Mataleena Parikka on Tampereen yliopiston Vuoden keksijä

Seeprakala (Danio rerio) on pieni makean veden kala. Väritykseltään se on musta- tai sinijuovikas, pohjaväri on vaalea. Aasiasta kotoisin oleva seeprakala on suosittu asukki kotiakvaarioissa.

Seeprakala on myös osatekijä siinä, että Mataleena Parikalle myönnettiin Vuoden keksijä 2023 -palkinto.

Parikka tutkii mykobakteerin ominaisuuksia ja kehittää entistä tehokkaampia hoitomuotoja tuberkuloosia vastaan. Tuberkuloosia aiheuttava mykobakteeri on hankalasti nitistettävä vastustaja. Se kykenee piiloutumaan ihmisen immuunijärjestelmältä ja on erittäin sietokykyinen antibiooteille. Yksi syy tähän on mykobakteerin kyky muodostaa biofilmiä elimistön tuberkuloosipesäkkeissä. Tätä ilmiötä Parikka on kollegoidensa kanssa tutkinut kymmenen vuotta.

Biofilmi on bakteerien muodostama yhteisö, johon kuuluu bakteerien itse tuottamaa soluväliainetta. Tämän vaipan sisään ne myös piiloutuvat. Biofilmi ei ole mykobakteerin yksityisomaisuutta, vaan sitä esiintyy muillakin bakteerilajeilla.

– Yhteisössä bakteeripopulaatiot alkavat muuntautua ja erilaistua. Tämä johtuu siitä, että bakteerit pyrkivät selviämään siinä ympäristössä, missä ne kulloinkin ovat. Osa voi esimerkiksi uinua ja sitten jälleen herätä, Parikka kertoo.

Muuntautumisen takia syntyy lääkkeitä hyvin sietäviä alapopulaatioita. Joku tällaisista alapopulaatioista usein selviytyy, kun ihmistä hoidetaan antibiooteilla.

– Ilmiö ei kuitenkaan ole sama kuin antibioottiresistenssi, joka on geneettistä, periytyvää ja pysyvää. Tässä on kyse toleranssista, eli bakteeri voi sietää hyvin pitkään korkeita antibioottipitoisuuksia, mikä vaikeuttaa hoitoa.

Seeprakalat ja seulonta auttavat kohti maalia

Parikka haluaa johtamansa tutkimuskonsortion kanssa löytää keinot siihen, kuinka lääketoleranssin syntyminen saadaan estettyä. Ja siinä seeprakala ui mukaan kuvioon.

Parikka kollegoineen käyttää mallina aikuisia seeprakaloja ja Mycobacterium marinum -bakteeria, joka on seeprakalan luontainen tuberkuloosin aiheuttaja ja hyvin läheistä sukua ihmisen taudinaiheuttajalle. Vaikka seeprakala itse on evolutiivisesti kaukana ihmisestä, sen tuberkuloosi mallintaa ihmisen tautia hyvin.

– Seeprakala on siksi aivan loistava malli tutkia sitä, miksi bakteeri muuntuu infektion aikana niin, että se pystyy sietämään lääkkeitä. Sen avulla voidaan myös selvittää, miten tätä bakteerin muuntautumiskykyä voidaan häiritä, Parikka kertoo.

Tavallisten kalojen ja bakteerien lisäksi Parikan ryhmällä on käytössään fluoresoivia mykobakteeri- ja seeprakalakantoja. Ne mahdollistavat taudin kehittymisen erittäin yksityiskohtaisen tutkimuksen.

Keskeinen osa tutkimusta on myös sellaisten yhdisteiden seulominen, joiden tiedetään estävän bakteeribiofilmien kehittymistä. Tämän pohjalta tutkimuskonsortio on tuottanut uusia yhdisteitä, joiden tehoa mykobakteeribiofilmeihin on testattu heidän kehittämiensä mallien – kuten seeprakalan tuberkuloosimallin – avulla. Uusien yhdisteiden tuottamisessa kiitos kuuluu konsortion toiselle osapuolelle Helsingin yliopistolle ja siellä toimivan tutkimusryhmän johtajalle Jari Yli-Kauhaluomalle.

– Olemme tehneet paljon menetelmien kehittämistyötä, jotta olemme voineet luoda relevantteja laboratoriotutkimusmalleja tuhansien uusien yhdisteiden seulomiseen. Näiden seulontamallien avulla olemme löytäneet uusien yhdisteiden lisäksi hyvin toimivia yhdistekandidaatteja, joita olemme seuloneet muihin tarkoituksiin hyväksyttyjen lääkkeiden muodostamasta kirjastosta.

