Tutkimusryhmä sai eristettyä viruksia, jotka alkoivat kuitenkin nopeasti näyttää oudoilta. Pian kävi ilmi, että petrimaljoissa eleli jotain ihan muuta kuin oli odotettu. Apurahansaajallemme tutkija Tatiana Deminalle tapaus opetti nöyryyttä tieteellisen tutkimuksen arvaamattomuuden edessä.
Koko tutkijanurani ajan olen keskittynyt viruksiin. Viruksia on runsaasti kaikissa soluja sisältävissä ympäristöissä. Virusten morfologinen ja geneettinen monimuotoisuus on valtavaa ja virusten vaikutukset isäntäsolujen ekologiaan ja evoluutioon ovat merkittäviä. Olen ollut erityisesti kiinnostunut virus-isäntävuorovaikutuksista äärimmäisissä ympäristöissä, kuten korkeasuolaisissa ympäristöissä, merijäässä ja ikiroudassa, koska niistä voi oppia paljon sekä virusten monimuotoisuudesta että niiden rooleista globaalisissa biogeokemiallisissa prosesseissa. Tutkiessani viruksia arktisessa maaperässä ajauduin ennalta-arvaamattomien tutkimuskysymysten äärelle. Mitä oikeastaan olinkaan tekemässä?
Dosentti Jenni Hultmanin tutkimusryhmässä analysoimme mikrobeja metagenomisista aineistoista ja eristämme uusia viruksia ympäristönäytteistä. Onnistuimme luomaan tietääksemme ensimmäistä kertaa tutkimushistoriassa virusisolaatteja eli ympäristöstään eristettyjä viruksia, jotka infektoivat acidobakteereita (Aciobacteria). Nämä bakteerit ovat yleisiä arktisessa maaperässä ja muissa ympäristöissä ja niillä on useita tärkeitä rooleja aineiden biogeokemiallisissa kierroissa. Jotta saisimme eristettyä vielä enemmän viruksia arktisesta maaperästä, lisäsimme maaperän näytteitä petrimaljoilla kasvaviin proteobakteereihin (Janthinobacterium), jotka oli eristetty arktisesta maaperästä aiemmin. Muutaman päivän päästä huomasimme plakkeja eli kirkkaita alueita, joissa kasvavat bakteerisolut hajosivat. Plakit näyttivät viruksien plakeilta, joita olin nähnyt monta kertaa ennenkin. Olin iloinen, kun saimme uusia isolaatteja, mutta ne piti vielä karakterisoida. Tämä tarkoittaa niiden infektiosyklin, morfologian ja genomitietojen tutkimista.
Pian huomasimme, että nämä isolaatit näyttivät hieman oudoilta viruksilta. Yritimme puhdistaa viruksia, eli suodatimme isolaatteja sisältäviä liuoksia hyvin pienen, 220:n nanometrin suodattimen avulla. Tällöin viruspartikkelit, jotka ovat tavallisesti pienempiä kuin 220 nm, pääsevät suodattimen läpi, mutta isommat partikkelit jäävät suodattimen kalvoon. Tällaisen virologian perusmenetelmän avulla suodatettu liuos sisältää vähemmän solujätteitä isäntäsoluista. Yllätykseksemme isolaatit eivät päässeet suodattimen läpi. Kun kokeilimme suurempihuokoista 450 nm suodatinta, saimme joitakin partikkeleita läpi – määrät olivat kuitenkin edelleen epätavallisen pieniä. Siinä vaiheessa luulimme työskentelevämme hyvin isojen tai erikoisen muotoisten viruspartikkeleiden kanssa.
”Odottamaton löytömme avasi minulle uuden tutkimusteeman. Se opetti minua olemaan puolueeton tutkimuksessani ja lukemaan tulokset sellaisina kuin ne ovat.”
Seuraava askeleemme oli isolaattien genomien sekvensointi eli DNA:n sekvenssin määritys. Genomisekvenssitietoja voidaan verrata tietokantojen tunnettuihin sekvensseihin ja tämä auttaa ymmärtämään isolaattien samankaltaisuutta suhteessa muihin tunnettuihin organismeihin. Yllättäen sekvensoinnin tulokset eivät sisältäneet mitään vihjeitä viruksista. Sen sijaan ne viittasivat bdellovibrio-bakteereihin.
Yhtäkkiä tilanne alkoi näyttää selvältä: bdellovibrio-bakteerit ovat loisia, jotka käyttävät muita bakteereita isäntäsoluina, kuten viruksetkin. Bdellovibrion kaltaiset bakteerit hyökkäävät muiden bakteerien kimppuun, tunkeutuvat sisälle soluun, käyttävät soluresursseja omaan kasvuun ja lisääntymiseen, jättävät syödyn eli kuolleen isäntäsolun ja uivat sen jälkeen etsimään uusia isäntäbakteereita.
Bdellovibrio-bakteereita kasvatetaan laboratoriossa samalla tavalla kuin viruksia, ja petrimaljassa ne aiheuttavat virusplakkeja muistuttavia plakkeja. Siksi ne on helppo sekoittaa toisiinsa. Bdellovibrio-bakteerit ovat kuitenkin paljon isompia kuin bakteereiden virukset, ja siksi ne eivät päässeet 220 nm suodattimen läpi. Aloimme ymmärtää myös joitain muita kummallisia laboratoriatuloksia, kun tajusimme, että isolaatit sisältävät bakteerisoluja eivätkä viruspartikkeleita. Pian asia oli todistettu myös elektronimikroskopian avulla.
Bdellovibrio-tutkimusalalla on vielä paljon tuntemattomia alueita, vaikka ensimmäinen bakteeri-isolaatti tästä ryhmästä saatiin jo 1960-luvulla ja bdellovibrio on ollut yleisesti todettu luonnossa. Bdellovibrio-bakteereilla on merkittävä käyttöpotentiaalia muun muassa bioteknologiassa ja lääketieteessä, erityisesti antibiooteille resistenttejä bakteereita vastaan.
Vaikka alun perin tutkimukseni tarkoitus oli saada uusia virusisolaatteja maaperästä, olen tyytyväinen siihen, että saimme eristettyä erittäin mielenkiintoisia bakteereita. Voimme nyt tutkia niitä enemmän ja saada tätä kautta lisätietoja arktisen maaperän mikrobiyhteisöstä. Bdellovibrion roolista maaperässä, erityisesti arktisella alueella, tiedetään todella vähän. Odottamaton löytömme avasi minulle uuden tutkimusteeman. Se opetti minua olemaan puolueeton tutkimuksessani ja lukemaan tulokset sellaisina kuin ne ovat. Tutkimus on todellakin yllättävä matka!
Kirjoittaja valmistui mikrobiologian tohtoriksi Helsingin yliopistosta vuonna 2017 ja sen jälkeen on jatkanut postdoc-tutkijana. Kirjoittaja kiittää maisteriopiskelija Riina Ihosta ja dosentti Jenni Hultmania merkitsevästä panoksesta Bdellovibrio-hankkeeseen. Nesslingin säätiö rahoitti kirjoittajan tutkimusta ”Virusten monimuotoisuus ja vuorovaikutukset Etelämantereen merijäässä” vuonna 2019. Myös Suomen Akatemia ja Koneen Säätiö ovat rahoittaneet kirjoittajan tutkimusta.
