Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Tauscher, Petra (Helsingin yliopisto, 2018)
    Varhaisalkion kehitys riippuu samasta valikoimasta molekyylejä eläinkunnan lajien moninaisuudesta huolimatta. Nämä lajikehityksessä erittäin pitkään säilyneet molekyylit katsotaan geneettiseksi ”työkalusarjaksi”, geeneiksi, jotka määrittävät kehon osien sijoittumisen eri lajeissa. Esimerkiksi selkä- ja vatsapuolten määräytyminen riippuu luun morfogeneettisistä proteiineista (bone morphogenetic protein, BMP). BMP-viestinnän verkosto on ratkaisevassa roolissa keskushermoston sijainnin määrittämisessä sekä selkärankaisilla että selkärangattomilla eliöillä. Saman molekyylisarjan ollessa toistuvasti käytössä useiden eri lajien yksilökehityksessä herää kysymys, kuinka eläinlajien moninaisuus on voinut kehittyä. Näissä tutkimuksissa keskityin BMP-viestintään banaanikärpäslajissa Drosophila melanogaster. BMP-viestintää tapahtuu banaanikärpäsen eri kehitysvaiheissa, ja tämä viestintä on ratkaisevaa mm. varhaisalkion selkä- ja vatsapuolen eri piirteiden kehitykselle, toukan siiven imaginaalilevyn kasvamiselle ja kaavoittumiselle, sekä siipien pitkittäisten ja taka-poikittaisten suonten muodostumiselle kotelovaiheen aikana. Banaanikärpäsen perimä sisältää kolme BMP-tyyppistä ligandia: Decapentaplegic (Dpp), joka on BMP2/4-tyyppinen ligandi sekä paralogiset ligandit Screw (Scw) ja Glass bottom boat (Gbb), jotka ovat molemmat BMP5-8-tyyppisiä ligandeja. On kiinnostavaa, että Scw löytyy ainoastaan korkeammista kärpäslahkoista, kuten esimerkiksi banaanikärpäsistä, ja että sitä ilmennetään vain varhaisalkiossa, kun taas Gbb on käytössä toistuvasti kärpäsen koko kehityskulussa. Aikaisemmat tutkimukset ovat paljastaneet, että Scw voi korvata Gbb:n kun siipien taka-poikittaiset suonet muodostuvat kotelovaiheessa. Toisaalta, Gbb ei voi korvata Scw:ta varhaisalkion kehityksessä. Näiden tosiasioiden valossa Gbb ja Scw muodostavat erittäin sopivan mallin proteiinien eroavaisuuksien ja evoluution tutkimiseen. Tässä väitöskirjassa tutkin kuinka BMP-tyyppisten ligandien translaationjälkeiset muuntelut vaikuttavat viestintään ja siten eläinten kehittymiseen; keskipisteinä olivat proteolyyttinen käsittely ja N-glykosylaatio. BMP-tyyppiset proteiinit tuotetaan toimimattomina esiasteina, jotka vaativat proteolyyttisen käsittelyn tullakseen kypsiksi, käyttökelpoisiksi ligandeiksi. Scw-proteiinissa on kaksi pilkkomiskohtaa, jotka ovat tärkeitä kärpäsen elinkyvyn kannalta. Osoitin soluviljelyyn perustuvissa signalointikokeissa, että nopean, korkean tason signaalin saavuttamiseksi tarvitaan molempien pilkkomiskohtien proteolyyttinen käsittely. Tämän lisäksi ligandien BMP-domeenista löytyy hyvin säilynyt N-glykosylaatiojakso. Scw-proteiinista taas löytyy ainutlaatuinen N-glykosylaatiokohta, jota ei löydy muista BMP-tyyppisistä ligandeista. Signalointikokeet paljastivat, että huipputason viestintään tarvitaan molemmat Scw:n N-glykosylaatiokohdat. Tämän lisäksi N-glykosylaatiokohtien puute haittaa BMP-viestintää varhaisalkiossa ja vaikuttaa kärpäsen elinkykyyn. Matalampi N-glykosylaation taso näyttäisi taas olevan suotuisa siiven taka-poikittaisten suonten muodostumisen yhteydessä. Nämä tulokset viittaavat siihen, että BMP-ligandien translaationjälkeisillä muunteluilla on rooli solunsisäisessä viestinnässä ja siten myös eläinten kehittymisessä. Lisäksi translaationjälkeiset muuntelut näyttäisivät toimivan joustavina moduuleina, jotka sallivat muutoin niin konservoituneiden molekyylien mukautumisen erilaisiin konteksteihin. Käsitys siitä, kuinka translaationjälkeinen muuntelu vaikuttaa BMP-viestintään, mahdollistaa lääkkeenä käytettävän tehokkaamman BMP:n kehittämisen.
  • Mätlik, Kärt (Helsingin yliopisto, 2018)
    Ihmisen genomissa on noin 20,000 proteiinia koodaavaa geeniä ja kymmeniä tuhansia geenejä, joiden ilmentymisen lopputulos on ei-koodaava RNA-molekyyli. Eliön kehityksen, käyttäytymisen ja sen elinten toimintamekanismien ymmärtämiseksi on tärkeätä tietää, mitkä ovat näiden geenien tehtävät. On olennaista, että monet ihmisten sairauksista johtuvat geenien poikkeavasta ilmentymisestä. Näiden sairauksien syiden ja patologisten prosessien ymmärtäminen mahdollistaisi varhaisen diagnoosin, ehkäisyn ja hoidon. Tämän väitöskirjan päätavoitteena oli kehittää uusia strategioita geenien toiminnan ja niiden ilmentymisen sääntelyn tutkimiseksi eläinmalleissa. Tässä työssä kuvatut metodit mahdollistavat geenien ekspressiotason nostamisen niissä soluissa, joissa geeni ilmentyy luontaisesti. Työssä esitellyt tulokset viittaavat siihen, että geenin ekspressiotason nostamisella oikeassa fysiologisessa kontekstissa voi olla laajaulotteisia sovellusmahdollisuuksia biologisessa perustutkimuksessa ja ihmisten sairauksien ymmärtämisessä.
