Viime blogitekstissämme kerroimme yleisluontoisesti omiikkatutkimuksista, joissa tarkastellaan kerralla isoja määriä biologisia muuttujia. Tässä kirjoituksessa esittelemme juuri julkaistun multiomiikkatutkimuksemme löydöksiä.
Veren merkkiaineita ja geenitekijöitä tutkimalla tietoa sairauksista
Uudessa laajassa tutkimuksessamme hyödynnettiin pääasiassa kahta omiikkaa, genomiikkaa ja metabolomiikkaa. Tämä mahdollisti miljoonien geenitekijöiden, satojen veren merkkiaineiden ja eri sairauksien välisten yhteyksien tutkimisen.
Mitä veren merkkiaineet sitten oikein ovat? Veren merkkiaineet eli biomarkkerit ovat veressä kiertäviä molekyylejä, jotka voivat kertoa riskistä sairastua. Esimerkiksi LDL-kolesteroli on merkkiaine sydäntaudille. Tutkimuksessamme analysoitiin pääasiassa rasva-aineenvaihdunnan merkkiaineita, mutta mukana oli myös muita aineenvaihdunnan molekyylejä, kuten aminohappoja ja ketoaineita.
Tutkimuksemme päälöydöksinä kuvaamme yli 400 aineenvaihdunnan säätelyyn liittyvää geenialuetta, joista monia ei ole tunnistettu aiemmin. Havaitsimme muun muassa kymmeniä aminohappotasoihin liittyviä geenialueita. Näistä esimerkkinä mainittakoon verenkierron glutamiinitasoon liittyvä KCNK16-geeni, jonka tiedetään aiemman tutkimusnäytön perusteella liittyvän myös diabetesriskiin. Löydös on kiinnostava, sillä glutamiinilla on rooli sokeriaineenvaihdunnassa.
Kaiken kaikkiaan suuri osa tutkimuksessamme tunnistetuista geenialueista liittyy riskiin sairastua erilaisiin sairauksiin. Näin ollen verenkierron merkkiaineita koskeva tutkimuksemme auttaa ymmärtämään sairauksien taustalla olevia tekijöitä.
Ymmärrystä sairauksien biologiasta ja uusia lääkityskohteita
Uusien tulostemme avulla voidaan ymmärtää paremmin niitä biologisia reittejä, joiden kautta veren merkkiaineet liittyvät sairauksiin, ja edelleen tunnistaa lääkinnällisiä kohteita. Kuvasimme muun muassa ensimmäistä kertaa yli sadan geenitekijän yksityiskohtaiset vaikutukset rasva-aineenvaihdunnan merkkiaineisiin, joihin lukeutuivat muun muassa “paha” LDL- ja “hyvä” HDL-kolesteroli sekä triglyseridit. Tätä kautta tunnistimme TRIM5-geeniin liittyvän signalointireitin uudeksi mahdolliseksi lääkityskohteeksi sydäntaudille.
Tutkimuksessamme kuvasimme myös raskaushepatoosille altistavien geenitekijöiden vaikutukset veren merkkiaineisiin. Raskaushepatoosi on raskauden aikainen häiriö, joka aiheuttaa ihon voimakasta kutinaa ja johon liittyy muutoksia maksaentsyymien ja sappihappojen pitoisuuksissa. Se todetaan noin yhdellä sadasta raskaana olevalla ja sen syytä ei tunneta.
Tutkimme edelleen geneettisen epidemiologian keinoin veren merkkiaineiden ja eri sairauksien välisiä syy-seuraussuhteita. Tuloksemme osoittivat muun muassa, että veren asetonipitoisuus voi olla suorassa syy-yhteydessä verenpainetautiin.
Modernien menetelmien tuottama iso data mahdollistaa omiikkatutkimuksen
Isot väestöaineistot sekä modernit mittaus- ja analyysimenetelmät mahdollistavat omiikkatutkimukset. Koska analysoitavaa dataa on valtava määrä, tulosten analysointiin tarvitaan suurta laskentatehoa ja hyviä datanhallintataitoja.
