mukaansa keksinnöllä on potentiaalia siihenkin, jos joku muu innostuu siihen lähtemään.
”Ensin pitää saada ymmärrystä siitä, mikä sienten yhdisteistä on varsinainen bioaktiivinen aine, vai vaikuttaako niissä monta ainetta yhdessä. Jos aineet eivät ole ihmisille haitallisia, niissä on varmasti potentiaalia lääkkeeksi”, Marjomäki sanoo.
Kysyntää olisi, sillä virustauteihin on hyvin vähän lääkkeitä. Pandemian aikana on testattu valtavasti olemassa olevia lääkkeitä siltä varalta, että jokin niistä tehoaisi myös koronaan. Rokotteiden yhteydessä on kannettu huolta niiden tehosta virusmuunnoksiin. Marjomäen mukaan viruslääkkeen vaikutus olisi mahdollista kohdistaa viruksen toimintamekanismeihin, jotka ovat varsin pysyviä, vaikka viruksen pintarakenteet muuttuvat.
”Lääkehoidot voisivat olla tärkeä ratkaisu, jos tulee paljon virusmuunnoksia.”