  • Gui, Jinghua (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tässä työssä tutkitaan lähinnä sitä, miten BMP / Dpp-signalointi on mukana Drosophilan varhaisen pupalin siiven kehityksessä ja mekanismeja, jotka kytkeytyvät Dpp-signalointiin morfogeneesi kanssa.
  • Lume, Maria (Helsingin yliopisto, 2018)
    Hermokasvutekijät ovat pieniä solun erittämiä proteiineja, joilla on tärkeä rooli sekä hermostossa että muissa kudoksissa. Gliasolulinjaperäinen hermokasvutekijä (GDNF) on parhaiten tunnettu siitä, että se säätelee keskiaivojen dopamiinisolujen sekä suoliston hermosolujen elonjäämistä. GDNF:llä on tärkeä rooli myös munuaisten ja siittiösolujen kehityksen säätelyssä. Aikaisemmissa kokeissa on osoitettu, että ainakin munuaisten kehityksessä GDNF:n tarkka määrä on kriittistä, sillä sekä liian matala tai liian korkea proteiinipitoisuus aiheuttaa munuaisten kehityshäiriöitä. Vaikka GDNF:n tehtävät tunnetaan melko hyvin, sen solunsisäisiä säätelymekanismeja ei ole tutkittu yksityiskohtaisesti. Aitotumalliset solut tuottavat erittyviä proteiineja usein pre-pro-mature muodossa. Pre-sekvenssin avulla proteiini ohjataan eritysreitille, pro-alueen tarkkaa roolia ei tunneta, mutta sen on ehdotettu vaikuttavaan proteiinin oikeaan laskostumiseen, kuljetukseen sekä biologiseen aktiivisuuteen. Mature eli kypsä alue koodaa biologisesti aktiivista proteiinia. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli selvittää miten GDNF-proteiinin eri muotoja eritetään solusta, onko prekursoriproteiini pro-GDNF biologisesti aktiivinen ja miten GDNF-proteiinin hajottaminen on säädelty soluissa. Tutkimme tarkemmin kahta GDNF:n muotoa (pre-(α)pro-GDNF ja pre-(β)pro-GDNF), joiden pro-alueet ovat eripituisia. Tutkimustuloksemme osoittivat, että pidempi pre-(α)pro-GDNF erittyy soluista jatkuvasti, lyhyempi pre-(β)pro-GDNF taas erittyy aktiivisuusriippuvaisesti. Lisäksi selvitimme mitkä proteinaasit pilkkovat pro-alueen GDNF-proteiinista. Työssäni osoitettiin myös, että mutantti (α)pro-GDNF prekursoriproteiini, joka ei altistu proteinaaseille, erittyy hyvin soluista pro-muodossa, on biologisesti aktiivinen ja kypsän GDNF:n tavoin suojaa sympaattisia hermosoluja kuolemalta. Kokeissa löydettiin myös vaihtoehtoinen GDNF:n reseptori SorLA, joka edesauttaa GDNF:n kuljettamista solun pinnalta lysosomeihin - soluorganelleihin, joissa GDNF-proteiini hajotetaan. Tutkimustuloksemme tuovat lisää tietoa GDNF:n solunsisäisistä säätelymekanismeista ja pro-GDNF:n biologisesta aktiivisuudesta. Tämä tieto voi olla hyödyllistä, kun suunnitellaan GDNF:n käyttöä esimerkiksi geeniterapiassa.
  • Rosa, Elena (Helsingin yliopisto, 2018)
    Vaihtelevat ekologiset tekijät muokkaavat väistämättä eliöiden elinkiertoa. Eliön kyky yhdistää ympäristöstä tulevia signaaleja ja vastata niihin sopivalla tavalla voi vaikuttaa suoraan sen eloonjäämiseen. Ilmiasun mukautuvuus (engl. phenotypic plasticity) koostuu nopeista vasteita erilaisiin ympäristömuutoksiin ja sisältää myös genotyypin kyvyn luoda useita ilmiasuja, jotka sopivat muuttuvan ympäristön eri asteille. Kunkin ilmiasun sisältämää mukautuvuuden määrää suhteessa ympäristöön rajoittavat kuitenkin sekä ekologiset että fysiologiset tekijät. Tämä taas altistaa myös muut ominaisuudet resurssien jakamiseen liittyville allokaatiokustannuksille. Hyönteiset ryhmänä tarjoavat erinomaiset edellytykset ilmiasun mukautuvuuden tutkimiseen, koska ne esiintyvät kaikilla ekosysteemitasoilla, mikä tekee niistä tärkeitä bioindikaattorilajeja. Myös runsaslukuisuus ja nopea sukupolvien vaihtuvuus tekevät niistä ihanteellisia tutkimuskohteita. Tämän väitöskirjan tavoitteena on selvittää lauhkean vyöhykkeen päiväperhoslajin, täpläverkkoperhosen (Melitaea cinxia), elinkierto-ominaisuuksien mukautuvuus suhteessa seuraaviin ekologisiin tekijöihin: ravinnon laatu ja puute, toukkavaiheen yksilötiheys, alttius kotelovaiheen loisinnalle ja altistuminen kylmille ajanjaksoille. Näiden tekijöiden vaikutusta testataan täpläverkkoperhosen ekologisesti vastaavissa elinkierron vaiheissa. Painotus on eri elinkiertovaiheiden välillä mahdollisesti olevissa allokaatiotiokustannuksissa, keskittyen erityisesti elimistön immuunijärjestelmään. Immuunijärjestelmä on monitahoinen kokoelma erilaisia menetelmiä ja rakenteita, jotka alkavat toimia kun eliö on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa, ja siten sen ylläpitäminen ja sääteleminen aiheuttaa eliölle kustannuksia. Näin ollen äärimmäisen joustavat immuunivasteet eivät välttämättä ole optimaalisia. Tutkimuksessa käytettiin ympäristötekijöiden vaikutuksen kokeellista testaamista laboratoriossa, aikuisten elinkierron ja liikkeiden havainnointia luonnontilaisen kaltaisessa aitauksessa sekä kolmea erilaista immuniteettia mittaavaa testiä (koteloitumisnopeus, fenolioksidaasin aktiivisuus ja immuunigeenin ilmentyminen). Huomioon otettiin myös vuorovaikutus kahden luonnossa olevan eliöyhteisön osatekijän kanssa, jotka ovat