Tutkimuksessamme yhdistettiin yli 30 väestöaineistoa, mikä mahdollisti yli 130 000 henkilön näytteiden tutkimisen. Aineistoista valtaosa oli eurooppalaisia, mutta mukana oli myös aasialaisia aineistoja. Mukana oli näytteitä myös suomalaisista väestöaineistoista, joihin lukeutuivat muun muassa Pohjois-Suomen syntymäkohortit. Lisäaineistona käytettiin Iso-Britannian biopankin 120 000 henkilöstä koostuvaa aineistoa.
Tutkittavien henkilöiden verinäytteistä määritettiin 233 aineenvaihduntaan liittyvää merkkiainetta ja niiden yhteyttä tarkasteltiin yli 13 miljoonaan geneettiseen tekijään. Merkkiaineiden mittaamiseen käytettiin Oulun yliopistossa kehitettyä ydinmagneettispektroskopiaan perustuvaa menetelmää, jolla voidaan mitata satoja aineenvaihduntaan liittyviä merkkiaineita yhdestä verinäytteestä.
Tuore tutkimuksemme osoittaakin mainiosti, miten isoja aineistoja, uusia menetelmiä ja useita omiikoita yhdistämällä saadaan tuotettua tärkeää tietoa lääketieteen käyttöön.
Tutkimustulosten avoin saatavuus tarjoaa mahdollisuuden jatkotutkimuksille
Tutkimuksemme toimii myös esimerkkinä siitä, miten kasvavat datamäärät mahdollistavat uudenlaisen tutkimustavan. Vuosikymmeniä vallinnut perinteinen hypoteesilähtöinen tutkimus perustuu vahvaan olettamukseen, että ymmärrämme biologiaa hyvin.
Suuret datamäärät mahdollistavat datalähtöisen tutkimuksen, jossa uutta tietoa etsitään datan ohjaamana. Tällainen lähestymistapa edellyttää suuria aineistoja, tiukan tilastollisen merkitsevyyden rajan sekä riippumattomia aineistoja, joissa tutkimus voidaan toistaa. Näiden vaatimusten täyttyessä voidaan tehdä myös datalähtöistä tutkimusta.
Uuden tutkimuksemme taustalla oli tieto siitä, että aineenvaihdunnan merkkiaineiden tasojen vaihtelu on osittain perinnöllistä. Annoimme tutkimusdatan ohjata meitä vastatessamme kysymykseen, mitkä osat perimää ovat yhteydessä merkkiaineiden tasoihin.
Tutkimuksemme aineisto oli vähintäänkin valtava, käytimme toistoaineistoja, ja säädimme tilastollisen merkitsevyyden rajan vastaamaan tutkittujen riippumattomien testien määrää, joka oli jo sinällään valtava. Näin moderni epidemiologia ja omiikkatutkimukset ottavat oppia geneettisestä epidemiologiasta, joka on tasoittanut tietä datajohtoiselle tieteelle.
Tutkimuksemme tärkeintä antia ovat avoimesti saatavilla olevat tutkimustulokset. Nämä tulokset luovat valtavan resurssin, jota hyödyntämällä tiedeyhteisö voi suorittaa lukuisia jatkotutkimuksia. Avoimesti saatavilla olevia tuloksiamme voidaankin hyödyntää esimerkiksi uusien lääkkeiden kehityksessä sekä aineenvaihdunnan merkkiaineiden ja sairauksien syy-seuraussuhteiden selvittämisessä.
Pääkirjoittajat:
Tutkimusjulkaisu: Karjalainen M.K., Karthikeyan S., Oliver-Williams C., Sliz E.,..., Danesh J., Ala-Korpela M., Butterworth A.S., Kettunen J. Genome-wide characterization of circulating metabolic biomarkers. Nature (2024). https://www.nature.com/articles/s41586-024-07148-y.
Terveyttä tutkimassa -blogissa kirjoitetaan väestöterveyden ja lääketieteen tutkimukseen liittyvistä aiheista sekä esitellään ja pohditaan ajankohtaisia aiheeseen liittyviä ilmiöitä. Kirjoittajina toimivat pääasiassa lääketieteellisen tiedekunnan tutkijat.