Naisilla hedelmättömyys johtuu usein hormoneista, mutta miehillä siittiösoluista. Vaikka miesten hedelmättömyys ja hedelmöityshoidot yleistyvät jatkuvasti, siittiöistä tiedetään yhä hämmästyttävän vähän. Näin sanoo apulaisprofessori Noora Kotaja, joka tutkii siittiöiden muodostumista eli spermatogeneesiä Turun yliopistossa.Mies tuottaa siittiöitä käsittämättömiä määriä, 1 000 siittiötä joka sekunti. Vastaavaa massatuotantoa ei ole millään muilla soluilla. Valitettavasti yhä useammin jokin menee pieleen. Lapsettomuuteen apua hakevista pariskunnista 30-50 prosentilla miehen spermassa on vikaa. Siittiöt voivat olla selvästi epämuodostuneita, mutta usein syy jää pimentoon. 

"Hoidoissa ongelmaa kierretään. Otetaan esimerkiksi yksittäinen siittiö ja injektoidaan se munasoluun", Noora Kotaja kertoo.

Kotajan tutkimusryhmä yrittää löytää siittiöiden muodostuksen kriittiset tekijät, ne joiden on pakko tapahtua oikein. Turun yliopiston Biolääketieteen laitoksella työskentelevälle ryhmälle on myönnetty Suomen Akatemian rahoitus vuoteen 2018 saakka. 

Tietoa tarvitaan alati lisääntyvien hedelmöityshoitojen kehittämiseksi. Luonnollisessa hedelmöityksessä kilvan voittaa paras siittiö. Hedelmöityshoidoissa ihmisen on tunnistettava parhaat yksilöt.

"Selvitämme, voiko syntyä riskitapauksia, siittiöitä, joita ei pidä käyttää. Sellaisia, jotka aiheuttaisivat perimään vikoja ja johtaisivat sairauksiin."

Kotajan mielestä on oikein, että hedelmättömyyttä hoidetaan, mutta hoidoista on tehtävä evoluution ja ihmisen säilymisen kannalta turvallisempia.

"Hoitojen vaikutuksia pitkällä aikavälillä ei tunneta."

Hedelmällisyyttä opittava ylläpitämään

Siittiöiden muodostuminen on huomattavasti monimutkaisempaa kuin muiden solujen.

"Tapahtuu meioosi eli genomi puolittuu. Haploidivaiheessa syntyy häntä ja pää pakkautuu uskomattoman tiiviiksi."

Hedelmättömyyden yleistyminen voi johtua geneettisistä tai ikätekijöistä, mutta miesten kohdalla myös ympäristömyrkkyjen ja ravinnon epäillään olevan taustalla.Hedelmättömyyttä aiheuttavia, ympäristöstä peräisin olevia aineita, tunnetaan jonkin verran.

"Mitä paremmin siittiöiden syntyprosessi tunnetaan, sitä paremmin hedelmättömyyden syitä voidaan ymmärtää."

Kotajasta on hyvin motivoivaa olla mukana vaikuttamassa siihen, että 200 vuoden kuluttua on terveitä siittiösoluja.  

"Jos niitä ei ole, ei ole ihmisiä. Ennaltaehkäisy on tärkeää. Normaalia hedelmällisyyttä on opittava ylläpitämään."

Vika on geenisäätelyssä

Siittiöt eivät kehity laboratoriomaljalla, joten niiden muodostumista tutkitaan hiirien avulla.

"Geenisäätely, miten solu aktivoi tai vaimentaa geenejä, muodostaa perustan kaikelle sen toiminnalle. Ongelmat johtuvat yleensä säätelyn häiriöistä, joten keskitymme siihen."

"Yksi tärkeä kysymys on, tapahtuuko säätelyvirheiden epigeneettistä periytymistä seuraavalle sukupolvelle." 

Tutkimusryhmä, viisi väitöskirjan tekijää Kotajan lisäksi, on pystynyt ensimmäisenä maailmassa eristämään kromatoidikappaleen (chromatoid body) hiiren kiveksen sukusoluista. Kromatoidikappale säätelee siittiön esiasteiden RNA-tuotantoa.

"Minut tunnetaan maailmalla ms chromatoid bodyna ja eristämisen eksperttinä, Kotaja naurahtaa."

Muissa soluissa vastaavia rakenteita ei yleensä erota edes mikroskoopilla, mutta siittiön esiasteessa kromatoidikappale on poikkeuksellisen iso, kooltaan 0,5-1 mikrometriä. 

"Sukusolu tuottaa valtavasti RNA:ta ja tarvitsee siksi kookkaan säätelykeskuksen. Se päättää, mikä on hyvää RNA:ta ja mikä tuhotaan. Havaitsimme, että jos sen toiminta häiriintyy, siittiön kehitys pysähtyy."

Menetelmät kehitetään itse

Kotaja on koulutukseltaan molekyylibiologi.

"Teemme proteiini- ja RNA-analyyseja, mikroskopointia, kudostutkimuksia sekä solujen kuvantamista. Käytössämme on fysiologian laitoksen laboratoriotilojen lisäksi Turun yliopiston Biotekniikan keskuksen massaspektrometrit ja RNA-sekvensointilaitteet."

Menetelmät kehitetään tarpeen vaatiessa itse. Keino kromatoidikappaleen eristämiseksi keksittiin monien kokeilujen jälkeen. Sitä voidaan soveltaa muidenkin solun osasten eristämiseen.

"Löysimme vasta-aineita, jotka tarttuivat kromatoidikappaleen pintaan. Lisäksi käytimme magneettisia pallukoita, jotka tarttuivat vasta-aineeseen. Näin pystyimme poimimaan magneeteilla kappaleita talteen."

Eristäminen mahdollistaa tarkan analysoinnin.

"Olemme saaneet selville kaikki kromatoidikappaleen sisältämät proteiinit ja RNA-molekyylit."

Tietojen vaihto alan kasainvälisen tutkijayhteisön välillä on vilkasta.

"Osa testaa kemikaalien vaikutuksia siittiön muodostukseen, joten me emme tee sitä. Osa tutkii ravinnon vaikutuksia. Tiedetään, että jos folaatti puuttuu uroshiirten ruokavaliosta, siittiöiden epigenomi vioittuu ja vika periytyy seuraavalle sukupolvelle."

Kotaja korostaa tiivistä yhteistyötä fysiologian professori Jorma Topparin kanssa, joka tutkii miesten lisääntymisterveyttä lääketieteen näkökulmasta. Yhteistyötä on toisaalta myös maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT:n kanssa.

"Kun sikapopulaation siittiöissä havaittiin periytyvä töpöhäntäisyys, varmistimme tutkimustuloksen hiirimalleilla."

Noora Kotajan tutkimusryhmä ylhäältä vasemmalta: Oliver Meikar, Ram Prakash Yadav, Karin Sõstar, Noora Kotaja, Tiina Lehtiniemi, Hanna Korhonen ja Matteo Da Ros.

Teksti: Ulla Willberg

Kuvat: Noora Kotaja