isäntäkasvissa tautia aiheuttava härmä (Podosphaera plantaginis), sekä koteloituneissa toukissa loisiva generalisti loispistiäinen (Pteromalus apum). Tärkeimpiä tutkimuslöydöksiä olivat härmää sairastavalla kasvilla syötettyjen toukkien huonompi suoriutumiskyky sekä saman ravinnon aiheuttama kahden immuniteettiin liittyvän geenin lisääntynyt ilmentyminen. Tämä tarkoittaa, että sairasta isäntäkasvia ravintonaan käyttävät toukat voivat saada osakseen kaksinkertaiset kustannukset, jotka aiheutuvat sekä huonosta ravinteiden saannista että tarpeettomasta puolustusjärjestelmän aktivoitumisesta, joka mahdollisesti johtuu vuorovaikutuksesta isäntäkasvin taudinaiheuttajan kanssa. Lisäksi tiheässä ryhmässä kasvaneet toukat suoriutuivat paremmin ja kykenivät tuhoamaan koteloita loisineen loispistiäisen jälkeläiset, vaikka tämä ei parantanutkaan perhosen selviytymistodennäköisyyttä. Tämä osoittaa, että kyseisen perhoslajin toukat hyötyvät ryhmässä elämisestä ja eivät kärsi lisääntyneestä kanssakäymisestä muiden toukkien kanssa, jos ravinnosta ei ole pulaa. Lisäksi havaittiin allokaatiokustannustilanne kotelovaiheeseen panostamisen ja aikuisen perhosen liikkumiskyvyn välillä, mikä tarkoittaa että puolustuskyvyn parantamisella voi olla vastakkainen vaikutus runsaasti kuluttaviin toimintoihin, kuten lentämiseen. Lopulta myös kotelovaiheen altistuminen kylmyydelle lisäsi aikuisen perhosen siipien melanisaatiota. Koirasperhosille tämä vaste aiheutti myös vahvan puolustusreaktion, kun immuunipuolustusta haastettiin injektoimalla bakteeria hemolymfaan ja lyhensi selvästi elinikää, mikä merkitsee yksilön kunnosta riippuvaa kustannusta puolustuskyvylle. Yhdessä nämä tulokset tarkoittavat, että suurin osa testatuista ympäristötekijöistä vaikuttaa jossain määrin eliön puolustusjärjestelmään, mutta täpläverkkoperhosen ilmiasun joustavuutta rajoittavat kustannukset, jotka johtuvat puolustusjärjestelmän tarpeettomasta käynnistymisestä.
  • Aarnio-Linnanvuori, Essi (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tämä tutkimus tarkastelee ympäristökasvatusta yleissivistävän opetuksen yhteiskuntaa ja arvoja käsittelevissä oppiaineissa. Tutkimuksen tavoite on ymmärtää koulun ympäristöopetuksen monialaisuutta sekä ympäristövastuuseen kasvattamisen eri näkökulmia. Tutkimus tarkastelee ympäristöopetusta erityisesti elämänkatsomustiedon, evankelisluterilaisen uskonnon, historian, maantieteen ja yhteiskuntaopin opetuksen yhteydessä. Kyseessä on laadullinen tutkimus, jonka aineisto koostuu peruskoulun ja lukion oppikirjoista sekä aineenopettajien teemahaastatteluista. Tutkimuksen mukaan opetettavan sisällön monialaisuus haastaa erikoistuneen aineenopettajan ja oppikirjan tekijän. Tarkastelluissa oppikirjoissa ympäristöaiheille annettiin niukasti tilaa ja niissä havaittiin virheitä. Monet haastatellut opettajat kokivat epävarmuutta monialaista aihepiiriä opettaessaan. Ympäristöaiheet miellettiin toisinaan ensisijaisesti luonnontieteeksi, mikä vaikeutti historiallis-yhteiskunnallisen tai katsomusoppiaineen oman näkökulman löytämistä aihepiiriin. Haastatteluissa kävi kuitenkin ilmi muutamien haastateltujen into kokeilla ja kehittää opettamistaan. Monialaisuuden aiheuttamat ongelmat tuntuivat ratkeavan, kun toimijalla oli sekä intoa että taitoa. Lisäksi yhdessä tekeminen ja hyvät työpaikan sisäiset henkilösuhteet auttoivat monialaisen opetuksen onnistumista. Haastatellut esittivät eriäviä näkemyksiä arvokasvatuksesta ja arvolatautuneiden aiheiden opettamisesta. Osa kertoi suosivansa neutraaliutta ainakin joidenkin ympäristöaiheiden kanssa, osa tavoitteli pluralistista keskustelua ja osa pyrki avoimesti edistämään ympäristövastuullisen arvomaailman omaksumista. Itsevarmuus aiheenhallinnasta ja kokemus omasta itsestä arvokasvattajana näyttivät olevan edellytyksiä pluralistiselle opetukselle tai kasvatukselliselle advokaatiolle. Nuoren mahdollisuudet toimia vastuullisesti esitettiin merkittävästi aikuisen mahdollisuuksia kapeampina sekä haastatteluissa että oppikirjoissa. Koulun todellisuuden ja ympäristökasvatuksen kirjallisuudessa suositun ympäristötoimintapainotuksen välinen kuilu vaikuttaa tutkimuksen perusteella varsin suurelta. Ympäristökasvatuksen tutkijoiden ja käytännön kehittäjien olisikin syytä pohtia nuoren toimijuutta ja esittää uskottavia ympäristötoiminnan muotoja, joita yläkoulu- ja lukioikäiset nuoret voisivat toteuttaa joko koulussa tai koulun ulkopuolella. Avainsanat: ympäristökasvatus, monialaisuus, tieteidenvälisyys, ympäristövastuullisuus, kriittinen ajattelu, ympäristökansalaisuus, elämänkatsomustieto, uskonto, historia, yhteiskuntaoppi
  • Raissadati, Alireza (Helsingin yliopisto, 2018)
