Epigeneettiset muutokset ovat eräs mekanismi, jolla luonnonpopulaatiot sopeutuvat ympäristönmuutoksiin. Epigeneettiset muutokset kuten DNA:n metylaatio eivät suoraan muuta DNA:n rakennetta, mutta säätelevät geenien ilmentymistä. Kaksi tuoretta tutkimusta osoitti, että poikasten altistuminen ympäristön metalleille, lyijylle ja arseenille, vaikuttaa talitiaisten genomin metylaatiotasoihin. Tämä voi vaikuttaa geenien ilmenemiseen ja siten mahdollisesti joko auttaa sopeutumaan saastuneeseen elinympäristöön tai johtaa haitallisiin, jopa pitkäaikaisiin muutoksiin.
Geenit koodaavat elämää. Geenien ilmenemistä säätelevät niin sanotut epigeneettiset markkerit, jotka kiinnittyessään DNA-molekyyliin voivat estää tai lisätä geenituotteen valmistusta. Markkereita ovat esimerkiksi DNA:han kiinnittyvät metyyliryhmät. Monien ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan DNA:n metylaatioon eli metyyliryhmän kiinnittymiseen DNA:han.
Liikenteestä, teollisuudesta ja kaivostoiminnasta johtuen metallien määrä ympäristössämme on kasvanut. Metallit ovat pysyviä, ja siksi vaikuttavat pitkään senkin jälkeen, kun päästölähde on hävinnyt. Toinen tutkimuskohteena olleista metalleista, arseeni, on luokiteltu yhdeksi haitallisimmista ympäristömyrkyistä.
Metallien vaikutuksia eliöihin, muun muassa geenien säätelyä, on tutkittu tavallisesti laboratorioiden malliorganismeilla. Tutkimuksissa pitoisuudet ovat usein korkeampia kuin ne, joille eliöt altistuvat luonnonympäristöissä. Lajit myös reagoivat saasteisiin hyvin eri tavalla, joten tulokset eivät välttämättä ole yleistettävissä.
– Tiedämme, että kehittyvät yksilöt ovat erityisen herkkiä ympäristön saasteille, ja nämä varhaiskehityksen vaikutukset voivat olla pitkäaikaisiakin. Emme kuitenkaan täysin ymmärrä, miksi näin on. Epigeneettiset muutokset ovat tässä yksi mahdollinen mekanismi, toteaa apulaisprofessori Suvi Ruuskanen bio- ja ympäristötieteen laitokselta Jyväskylän yliopistosta.
Ympäristö muokkaa epigeneettistä koodia myös alkionkehityksen jälkeen
Kansainvälinen tutkijaryhmä selvitti nyt kokeellisesti, miten altistuminen pienille määrille arseenia tai lyijyä vaikuttaa poikasten DNA:n metylaatioon. Metallitasot vastasivat luonnonoloja eli esimerkiksi Keski-Euroopan saastuneilta alueita mitattuja metallitasoja.
– Vertasimme näitä tuloksia Harjavallan kuparisulaton saastuneelta alueelta tiaisten poikasista kerättyyn, vastaavaan aineistoon. Siellä linnut altistuvat erilaisille metalleille, mutta usein myös laadultaan ja määrältään huonommalle ravinnolle, kertoo Harjavallan tutkimusalueella pitkään työskennellyt yliopistonlehtori Tapio Eeva Turun yliopiston biologian laitokselta.
Tutkimuksessa havaittiin, että arseenille altistuminen vaikutti kehitykseen liittyvien geenien DNA-metylaatioon. Lyijylle altistuminen vaikutti erityisesti hermoston kehitykseen liittyviin geeneihin. Tutkijat havaitsivat myös, että Harjavallan saastuneelta alueelta peräisin olevat poikaset erosivat muista eniten. Tämä voi johtua joko metallien suorasta vaikutuksesta, tai metallien vaikutuksesta ympäristöön, esimerkiksi lintujen ravintoon.
– Aiemmin on tutkittu melko paljon alkionkehityksen aikaisia muutoksia DNA:n metylaatiossa, mutta tuloksemme vahvistavat, että ympäristö muokkaa epigeneettistä koodia myös myöhemmässä vaiheessa. Nähtäväksi jää, kuinka pysyviä muutokset ovat, kertoo tutkija Veronika Laine Helsingin yliopiston Luonnontieteelliseltä keskusmuseolta.
Projektin tutkimusresursseista ovat pääosin vastanneet Turun ja Jyväskylän yliopistot sekä Hollannin ekologinen instituutti (Netherlands Institute of Ecology, Wageningen). Tutkimukset ovat saaneet rahoitusta Koneen säätiöltä, Suomen Akatemialta, Turun yliopistosäätiöltä ja Suomen kulttuurirahastolta.
Tutkimukset on julkaistu Environmental Science and Technology -julkaisusarjassa sekä Epigenetics-julkaisusarjassa
