Matemaatikko auttaa lääkäriä ja potilasta

3551
Laura Elo uskoo, että ykköstyypin diabeteksen taustalla on monenlaisia tekijöitä, joiden selvittämiseen tarvitaan tutkijoita monen tieteen alalta. Kuvat: Pirjo Silveri

Teksti: Pirjo Silveri

Turkulaiset ovat tunnetusti kotiseuturakkaita. Laura Eloa pitää synnyinkaupungissaan myös tiede.
– Täällä on hyvät edellytykset tehdä maailmanluokan tutkimusta, hän perustelee.

Ykköstyypin diabetes on uran alusta asti kuulunut Laura Elon kiinnostuksen kohteisiin.

Filosofian tohtori, Turun yliopiston biomatematiikan dosentti ja Turun biokeskuksen tutkimusjohtaja Elo vetää ryhmää, joka kehittää lääkäreille työkaluja monimutkaisten sairauksien, kuten diabeteksen, syövän ja reuman diagnostiikkaan, hoitoon ja kliinisten tutkimusten suunnitteluun.

Laskennallisilla mallinnusmenetelmillä ja riskilaskureilla datasta pystytään seulomaan tietoa, jota voidaan hyödyntää sairastumisriskin määrittelyssä ja yksilöllisesti kohdennettujen hoitomenetelmien kehittämisessä.

Kuka ratkaisee mysteerin?

Vaikka ykköstyypin diabetekseen sairastumismahdollisuus voidaan selvittää, sairautta ei silti osata estää. Mitä iloa potilaalle siis on tiedosta?

– Ensin tarvitaan ymmärrystä mekanismeista. Kun tunnistamme mahdollisimman varhain, ketkä lapset sairastuvat, pystymme valikoimaan heidät kliinisiin tutkimuksiin. Tämä on tosi tärkeä vaihe, koska sen kautta mahdollistetaan parempia, tulevia hoitoja. Päätavoite on tietenkin, että puhkeaminen pystytään ehkäisemään. Jotta siihen joskus päästään, tarvitaan innokkaita tutkijoita ja tieteiden välistä yhteistyötä, Laura Elo vastaa.

Tyypin 1 diabeteksen syy on yhä mysteeri.

– Mekin etsimme siihen ratkaisua. Joko niin, että itse onnistumme sen selvittämään tai että ainakin edistämme sitä, että joku muu keksii, Elo sanoo.

Monen tekijän summa tuntuu todennäköisimmältä.

– Sairastumiseen liittyy ympäristötekijöitä, geneettisiä tekijöitä ja varmaan myös jotakin sellaista, mitä emme vielä osaa aavistaakaan. En usko, että löytyy yksi, kaiken selittävä geeni. Sen sijaan uskon monimutkaisempaan selitykseen. Tai sitten niin, että eri yksilöille sairaus kehittyy erityyppisesti.

Tieteen tukena sitoutuneet perheet

Turun, Tampereen ja Oulun yliopistollisissa sairaaloissa alettiin vuonna 1994 DIPP-projektin puitteissa kerätä vastasyntyneiltä näytteitä tyypin 1 diabetekselle altistavien perintötekijöiden löytämiseksi.

– On tarvittu perheitä, jotka ovat sitoutuneet käymään lastensa kanssa seurannassa. Ilman heitä hienoja näytekokoelmia ei olisi, Laura Elo kiittelee.

Potilaan hyväksi tarvitaan erilaista asiantuntemusta.

– Me olemme tehneet yhteistyötä muun muassa immunologian akatemiaprofessori Riitta Lahesmaan ja hänen työryhmänsä kanssa. He toteuttavat laajoja molekyylitason mittauksia solujen toiminnasta. Sieltä tulee valtaisasti dataa, joka ei vielä yksinään vastaa kysymyksiin. Tulkinnassa käytetään matematiikan tarjoamia työkaluja, joilla voidaan seuloa ja poimia taudin kannalta olennaisia tekijöitä ja niiden välisiä vuorovaikutuksia.

Datan analysoinnin on sujuttava automatisoidusti, koska järkälemäisiä tietomassoja on mahdoton kenenkään käydä käsin läpi.

– Käsittelemme myös hyvin erityyppistä dataa: kliinistä dataa, molekyylitason dataa, dna-dataa, geeniekspressiota, proteiinien ilmentymistä. Etsimme tekijöitä, jotka yksin tai yhdessä muiden kanssa selittäisivät, miksi joku sairastuu ja toinen ei. Tai miksi joku sairastuu nopeasti ja toinen vasta pitkän ajan päästä.

Monitieteinen tutkimus ei ole jana, joka etenee alkupisteestä maaliin, vaan se on syklistä.

– Me löydämme datamassoista jotain, mutta se ei riitä, koska pystymme löytämään niin monenlaista. Tarvitaan taas uusia näytteitä ja mittauksia, joilla vahvistetaan, olemmeko löytäneet oikeasti selittäviä tekijöitä, Elo kuvailee.

Aavistus osui oikeaan

Laura Elo on ainoana suomalaisena ja yhtenä harvoista eurooppalaisista saanut työlleen viisivuotisen Career Development Award -rahoituksen yhdysvaltalaiselta JDRF-diabetestutkimussäätiöltä. Oman tutkimusryhmänsä hän perusti juuri Atlantin takaa tulleen 750 000 dollarin turvin.

Turkulaistutkijaa ajoi aavistus, että molekyylitasolla tyypin 1 diabetesta ennustavia tekijöitä pystytään löytämään nykyistä varhemmin. Nyt käytössä olevat menetelmät perustuvat siihen, että tapahtuu serokonversio, jolloin vereen ilmaantuu autovasta-aineita.