    Sydämensiirto on usein viimeinen vaikean sydäntaudin hoitomuoto. Alan kehityksistä huolimatta sydänsiirteen akuutti ja krooninen hyljintä ovat edelleen merkittäviä sydämensiirron pitkäaikaistuloksia heikentäviä tekijöitä. Hyljintään johtava patofysiologinen tapahtumaketju saa alkunsa siirteen luovuttajan aivokuolemasta, etenee sydänsiirteen ex vivo- kylmäsäilytyksen ja reperfuusion aikana, ja kulminoituu siirteeseen kohdistuvaan vastaanottajan immuunijärjestelmän aktivaatioon sekä siirteen vaskulopatiaan. Tässä väitöskirjatutkimuksessa arvioidaan Adeno-associated viruksen (AAV) tehoa ja turvallisuutta sydänsiirteen geeniterapiavektorina, selvitetään verisuonikasvutekijä vascular endothelial growth factor B:n (VEGF-B) osuutta sydänsiirteen iskemia-reperfuusiovauriossa (IRI), sekä hypoksiassa aktivoituvan transkriptiotekijä hypoxia-inducible factor:in (HIF) vaikutuksia vastaanottajan sydänsiirrettä vahingoittavien myeloidilinjan tulehdussolujen proinflammatorisissa mekanismeissa. AAV-serotyyppien 2, 8 ja 9 pitkäaikaiskinetiikkaa ja turvallisuutta arvioitiin perfusoimalla rotan sydänsiirteen sepelvaltimopuusto kullakin serotyypillä ja vertailemalla reportterigeenin ilmentymistä ja sydänsiirteen tulehdusvastetta keskenään. VEGF-B:n roolia sydänsiirteen IRI:ssa tutkittiin yli-ilmentämällä kasvutekijää sydänsiirteessä sekä transgeenisesti, että AAV- virusvektoreiden välityksellä. HIF:n osuutta sydänsiirteen hyljintäreaktion synnyssä tutkittiin käyttämällä myeloidilinjan soluihin keskitettyä HIF-1α ja -2α yli- tai ali-ilmentäviä transgeenisiä hiiriä sydänsiirteen vastaanottajina. AAV2 oli tehokkain virusvektori sydänsiirteessä sepelvaltimoon injisoitaessa, kun taas AAV9 oli tehokkain sydänsiirteen luovuttajalle suonensisäisesti annettuna. AAV9 aiheutti lievän tulehduksellisen vasteen sydänsiirteissä. Pitkäaikainen, mutta ei lyhytaikainen VEGF-B yli- ilmentäminen sydänsiirteessä aiheutti sydänlihassolujen hypertrofian ja korkeamman metabolisen tarpeen, altistaen siten sydänsiirrettä IRI:n haittavaikutuksille. HIF-1α sekä HIF-2α aktivaatio sydänsiirteen vastaanottajan myeloidilinjan soluissa aiheutti näissä immunoregulatorisen fenotyypin, joka vähensi merkittävästi sydänsiirteen IRI:ä ja akuuttia hyljintäreaktiota, ja pidensi merkittävästi sydänsiirteen selviytymistä. Tulokset korostavat virusvektorien antoreittien tärkeyttä sydänsiirteen geeniterapiassa. VEGF- B säätelee sydämen metaboliaa ja voi mahdollisesti vaikuttaa sydänsiirteen iskemiatoleranssiin. HIF-1α ja HIF-2α ovat tärkeitä myeloidilinjan valkosolujen tulehduksellisten toimintojen säätelijöitä, joita voisi hyödyntää allogeenisen sydänsiirteen hyljinnän ehkäisemisessä.
  • Svensson, Jonas (Helsingin yliopisto, 2017)
    Snow and ice are essential components of the Earth system, modulating the energy budget by reflecting sunlight back into the atmosphere, and through its importance in the hydrological cycle by being a reservoir for fresh water. Light-absorbing impurities (LAI), such as black carbon (BC) and mineral dust (MD), have a unique role in influencing the reflectance of the cryosphere. Deposition of the anthropogenic and natural LAI constituents onto these bright surfaces initiates powerful albedo feedbacks that will accelerate melt. This is important globally, but especially for regions such as the Arctic and the Himalaya. In this thesis, observations from both ambient and laboratory experiments are presented. The overarching research goal has been to better understand the climatic effect of LAI on snow. More specifically, an emphasis has been placed on exploring the process-level interactions between LAI and snow, which will enable better comprehension of LAI affecting the cryosphere. Key findings in this thesis involves the investigations on the horizontal variability of BC concentrations in the surface snow that indicate a larger variability on the order of meter scale at a pristine Arctic site compared to a polluted site nearby a major urban area. In outdoor experiments, where LAI were used to artificially dope natural snow surfaces, the snow albedo was observed to decrease following LAI deposition. The albedo decrease was on the same order as in situ measurements of LAI and albedo conducted elsewhere. As snow melted during the experiment, the snow density was observed to decrease with increasing LAI concentration, while this effect was not observed in non-melting snow. The water retention capacity in melting snow is likely to be decreased by the presence of LAI. Measurements examining the absorption of BC indicate that BC particles in the snow have less absorbing potential compared to BC particles generated in the laboratory. The LAI content of snow pit investigations from two glaciers in the Sunderdhunga valley, northern India, an area not previously examined for LAI, presented high BC and MD content, affecting the radiative balance of the glacier snow. At different points, MD may be greater than BC in absorbing light at the snow surface. A continued monitoring of LAI in the cryosphere, both on the detailed scale explored here, as well as on the larger modelling perspective is needed in order to understand the overall response of the cryosphere to climate change..
