Roghaieh Ashrafi tutkii, onko kehomme biljoonilla mikrobeilla oma sisäinen kello ja mitä tapahtuu, kun se häiriintyy.
Kun Roghaieh Ashrafi muutti Suomeen, hän kohtasi saman ilmiön kuin tuhannet muut maahanmuuttajat: äärimmäiset valon ja pimeyden vuodenaikaisvaihtelut iskivät uneen, hyvinvointiin ja arkeen. Mikrobiekologina hän alkoi kuitenkin kysyä kysymystä, jota harva oli esittänyt: mitä tapahtuu niille biljoonille bakteereille, jotka kulkevat mukanamme suolistossa ja iholla?
”Tiedämme, että isäntäeliöt sopeutuvat vähitellen uusiin valo-pimeärytmeihin, ruokailuaikoihin ja lämpötiloihin. Mutta tiedämme yllättävän vähän siitä, mitä tapahtuu niiden mukana kulkeville mikrobeille”, Ashrafi kertoo.
Ajatus kuulostaa aluksi kaukaa haetulta: voivatko bakteerit tietää, paljonko kello on? Tutkimusnäyttö kuitenkin osoittaa, että ainakin osa pystyy siihen. Syanobakteerit eli yhteyttävät mikro-organismit, joita esiintyy vesistöissä kaikkialla maailmassa, eivät pelkästään reagoi valon muutoksiin vaan ennakoivat vuorokautisia ja vuodenaikaisia vaihteluja. Vielä merkittävämpää on, että rytmistä käyttäytymistä on havaittu myös bakteereilla, jotka eivät kykene yhteyttämiseen. Ajantaju on mikrobien keskuudessa paljon yleisempi ominaisuus kuin aiemmin on ajateltu.
Silti lähes kaikki tutkimustieto perustuu yksittäisiin laboratoriossa kasvatettuihin mikrobikantoihin. Kukaan ei ole vielä osoittanut, pystyvätkö eläinten sisällä elävät monimutkaiset mikrobiyhteisöt ylläpitämään omaa ajallista järjestystään. Syy on käytännöllinen: isännän biologinen kello tuottaa niin voimakkaita signaaleja (ruoansulatusentsyymejä, hormoneja, lämpötilan vaihteluja), että mikrobien omia rytmejä on mahdotonta erottaa niistä.
Ashrafi ratkaisee ongelman irrottamalla mikrobit isännästään. Kirjaimellisesti. Hänen tutkimushankkeensa yhdistää useita menetelmiä, joista keskeisimmät ovat niin kutsuttu suoli-siru-teknologia ja Robogut-järjestelmä.
Suoli-siru on pieni lasilastu, jonka pinnalle rakennetaan suoliston kaltainen ympäristö: elävät solut, nestevirtaus, hapettomuus ja ravinteet. Tässä keinotekoisessa suolistossa mikrobiyhteisöjä voidaan tutkia hallituissa olosuhteissa ilman isännän biologisen kellon häirintää. Robogut puolestaan on kanadalaisen professori Emma Allen-Vercoen kehittämä mekaaninen suolistomalli, joka simuloi paksusuolen olosuhteita.
Kun näihin järjestelmiin yhdistetään stabiili-isotooppileimaus (menetelmä, jossa mikrobien aineenvaihduntaa seurataan merkittyjen molekyylien avulla) ja nykyaikaiset mikrobiomianalyysit, syntyy kokonaisuus, joka mahdollistaa mikrobien ajallisen käyttäytymisen tutkimisen tavalla, joka ei ole ollut aiemmin mahdollista.
Tutkimuksen taustalla on myös konkreettinen kansanterveydellinen kysymys. Tutkimusaineistot osoittavat, että maahanmuuttajilla (ja joissain tapauksissa myös heidän uudessa kotimaassaan syntyneillä lapsillaan) esiintyy tavallista enemmän allergioita ja muita terveyshaasteita. Nykyiset selitysmallit keskittyvät ruokavalion muutoksiin, stressiin ja hygieniaympäristön eroihin. Ashrafi lisää yhtälöön uuden muuttujan: mikrobiomin ajallisen sopeutumisen.
”Haluan haastaa käsityksen siitä, että mikrobit vain reagoivat siihen, mitä isäntä tekee. Niillä on aktiivinen rooli siinä, miten eliöt sopeutuvat muuttuvaan maailmaan”, Ashrafi sanoo.
Jos hän on oikeassa, seuraukset ulottuvat maahanmuuttajia laajemmalle. Vuorotyöntekijät, paljon matkustavat ja ilmastonmuutoksen muokkaamissa ympäristöissä elävät ihmiset kohtaavat kaikki saman perusongelman: ympäristön ajallinen rytmi muuttuu, ja kehon on sopeuduttava. Nykyiset hoitokeinot (melatoniini, valohoito, unihygienia) kohdistuvat yksinomaan isännän biologiseen kelloon. Jos mikrobiyhteisöilläkin on oma ajallinen järjestyksensä, hoitostrategioissa täytyy huomioida koko järjestelmä.
Ashrafi tekee tutkimustaan itsenäisenä postdoc-tutkijana, mutta hankkeen taustalla on vahva yhteistyöverkosto: professori Pasi Kallio Tampereen yliopistosta tuo asiantuntemusta sirualustateknologioista, professori Lotta-Riina Sundberg Jyväskylän yliopistosta mikrobiekologian osaamista ja Allen-Vercoe Kanadan Guelphin yliopistosta Robogut-järjestelmän.
Emil Aaltosen Säätiön apuraha mahdollistaa täysipainoisen keskittymisen tutkimusidean kehittämiseen ja uusien kokeellisten menetelmien rakentamiseen. Ilman tätä tukea alustavan aineiston tuottaminen ja kansainvälisen tutkimusohjelman rakentaminen olisi huomattavasti vaikeampaa.
”Tutkijan työssä parasta on mahdollisuus tutkia kysymyksiä, joihin kukaan ei vielä tiedä vastausta. Samalla se on työn suurin haaste: aidosti uuden tutkiminen tarkoittaa sitä, ettei valmiita menetelmiä tai selkeitä vastauksia ole olemassa”, Ashrafi kiteyttää.
Tutkimuksen ulkopuolella hän nauttii puutarhanhoidosta, taivaan valokuvaamisesta ja luonnossa liikkumisesta. Ehkä juuri niistä vuorokausirytmeistä, joita hänen tutkimansa mikrobitkin yrittävät ymmärtää.
Roghaieh Ashrafi on mikrobiekologi, joka tutkii mikrobiyhteisöjen ajallista toimintaa ja niiden roolia eliöiden sopeutumisessa. Hänen erikoisalaansa kuuluvat isäntä-mikrobivuorovaikutukset, mikrobiomit sekä ympäristön muutosten vaikutukset mikro-organismeihin. Emil Aaltosen Säätiön apuraha tukee itsenäisen postdoc-hankkeen toteuttamista ja uusien kokeellisten menetelmien kehittämistä.
Hyvinvoinnin kasvua –
luovaa tieteellistä tutkimusta tukemalla