– Kehitimme uusia laskentatyökaluja DIPP-aineistojen analysointiin. Löysimme myös tekijöitä, jotka jo ennen serokonversiota yhdistyvät tulevaan sairastumiseen.

JDRF-hanke on päättynyt, mutta tutkimusryhmä jatkaa sen pohjalta nousseiden havaintojen työstämistä Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) myöntämällä rahoituksella.

Loogista ja luovaa

Laura Eloa on kouluajoista asti kiehtonut ongelmanratkaisu ja loogisuus, palava halu ymmärtää.

– Matematiikka on loogista ja ongelmanratkaisu luovaa. Lääketieteen kysymykset ovat aina kiinnostaneet, mutta en ole koskaan nähnyt itseäni lääkärinä. Biomatemaatikkona voin yhdistää nämä kaikki.

Auttamisen ajatus motivoi.

– Jos matemaattisten työkalujen avulla helpotan yhdenkin potilaan elämää, koen tehneeni arvokasta työtä, Elo sanoo.

Arjessa harva tulee ajatelleeksi, keitä kaikkia sairauksien tutkimisessa ja hoidon kehittämisessä tarvitaan. Lääkäreiden lisäksi palapelissä on bioteknologian ammattilaisia, biologeja, biokemistejä, fyysikoita.

– Matematiikasta ja mallintamisesta on tullut osa lääketiedettä. Se näkyy myös kehityksenä, että laskentaosaajia kaivataan lääketieteen tutkimuksissa aiempaa enemmän.

– Omassa 30 jäsenen tutkimusryhmässäni on matemaatikkoja ja tilastotieteilijöitä. Sitten on it-osaajia, joista osan tausta on perinteisessä algoritmiikassa ja tietojenkäsittelytieteessä, osa on saanut erikseen bioinformatiikan koulutuksen. Tuomme kaikkien asiantuntemuksen yhteen ja yhdessä tekemällä tutkimme asioita.

Datamassoja analysoitaessa pelkkä matematiikka ei riitä, vaan koneet pitää saada suorittamaan laskenta ja yksinään toteuttamaan esimerkiksi kaavat ja muut. Mitä isommat aineistot, sitä enemmän vaaditaan tehokkuutta.

– Asiat täytyy toteuttaa fiksusti, Elo tiivistää.

Hänen uransa aikana alalla on edetty jättiharppauksin.

– Mittaustekniikat ovat viime vuosina kehittyneet hurjaa tahtia. Dataa tulee yhä enemmän ja enemmän, ja sitä kautta on mahdollista vastata entistä kattavammin ja laajemmin yhä monimutkaisempiin kysymyksiin.

Ykköstyypin diabetes on kiinnostanut biomatemaatikko Laura Eloa uran alusta asti. Tutkimusjohtajan työpiste sijaitsee Turun BioCityn ylimmässä kerroksessa lasikaton alla. Kuvat: Pirjo Silveri

Mitä kaikkea kymmenen vuoden päästä tiedetään ja pystytään tekemään, on mahdoton ennustaa.

– Nyt puhutaan paljon tekoälyn sovelluksista. Se on sellaista, mitä me olemme hiukan eri nimikkeellä tehneet jo hyvän aikaa, Elo mainitsee.

Lasikaton alla ja sen läpi

Ykköstyypin diabetes on valikoitunut tutkimukselliseksi ykköseksi, koska sen tutkimiseen on niin hyvät lähtökohdat. Suomessa sitä on suhteellisesti eniten maailmassa, tosin esiintyvyys on lisääntynyt kaikissa länsimaissa.

Laura Elolla ei ole diabetesta, mutta hänen tuttaviensa joukossa on diabeetikkoja.

– Sairastuneita mahtuu aika moneen sukuun Suomessa.

Elo työskentelee Turun BioCityssä kirjaimellisesti lasisen katon alla, mutta 39-vuotias tieteentekijä on symbolisesti ehtinyt läpäistä useita lasikattoja, sukupuolensa, alansa ja menestyksensä takia.

Hän väitteli alle kolmikymppisenä. Tutkimus Laskennallisia menetelmiä epätäydellisen tiedon käsittelyyn geeniekspressiotutkimuksissa palkittiin vuoden 2007 parhaana bioinformatiikan alan väitöskirjana Suomessa. Alle nelikymppisenä Elo on johtanut Turun bioinformatiikkayksikköä ja biotekniikan keskuksen tutkimusta.

– En ole ikinä kiinnittänyt huomiota siihen, teenkö töitä naisten vai miesten kanssa. Kysymys nousee helpommin esille muiden suusta, hän kuittaa.

Vastikään Suomen Unesco -toimikunta ja L’Oréal Finland Oy palkitsivat Elon For Women in Science 2018 -apurahalla. Elämäntarinallaan hän on esiintynyt myös Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) kampanjassa, jossa rohkaistaan naisia hakeutumaan perinteisesti miesten hallitsemille tieteenaloille.

– Matematiikka on aina ollut helppoa ja kivaa, eikä mieleeni ole tullut, ettei se sopisi minulle. On vaikea ymmärtää, mistä sellainen ajattelutapa on syntynyt, etteivät tytöt uskalla tai voi. Ei se ainakaan lapsista itsestään lähde!

Vapaa-ajallaan Laura Elo rentoutuu esimerkiksi ulkoilemalla kahdeksanvuotiaan poikansa kanssa.

– Liikumme paljon yhdessä ulkona. Kun jahtaamme pokémoneja, äitikin oppii yhtä ja toista japanilaisista pikkuötököistä. Se on täysin erilaista kuin oma työ, Elo naurahtaa.