  • Lehtimäki, Jenni (Helsingin yliopisto, 2017)
    Biodiversity on earth is threatened and already drastically decreased due to anthropogenic actions. The ravenous utilization of natural resources has reached the point of payback in the forms of climate change, diseased crops, and disturbed water cycles. Obviously, these changes influence wellbeing of mankind. Besides these measurable problems, an invisible world, which covers all surfaces on earth, is altering. Loss of diversity in macroscopic organisms is repeated at the level of micro-organisms, many of which may have disappeared before ever described. The human body is a lively ecosystem hosting millions of microbial organisms, which together form the microbiota. These bacterial, viral, fungal, and other microscopic residents are faced with our immune system, challenging their survival. However, the relationship between the host and the residents is often not hostile, but in most cases reciprocal. Actually, the human immune system has partly shared the responsibility of immune-regulation with commensals. This evolved dependency between human and microbial residents highlights that several health problems may arise if this ancient collaboration is disturbed. Indeed, numerous inflammatory diseases coincide with disturbed host microbiota. These diseases, such as allergies, asthma, inflammatory bowel disease, and cancers, have increased rapidly since recent modernization of human habitats and lifestyle. Still, in traditional farming and hunter-gatherer communities allergies are almost absent. The biodiversity hypothesis, which is the concept tested in this thesis, suggest that change in the invisible world can seriously increase morbidity in human populations. This hypothesis states that the destruction of natural environments has altered our contact with microbial world, which can disturb our immune function, potentially leading to the development of inflammatory diseases. In this thesis, the emphasis is on the effect of exposure to environmental microbes, via the living environment and lifestyle, on health; central factors suggested by the biodiversity hypothesis. The key results from four separate projects, which are based on new datasets, are following. (I) Skin microbiota differs between rural and urban newborns and children. In teenagers this difference disappears, probably due to lifestyle-related changes. (II) Children who attend to nature-oriented outdoor-daycares have considerably more diverse skin microbiota than children in other daycares. However, their life differs in many ways from that of other children, indicating also the importance of lifestyle. (III) In the canine model, the prevalence of allergies is clearly lower in rural environments, also when the effect of dog-breed is controlled. Finally, (IV) the exposure to environmental microbes in residential environment, and through lifestyle, are concurrently related to the skin microbiota and allergies in the canine model. This thesis suggests the importance of living environment and lifestyle, which jointly influence the individual’s contact with environmental microbes, for health. Therefore, the human living environments, and the residing biodiversity in those, can either promote or disrupt human health. Currently, accumulating evidence projects that exposure to green environments, farms, children and animals, basically to all factors that increase microbial exposure directly or indirectly, are beneficial for human health. My thesis adds to this by showing interrelations between microbial exposure, microbiota and allergies. Therefore, people, especially children, and their fellow-animals, should increase their contact with diverse environments and lifeforms in order to support both microbial and immunological balance in their bodies. Finally, natural environments provide yet again one more invaluable ecosystem service, which should be recognized and protected.
  • Salomaa, Anna (Unigrafia, 2017)
    Vaikka tiede on osoittanut maailmanlaajuisten ympäristöongelmien, kuten monimuotoisuuskadon ja ilmastonmuutoksen pahenevan, tieto ei ole kuitenkaan johtanut riittävän vaikuttaviin tekoihin. Luonnonsuojelun tehokkuus, eli kyky tuottaa haluttu tulos, on tiedon ja politiikkaprosessien välisen vuorovaikutuksen tulos. Viime aikoina olemassa olevaa tietoa on pyritty hyödyntämään kehitettäessä erilaisten politiikkakeinojen yhdistelmiä sekä uusia luonnonsuojelun lähestymistapoja. Väitöskirjassa tutkin eri toimijoiden käsityksiä ja heidän roolejaan ajankohtaisissa suomalaisissa luonnonsuojelun tapauksissa: vihreän infrastruktuurin politiikassa, vapaaehtoisessa metsiensuojelussa ja konfliktisoituneessa suopolitiikassa. Tarkastelen myös, miten eri tiedon lajit ja politiikkakeinot edesauttavat luonnonsuojelua. Tutkimuksessa hyödynnetään asiantuntijakyselyä, ryhmäkeskusteluja, sosiaalisen ja ekologisen aineiston yhdistämistä sekä useita menetelmiä yhdistävää tapaustutkimusta. Väitöskirjan tulokset havainnollistavat, kuinka toimijat voivat tulkita monimutkaisia käsitteitä eri tavoilla, jopa poliittisesti värittyneesti. Tällaisia monitulkintaisia käsitteitä ovat esimerkiksi vihreä infrastruktuuri, ekologinen kytkeytyneisyys ja ekosysteemipalvelut. Vihreän infrastruktuurin monitulkintaisuus voi asettaa haasteita sen käytännön toimeenpanolle. Suopolitiikassa, jossa toimijoilla oli vahvoja intressiristiriitoja, toimeenpannut suojelukeinot olivat osin ristiriidassa ekologisen tiedon kanssa. Muunlaisen tiedon hyödyntäminen ekologisen tiedon lisäksi voi olla tärkeämpää vapaaehtoisten toimien suunnittelussa kuin sitovien lakisääteisten toimenpiteiden kohdalla, koska vapaaehtoisiin toimiin osallistumisen tulee olla houkuttelevaa. Myös eri toimijoiden yhteistyö on oleellinen osa vapaaehtoisen luonnonsuojelun edistämistä. Eri tiedon lajien (muun muassa luonnontieteellinen, yhteiskuntatieteellinen ja paikallinen tieto) vuorovaikutus ja arvottaminen voivat monimutkaistaa suojelun toimeenpanoa, mutta erilaisia tiedon lajeja voidaan yhdistää nykyistä tehokkaampien tulosten saamiseksi. Tutkimus osoittaa, että ympäristöpolitiikka tulee suunnitella niin, että tiedon soveltaminen paikallisissa oloissa on mahdollista. Tutkimukseni nostaa näkyviin, millaisia erilaisia haasteita ja mahdollisuuksia lisätä luonnonsuojelun tehokkuutta on politiikkaprosessin eri vaiheissa. Luonnontieteellisen tiedon hyödyntäminen ei yksin riitä. Väitän, että luonnontieteiden lisäksi tulee hyödyntää muita tiedon lajeja ja toimijoiden osallistamista. Lisäksi eri toimijoiden mahdolliset eriävät intressit tulee ottaa huomioon jo osallistumisen tapoja suunniteltaessa. Näin voidaan kehittää politiikkakeinojen yhdistelmiä, jotka samalla lisäävät tieteellisen tiedon käyttöä sekä luonnonsuojelun hyväksyttävyyttä ja tehokkuutta johtaen nykyistä kestävämpään tulevaisuuteen.