Kuva: Jonne Renvall

Sinnikäs tutkimus- ja kehittämistyö kantavat tulosta myös keksintöilmoitusten määrässä mitattuna: Parikka jätti viime vuonna konsortion kanssa neljä keksintöilmoitusta.

– Jätimme kaksi keksintöilmoitusta uusille lääkekandidaateille, yhden seulontamenetelmälle, jolla lääkekandidaatit löydettiin, ja yhden menetelmälle, jolla voidaan mitata mykobakteerien tuottaman biofilmin pääkomponenttia eli solunulkoista DNA:ta.

Yhteistyökumppanit ovat kriittisen tärkeitä

Uusien lääkkeiden kehitystyössä kansallisen yhteistyön rinnalla tarvitaan myös kansainvälistä yhteistyötä. Lääkkeiden tehoa ja turvallisuutta selvitettäessä apuun tulevat kumppanit Australiasta, Saksasta ja Italiasta.

Sydneyssä sijaitsevassa laboratoriossa testataan konsortion uusilla seulontamenetelmillä löydetyt lääkekandidaatit. Se tapahtuu hiiren aerosolituberkuloosi-infektiomallin avulla, jossa hiiret infektoidaan ihmisen taudinaiheuttajalla aerosolin kautta. Vastaavaa infektiomallia ei Suomessa pystytä toteuttamaan.

– Vaikka seeprakalamalli on osuva etenkin kroonisen infektion ja biofilmin tutkimiseen, se ei yksin riitä näytöksi lääkekehityksen eteenpäin vientiin. Hiiri on evolutiivisesti lähempänä ihmistä, siksi on tärkeää saada prekliininen näyttö lääkkeen tehokkuudesta myös hiirimallissa, Parikka taustoittaa.

Heidelbergissa Parikan ryhmän jäsen Milka Hammarén vetää tutkimusta, jonka tavoitteena on kehittää täsmäkuljetin. Kuljettimen avulla lääkeaine saadaan vietyä suoraan bakteeripesäkkeeseen ja rikastettua siellä. Näin hoito on tehokkaampaa ja elimistölle vähemmän kuormittavaa. Tutkimus sisältää teknisesti paljon uutta, ja olisi ollut vaikea toteuttaa alusta asti Suomessa.

Firenzen yhteistyökumppanit auttavat vastaavassa asiassa, mutta eri tulokulmasta. He tutkivat hiilihappoanhydraasin estäjiä. Hiilihappoanhydraasit ovat entsyymejä, jotka nopeuttavat kaikille eliöille elintärkeää biokemiallista reaktiota. Kun näiden entsyymien toiminta estetään bakteerissa, voidaan kehittää täsmälääkkeitä, jotka eivät häiritse elimistön tasapainoa antibioottien tapaan. Tätä tutkimusta konsortiossa johtaa Tampereen yliopiston anatomian professori Seppo Parkkila.

Kiinnostavan ilmiön ymmärtäminen tuo iloa työhön

Nykyisellään tuberkuloosin hoitaminen kestää vähintään puoli vuotta, ja hoidossa käytetään vähintään neljän antibiootin yhdistelmää. Hoito on elimistölle raskas ja aiheuttaa myös paljon sivuvaikutuksia. Koska tartuntaa levittäviä mykobakteereita kaiken lisäksi jää kuurin jäljiltä herkästi muhimaan elimistöön, on nopeammalle ja tehokkaammalle hoidolle ilmeinen tarve.

Vaikka Parikka pyrkiikin keksimään ratkaisuja tähän, hän itse identifioituu silti ennemmin perustutkijaksi kuin keksijäksi.

– Koen suurta uteliaisuutta ja mielenkiintoa minun mielestäni äärimmäisen kiehtovia infektiobiologisia mekanismeja kohtaan. On ilahduttavaa, kun voin oman työni kautta ymmärtää niitä paremmin. Mutta tietyllä tavalla olen maailmanparantaja. Minulle työn mielekkyys kumpuaa siitäkin, että voin olla lievittämässä kärsimystä maailmassa.

Maailman parantaminen pätee paitsi konkreettisesti myös kuvainnollisesti: Parikka on tutkimuskonsortionsa kanssa erittäin sitoutunut non-profit-lääkekehitykseen.

– Tämä ei sulje pois sitä, etteikö patentointi voi silti olla tärkeä osa prosessia. Voimme viedä lääkekehitystä eteenpäin, vaikka se olisi voittoa tavoittelematonta.