Professori Björn Högberg: En usko ihmisten ymmärtävän, mitä kaikkea dna:lla voi tehdä

Kun kuulet puhuttavan dna:sta, mikä on ensimmäinen mieleesi juolahtava asia? Suurimmalle osalle ihmisistä dna tarkoittaa geneettistä materiaalia. Dna-nanoteknologeille se on kuitenkin ensisijaisesti älykäs rakennusaine.

Sekoittamalla dna:ta oikealla tavalla tutkijat voivat käyttää sitä uskomattomien molekyylirakenteiden ja -koneiden rakennusaineena, sanoo professori Björn Högberg tukholmalaisesta Karoliinisesta instituutista.

”Se poikkeaa täysin siitä, mitä ihmiset ajattelevat meidän pystyvän tekemään. Voimme luoda nanosuorakulmioita ja -ympyröitä ja -pupuja. En usko ihmisten ymmärtävän sitä”, Högberg sanoo.

Högberg vieraili Aalto-yliopistossa toukokuun lopussa, sillä hän oli yksi Nantech2019-workshopin kutsutuista puhujista. Hänen tutkimusryhmänsä on tehnyt yhteistyötä Aallon tietotekniikan laitoksen professorin Pekka Orposen työryhmän kanssa useissa projekteissa.

Yhdessä niistä tutkijat kehittivät metodin, jonka avulla dna-säikeitä voidaan taitella käytännössä mihin tahansa muotoon. Uuden metodin etu oli, että se on täysin automatisoitu, mikä mahdollistaa myös hyvin monimutkaisten rakenteiden luomisen.

Tutkimuksen tulokset julkaistiin Naturessa vuonna 2015. Osoittaakseen metodin tehokkuuden Högberg ja Orponen kollegoineen loivat nanokokoisen pupun, mikä herätti paljon kansainvälistä mielenkiintoa.

”Pupu itsessään ei tietenkään ole tärkeä. Tärkeää on se, että se osoittaa meidän voivan tehdä mitä tahansa tällä tekniikalla”, Högberg sanoo.

Jotta dna-nanoteknologiaa voidaan hyödyntää käytännön sovellusten kehittämisessä, tutkijoiden täytyy ensin kehittyä keinotekoisten muotojen luomisessa. Tie nanopupun kehittämisestä esimerkiksi syöpäsolujen viestintämekanismeista oppimiseen tai uuden lääkkeen kehittämiseen on pitkä. Oikotietä haluttuun lopputulokseen ei kuitenkaan ole.

”Et vain voi hypätä suoraan tekemään vallankumouksellista lääkettä tekemättä pohjatyötä.”

”Voimme oppia, miten syöpäsolut reagoivat”

Koska Högberg työskentelee lääketieteellisessä yliopistossa, hän keskittyy työssään dna-nanoteknologian biologisiin sovellutuksiin. Hän työskentelee niin sanotun dna-origamimetodin ja molekulaaristen työkalujen parissa.

Hän tutkii muun muassa elimistön solujen reseptorien aktivoitumista ja ryhmittymistä. Dna-origamimenetelmässä yksittäistä, hyvin pitkää ja luonnollista dna-juostetta taitellaan samaan tapaan kuin paperiorigamia käyttäen kahdensadan lyhyen, synteettisen dna-juosteen joukkoa.

Työssään Högberg yrittää muun muassa selvittää, miten ihmiskehon solut reagoivat erilaisiin reseptoriryhmittymiin. Reseptoreiden toimintamekanismi on tunnettu jo kauan, mutta se, miten ne toimivat yhdessä, on vielä epäselvää.

”Siitä on paljon indikaatiota, että reseptorien ryhmittyminen, miten ne järjestäytyvät tilallisesti solukalvolle and miten ne kokoontuvat yhteen, on tärkeää sille, millaisia signaaleja solut saavat.”

Hyödyntämällä dna-origamimetodia tutkijat voivat tutkia sitä, millä tavalla solut reagoivat reseptorien ryhmittymään. ”Voimme esimerkiksi oppia, miten syöpäsolut reagoivat. Saattaisimme ymmärtää, mikä saa syöpäsolun tappamaan itsensä.”

Tällaiset tutkimushavainnot voivat olla hyödyllisiä esimerkiksi uusien lääkkeiden kehitystyössä. Högberg on sitä mieltä, että dna-nanoteknologian sovellukset ovat erityisen hyödyllisiä lääketieteessä.

Tiede muuttuu aina

Högberg on taustaltaan fyysikko. Tohtoriopintojensa alkuvaiheessa hän tutki suprajohteita mutta vaihtoi myöhemmin aihetta dna-tutkimukseen ja innostui siitä. ”Se oli jotain sellaista, mitä pidin uskomattoman siistinä.”

Vaikka Högberg kiinnostui tutkimuksesta ja akateemisesta urasta jo opintojensa varhaisessa vaiheessa, hän ei oikein usko ihmisiä, jotka sanovat tienneensä lapsesta saakka haluavansa tutkijaksi. ”Uskon, että se, mihin päädyt, on enemmän sattumaa.”

Högbergin mielestä menestyksekäs tutkijanura vaatii kykyä sopeutua sekä nähdä, mikä on kiinnostavaa ja missä alassa on potentiaalia. Kyky kyetä muuttamaan sitä, mihin aiheeseen keskittyy, on tärkeää.

”Et voi tehdä väitöskirjaasi yhdeltä alalta ja pitää siitä kiinni ikuisesti, koska se ei ole relevanttia ikuisesti. Tiede muuttuu aina.”

Dna-nanoteknologia on monitieteinen ala, jolle ihmiset päätyvät erilaisista koulutustaustoista. Högbergin tavoin monet tutkijat ovat alun perin opiskelleet fysiikkaa. Toisilla tausta voi olla esimerkiksi tietotekniikassa, kemiassa tai molekyylibiologiassa. ”Olen sitä mieltä, että melkein kaiken huipputason tieteen täytyy olla tiettyyn pisteeseen saakka monitieteellistä ollakseen uraauurtavaa.”