  • Le Tortorec, Anniina (Helsingin yliopisto, 2017)
    Kasviplankton muodostaa ravintoketjun perustan ja on vastuussa lähes kaikesta perustuotannosta avoimilla merialueilla. Toisinaan suotuisissa olosuhteissa yksi kasviplanktonlaji saattaa runsastua huomattavasti ja muodostaa massaesiintymän eli kukinnan. Haitallisiksi leväkukinnoiksi kutsutaan sellaisia kukintoja, jotka aiheuttavat haittaa ympäristölle, muille vesieliöille tai ihmisille esimerkiksi vähentämällä hapen määrää vedessä, tukkimalla kalojen kiduksia tai erittämällä myrkkyjä. Haitallisia leväkukintoja esiintyy yleisesti matalissa ja suojaisissa rannikkovesissä ja niiden määrät ovat lisääntyneet maailmanlaajuisesti rehevöitymisen, ravinteiden suhteiden muuttumisen ja ilmastonmuutoksen seurauksena. Yksi tärkeimmistä haitallisia kukintoja muodostavista ryhmistä on panssarisiimalevät. Erityisesti monet Alexandrium-sukuun kuuluvat panssarisiimalevälajit tuottavat useita erilaisia hermomyrkkyjä. Monet panssarisiimalevälajit tuottavat lisäksi bioluminesenssia eli sinistä valoa, joka on parhaiten nähtävissä veden pinnalla yöaikaan. Ilmiö tunnetaan myös nimellä merituli. Alexandrium ostenfeldii –panssarisiimalevä muodostaa tiheitä valoa tuottavia kukintoja Itämeren rannikkoalueilla erityisesti loppukesästä. A. ostenfeldiin tuottamien myrkkyjen on osoitettu kertyvän simpukoihin ja kaloihin, ja lisäksi myrkyillä on haitallisia vaikutuksia kasvi- ja eläinplanktoniin. Lajin levinneisyys ja siihen vaikuttavat ympäristötekijät Itämeren rannikkoalueilla tunnetaan huonosti. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tutkia kuinka paljon geneettistä, phenotyyppistä ja ympäristön aiheuttamaa vaihtelua A. ostenfeldii -lajin bioluminesenssin tuotannossa on ja voitaisiinko bioluminesenssin havainnointia käyttää ennakkovaroituksena myrkyllisestä panssarisiimaleväkukinnasta. Tulokset osoittavat, että kaikki Itämeren A. ostenfeldii -populaatiot tuottavat bioluminesenssia ja, että bioluminesenssin tuotossa on selvä vuorokausirytmi. Lisäksi tuotetun valon määrä vaihtelee populaation koon ja kehitysvaiheen mukaan. Lajin sisällä havaittiin suurta vaihtelua tuotetun bioluminesenssin määrässä suhteessa muutoksiin lämpötilassa ja suolapitoisuudessa. Luonnosta kerätyssä aineistossa havaittiin selvä positiivinen yhteys A. ostenfeldiin runsauden, tuotettujen myrkkyjen ja bioluminesenssin välillä. Kaikki testatut A. ostenfeldii - kannat tuottivat sekä bioluminesenssia että myrkkyjä, mikä viittaa siihen, että nämä kaksi ominaisuutta esiintyvät rinnakkain Itämeren populaatioissa. Saadut tulokset osoittavat, että on mahdollista yhdistää tuotetun valon määrä A. ostenfeldii -populaation kehittymiseen käyttäen automaattisia mittausmenetelmiä. Kukintojen hyvin paikallinen esiintyminen hankaloittaa kuitenkin niiden havaitsemista, minkä takia etukäteistieto mahdollisista kukintapaikoista olisi tärkeää. Habitaattimallien avulla voidaan kartoittaa ne alueet, jotka ovat erityisen alttiita A. ostenfeldii -kukinnoille. Lisäksi habitaattimalleja voidaan käyttää apuna ennustettaessa, miten etenevä ilmastonmuutos vaikuttaa A. ostenfeldii -kukintoihin Itämerellä.
  • Piirainen, Mikko (Helsingin yliopisto, 2017)
    Revonhäntäkasvien (Amaranthaceae) alaheimoon Salicornioideae kuuluu 11 sukua ja noin sata lajia, jotka ovat erikoistuneet kasvamaan suolapitoisella alustalla trooppisilta mangrovesoilta aina subarktisille merenrannoille; monet lajit kasvavat sisämaan ajoittain tulvanalaisilla suolamailla, muutama myös kuivilla paikoilla. Kasveja luonnehtivat mehivartisuus, pieniksi ja suomumaisiksi surkastuneet lehdet sekä hyvin pienet ja huomaamattomat kukat, jotka sijaitsevat suomumaisten tukilehtien hangassa tavallisesti kolmen kukan ryhminä. Kuivattaessa kasvit yleensä menettävät suuren osan vähistäkin käyttökelpoisista tuntomerkeistään. Kasvien määrittäminen, sukujen ja lajien rajaaminen ja niiden sukulaissuhteiden selvittäminen on näistä syistä ollut erityisen vaikeaa. Tämä väitöstyö on edennyt vaiheittain pohjoiseurooppalaisten suolayrttien (Salicornia) morfologian, nimeämisen ja luokittelun selvittämisestä ensin koko Euraasiaan, mistä tutkimus laajennettiin selvittämään koko alaheimon alkuperäalueita, polveutumista ja polveutumisen ajoitusta.| Tutkimuksessa esitetään euraasialaisten suolayrttien uusi luokittelu, joka pohjautuu DNA-tutkimukseen, morfologiaan ja maantieteeseen. Pohjois- ja Itä-Euroopan suolayrttien osoitetaan kuuluvan kahteen perimältään toisistaan eriytyneeseen kryptiseen lajiin, joita ei ulkoisten tuntomerkkien avulla pystytä erottamaan toisistaan. Alaheimon monofyleettisyys pystyttiin vahvistamaan DNA-pohjaisessa fylogeneettisessä tutkimuksessa. Alaheimon kaikki 11 sukua ovat kukin monofyleettisiä ja muodostavat yhdessä viisi suurempaa polveutumishaaraa. Ryhmän kantavanhemmat ovat todennäköisesti kehittyneet Euraasiassa myöhäiseoseenin ja varhaisen oligoseenin aikana, ja ryhmän viisi haaraa ovat syntyneet oligoseenikauden lopulla. Alaheimon kasveja levisi kaukokulkeutumisen seurauksena useana eri ajankohtana Etelä- ja Pohjois-Amerikkaan, Etelä-Afrikkaan ja Australiaan, missä sukujen ja lajien eriytyminen vauhdittui. Näiden tulosten pohjalta tutkimuksessa esitetään alaheimon uusi luokittelu, joka poikkeaa aikaisemmista kahdessa pääkohdassa: 1) suolasormion (Arthrocnenum) suku jaetaan kahteen uuteena kuvattavaan sukuun, Arthrocaulon (Euraasia) ja Arthroceras (Pohjois-Amerikka); 2) suolasormikit (Sarcocornia) siirretään suolayrttien sukuun. Lisäksi kaikki viisi australialaista, usein erillisinä pidettyä endeemistä sukua käsitellään yhtenä nivelsarvien (Tecticornia) sukuna. Tutkimuksessa kiinnitetään erityistä huomiota ryhmän usein sekavankin tieteellisen nimistön selvittämiseen ja nimistöhistorian yksityiskohtiin.
  • Kinaret, Pia (Helsingin yliopisto, 2017)
    Nanoteknologia ja nanomateriaalit luovat uusia innovaatioita useilla eri tieteen ja tekniikan aloilla, aina lääketieteestä ilmailuteollisuuteen. Joidenkin nanomateriaalien tiedetään olevan haitallisia ihmiselle ja ympäristölle, joten niiden mahdolliset haitalliset vaikutukset on testattava perusteellisesti. Teollisesti tuotettujen nanomateriaalien määrä kasvaa nopeasti, minkä vuoksi perinteiset toksisuustestit ovat epäkäytännöllisiä, hitaita ja joissakin tapauksissa mahdottomia suorittaa. Perinteisessä vaaran arvioinnissa käytetään laaja-alaisia eläinkokeita, joita ei kuitenkaan voida soveltaa kaikkien nanomateriaalien nopeaan ja luotettavaan testaukseen. Nanomateriaalien ainutlaatuiset ominaisuudet ja käyttäytyminen biologisessa ympäristössä eroavat saman materiaalin mikrokokoisten hiukkasten ominaisuuksista, mikä tekee nanomateriaalien vaikutusten ennustamisen haastavaksi. Näin ollen uusia, tehokkaita ja nopeita menetelmiä on kehitettävä nanomateriaalien haitallisuuden testaukseen ja vaaran arviointiin. Nanomateriaalien todennäköisin altistusreitti ihmiselle on hengitysteiden kautta. Nanohiukkasten vaikutusten tutkiminen hengitysteissä on siksi välttämätöntä niiden aiheuttamien solu-ja molekyylimuutosten ymmärtämiseksi. Hiirimallien inhalaatioaltistusta pidetään luotettavana tekniikkana keuhkojen vasteiden tutkimisessa. Tämä kallis ja työläs menetelmä ei ole käytännöllinen eikä mahdollinen kaikille nanomateriaaleille. Toisessa yleisesti käytetyssä hengitysteiden altistusmenetelmässä, faryngaalisessa aspiraatiossa, nanomateriaalit viedään nukutetun koe-eläimen hengitysteihin nestemäisenä dispersiona. Aspiraatiomenetelmän luotettavuudesta on kiistelty, sillä nukutus ja dispersio saattavat vääristää ja peittää nanomateriaalien aiheuttamia vaikutuksia ja aiheuttaa ylimääräisiä vasteita. Työn ensimmäisessä osassa verrattiin näitä kahta eri altistusmenetelmää, tarkoituksena ymmärtää, voidaanko kallis ja aikaa vievä inhalaatiomenetelmä korvata helpommalla ja nopeammalla suun kautta tapahtuvalla aspiraatiomenetelmällä. Työn tuloksena nähtiin samanlaisia vasteita, kun hiiriä altistettiin neljän päivän ajan jäykille, moniseinäisille hiilinanoputkille inhalaatio- ja aspiraatiomenetelmällä. Koska laboratorioeläinten käyttöä haitallisten aineiden testauksessa yritetään vähentää, pyrkien nopeampaan, yksinkertaisempaan ja eettisempään riskinarviointiin, eläinten korvaamista in vitro –solualtistuksilla tutkitaan ja kehitetään aktiivisesti. Solumallit ovat kiisteltyjä, sillä ne eivät muistuta eläimen ja ihmisen monimuotoisia vasteita, joissa eri solutyypit vuorovaikuttavat ja kommunikoivat hyvin monimutkaisella tavalla. Työn toisessa osassa kartoitettiin mahdollisuuksia tulkita monimutkaisia keuhkovasteita, vertaamalla ihmisen makrofagi-solulinjan ja hiiren keuhkojen transkriptiomuutoksia nanomateriaalialtistuksen seurauksena. Tulokset osoittivat, että nanomateriaalien spesifiset vasteet riippuivat partikkelin dimensioista: pituudesta, halkaisijasta, pinta-alasta, sekä pituuden ja halkaisijan suhteesta, mutta osoittivat yhtäläisyyksiä solu- ja hiirialtistusten välillä. Tulokset tukevat uusien, toksikologisten lähestymistapojen luomista nanomateriaalien vaaran arvioinnissa ja siirtymistä klassisesta eläinkoeperäisestä vaarojen arvioinnista ennustaviin solumalleihin ja mallinnukseen, tukien näin ollen myös uusien turvallisten nanomateriaalien kehittämistä (turvallinen suunnittelu, turvallinen tuotanto ja turvallinen käyttö).
  • Jonsson, Martina (Helsingin yliopisto, 2017)
    Fusarium punahome on merkittävä viljelyskasvien taudinaiheuttaja, joka aiheuttaa maailmanlaajuisesti suuria taloudellisia tappioita. Euroopassa erityisesti vilja-kasvit ovat alttiita Fusarium infektioille. Taudinaiheutuskyvyn lisäksi Fusarium lajit pystyvät tuottamaan ns. mykotoksiineja, joista osalla on haitallisia terveysvaikutuksia eläimille ja ihmisille. Toksiinipitoisuudet vaihtelevat vuosittain sääolojen mukaan. Pitkäaikainen altistuminen voi aiheuttaa esim. hermostooireita, immuunijärjestelmän heikkenemistä, lisääntymisongelmia ja jopa syöpää. Haitallisimpia vaikutuksia aiheuttavat trikotekeenit, esim. deoksinivalenoli (DON), T-2 ja HT-2 toksiinit, jotka voivat aiheuttaa jo kerta-annoksena pahoinvointia, ripulia, oksentelua, päänsärkyä ja huimausta. EU:n tiedekomitean määrittämä siedettävä päivittäinen enimmäismäärä DON:lle on 1 µg/kg ruumiinpainoa (rp) kohden. Pohjoismaissa myös vähemmän tunnettuja Fusarium mykotoksiineja, enniatiinia ja moniliformiinia löytyy usein viljasta pieninä pitoisuuksina. Näiden kahden mykotoksiinin haittavaikutuksista on toistaiseksi vain vähän tutkimustietoa. Väitöskirjatutkimuksella onkin pyritty tuomaan lisätietoa enniatiinin (Enn) ja moniliformiinin (Mon) toksisuudesta solutasolla. Lisäksi on pyritty selventämään Enn:in vaikutusmekanismia geeniekspressiotutkimusten avulla. Mon:in akuuttia sekä subkroonista oraalista toksisuutta rotilla selvitettiin OECD:n ohjeistusta 423 and 407 mukaillen. Enniatiinin todettiin jo pieninä (< 10 µM) pitoisuuksina vähentävän solunjakautumista ja solulysaattien ATP (adenosiinitrifosfaatti) tasoja. Geeniekspressiotutkimuksissa Enn:in todettiin vaikuttavan solun energiantuotantoon vähentämällä tiettyjen, solun mitokondrioiden soluhengityksessä olennaisten, geenien ilmentymistä (elektronin- siirtoketjun entsyymin, kompleksi 1 geenit). Mon:in ei todettu olevan kovin toksinen solukokeissa. Sen sijaan Mon aiheutti suurena annoksena (50 mg/kg rp) rotilla sydämen rytmihäiriöitä, hengenahdistusta ja kuoleman. Mon:in todettiin OECD:n (GHS) luokituksen mukaan kuuluvan 2 luokan toksiineihin. Pidempiaikainen altistus pienellä annoksella heikensi immuunijärjestelmää, vähentämällä neutrofiilien fagosytoottista aktiviteettiä. Tämän perusteella ehdotettiin Mon:in alhaisimmaksi haitalliseksi pitoisuudeksi 3 mg/kg rp. Mon:in ei todettu pienillä annoksilla aiheuttavan rotilla muita haittavaikutuksia. Vaikka Enn:lla ja Mon:lla todettiin selvästi olevan toksisia vaikutuksia solu tai eläintasolla, niin viljatuotteissa esiintyvät pitoisuudet ovat huomattavasti pienempiä kuin tutkimuksessa käytetyt, joten on epätodennäköistä että kuluttaja saisi em. toksiineista oireita ruoasta.
  • Gateva, Gergana (Helsingin yliopisto, 2017)
    Solujen kyky liikkua, tarttua ympäristöönsä ja muuttaa muotoaan on välttämätöntä useissa elimistön normaaleissa prosesseissa, kuten yksilönkehityksessä, lihasten supistumisessa, immunologisissa tapahtumissa, ja haavojen paranemisessa. Nämä solubiologiset prosessit ovat keskeisiä myös monissa tautitiloissa kuten syöpien leviämisessä, lihas- ja verisuonisairauksissa. Supistuvat aktomyosiini-kimput ovat tärkeitä solujen rakenteita jotka osallistuvat näihin prosesseihin. Aktomyosiini-kimppujen muodostumista sekä lihassoluissa että muissa solutyypeissä säätelee suuri joukko erilaisia proteiineja, jotka toimivat yhteistyössä keskenään. Aktomyosiini-kimppujen muodostumismekanismit ovat kuitenkin huonosti tunnettuja, pääosin siksi että ne vaativat erilaisten proteiinien ja viestinvälitysreittien monimutkaisia vuorovaikutuksia. Tämän väitöskirjatyön tavoite oli ymmärtää niitä mekanismeja, joilla supistuvat aktomyosiini-kimput muodostuvat lihassoluissa (rotan kardiomyosyyteissä) sekä muissa solutyypeissä (ihmisen U2OS osteosarkooma-soluissa). Aiemmat tutkimukset osoittivat että U2OS-solujen supistuvat aktomyosiini-kimput, joita kutsutaan ventraaleiksi stressisäikeiksi, muodostuvat kahdesta muusta solujen aktiini-kimppurakenteesta, dorsaaleista stressisäikeistä sekä poikittaisista stressisäikeistä. Väitöskirjatutkimuksissani osoitin, että tropomyosiini-perheen aktiinia sitovilla proteiineilla on tärkeä rooli tässä prosessissa. Tutkimuksemme paljastivat että U2OS soluissa neljä toiminnallisesti erilaista tropomyosiinia (Tpm1.6, Tpm1.7, Tpm2.1 ja Tpm3.1/3.1) stabiloi stressisäieverkoston eri osia. Sen sijaan, viides stressisäikeisiin assosioitunut tropomyosiini (Tpm4.2) osallistuu myosiini II molekyylien rekrytoimiseen Dia2-formiinin tuottamiin aktiini-säikeisiin. Biokemialliset kokeemme osoittivat että nämä tropomyosiinit ryhmittyvät spontaanisti eri aktiini-säikeisiin, ja sitoutuvat niihin erilaisilla kinetiikoilla. Tutkimuksemme myös paljastivat, että tropomyosiinit vaikuttavat merkittävästi aktiini-säikeiden ominaisuuksiin, kuten niiden kykyyn assosioitua myosiini II:n ja ADF/kofiliinien kanssa. Tämän lisäksi osoitimme, että palladin ja VASP proteiinien välinen vuorovaikutus on tärkeää dorsaalien stressisäikeiden kasvulle. Sen sijaan poikittaisten stressisäikeiden aiheuttama jännite inhiboi tätä dorsaalien stressisäikeiden kasvua, sekä estää ADF/kofiliini-välitteistä stressisäikeiden purkamista. Tutkimuksemme kardiomyosyyteillä osoittivat, että myös lihassoluluissa ADF/kofiliineilla on keskeinen rooli aktiini-säikeiden pituuden säätelijänä ja täten myös sarkomeerien organisaatiossa ja toiminnassa. Yhdessä nämä tutkimukset paljastivat tärkeitä biokemiallisia ja mekanobiologisia periaatteita, jotka säätelevät supistuvien aktomyosiini-kimppujen muodostumista eri solutyypeissä.