Geenitesti koirien monigeeniselle sairaudelle? Ensimmäinen laatuaan tulossa labradorinnoutajien ristisidevaurioille

16.09.2022

Wisconsin-Madisonin yliopiston eläinlääketieteellisessä korkeakoulussa Yhdysvalloissa on kehitetty ensimmäinen varteenotettava genomitesti koirien monitekijäiselle sairaudelle. Kyseessä on labradorinnoutajien eturistisidevaurio - yleinen, kivulias ja usein invalidisoiva sairaus.


Labradorinnoutajalla erityisen korkea riski

Monitekijäisen sairauden syntyyn vaikuttavat sekä geenit että ympäristötekijät. Ristisiteen vaurioituminen on satojen tai tuhansien, pitkin koiran genomia sijaitsevien geenivarianttien sekä muiden riskitekijöiden seuraus.

Ristisidevaurio on yksi yleisimmistä koirien tuki- ja liikuntaelinsairauksista sekä yleisin kirurgista hoitoa vaativa nivelsairaus. Riski on erityisen korkea labradorinnoutajalla, joista 5-10 prosentilla ristiside repeytyy jossain vaiheessa elämää. Muita riskirotuja ovat esimerkiksi rottweiler ja newfoundlandinkoira.

Vaurio kehittyy vähitellen vuosien mittaan, ja ristiside pettää asteittain. Lopullinen katkeaminen tapahtuu aivan normaalissa liikunnassa. Vähintään joka toisella ristisidevaurion kokeneista koirista vaurioituu muutamien kuukausien aikana toisenkin puolen ristiside.

Vaikka ristisidevaurion pitkän aikavälin hoitotulokset ovat yleensä onnistuneita, sairaus johtaa usein nivelrikkoon ja krooniseen kipuun, mikä voi vaikeissa tapauksissa johtaa eutanasiaan. Monilla vanhoilla koirilla ristisidevaurio näkyy polven nivelrikkona ja pysyvinä liikkumisvaikeuksina.

Lue ristisidevaurioista ja niiden perinnöllisyydestä tarkemmin täältä.

Korkea periytymisaste

Wisconsin-Madisonin yliopiston tutkijat keräsivät dna-näytteitä yli tuhannesta pohjoisamerikkalaisesta labradorinnoutajasta. Joukossa oli niin näyttely- kuin metsästyslinjaisiakin koiria. Terveiksi luokitellut koirat olivat iältään vähintään 8-vuotiaita, ja niille tehtiin sekä kliininen että röntgentutkimus.

Dna-näytteistä tehtiin genominlaajuinen assosiaatiokartoitus eli selvitettiin mitkä genomin kohdat vaikuttavat ristisiteen repeämän syntyyn. Jokainen koira genotyypitettiin SNP-markkereiden avulla. SNP (single nucleotide polymorphism) eli snippi tarkoittaa eläinjoukossa olevia yhden emäksen eroja dna:ssa. Nämä erot ovat saaneet alkunsa pistemutaatioista eli yhden emäsparin muuttumisesta. Tutkittuja snippejä oli noin 230 000, ja ne sijaitsivat tasaisesti koko genomissa. Tutkimuksessa käytettiin myös tekoälyä ja koneoppimista.

Kertyneen aineiston avulla tutkijat pystyivät arvioimaan tarkasti labradorinnoutajien ristisidevaurion periytymisasteen, joka oli todella korkea: 62 %. Monitekijäisen ominaisuuden periytymisaste nousee vain harvoin yli 60 prosentin. Koirien välisistä eroista ristisiteen repeämäriskissä 62 prosenttia johtuu siis tällä rodulla perinnöllisistä tekijöistä. Loput erot aiheutuvat sellaisista geneettisistä tekijöistä, jotka eivät suoraan periydy jälkeläisille, tai ympäristötekijöistä, joista varsinkin ylipainolla sekä aikaisella, ennen vuoden ikää tapahtuvalla steriloinnilla tai kastroinnilla on riskiä lisäävä vaikutus.

Tutkimuksen tulosten perusteella labradorinnoutajan geneettinen riski ristisidevauriolle koostuu tuhansista varianteista pitkin perimää. Jokaisella yksittäisellä variantilla on pieni tai kohtalainen vaikutus, ja yhdessä niiden vaikutus kumuloituu. Jos koiralla on genomissaan monia riskiä lisääviä variantteja, geneettinen riski sairastua on suuri.

Osa ristisidevaurion riskiä lisäävistä varianteista sijaitsee genomin kohdissa, jotka ovat rodussa jalostusvalinnan alaisia, esimerkiksi keltainen ja musta väri. Tutkijat toteavat keltaisten labradorien olevan ristisidevauriotapausten joukossa yliedustettuja. Nämä löydökset vaativat kuitenkin vielä lisätutkimusta.

Tutkimuksen tulokset pätevät erityisesti siinä kannassa, josta testissä käytetty vertailujoukko on kerätty. Tämä testi on kehitetty rodun pohjoisamerikkalaiselle kannalle, jossa sen tarkkuuden sairastumisriskin arvioinnissa luvataan olevan 98 %. Muissa rodun kannoissa SNP-varianttien valikoima voi olla hieman erilainen, joten testikin on epätarkempi. Testi toimii todennäköisesti myös suomalaiskoirilla, joiden sukutausta on pohjoisamerikkalainen.

Ensimmäinen varteenotettava testi koirien monigeeniselle sairaudelle

Nyt kehitetty testi on ensimmäinen varteenotettava geneettinen testi koirien monitekijäiselle sairaudelle. Yksittäisen mutaation testaamisen sijaan testissä tarkastellaan useita genomin kohtia, minkä jälkeen tulokset analysoidaan bioinformatiikan keinoin. Testi on vaatinut vuosien työn jo ennen kuin se pääsee myyntiin, ja tämä näkyy hinnassa, jonka arvioidaan olevan noin 250 dollaria per koira, kun testi lähiaikoina tulee myyntiin.

Esimerkiksi lypsykarjalla monitekijäisten ominaisuuksien genominlaajuinen testaus on arkipäivää, ja näytteistä testataan samanaikaisesti monta eri ominaisuutta. Kun eläimiä testataan tällä tavoin tuhansia tai kymmeniä tuhansia, saadaan testin kulutkin alas. Naudan genomitesti maksaa nykyisin Suomessa parhaimmillaan vain muutaman kympin. Tulevaisuudessa voi koirienkin genomitestaus olla edullista, jos testausmäärät kasvavat suuriksi.

Testi voidaan tehdä minkä ikäiselle koiralle tahansa, jo pennulle. Testiä varten tarvitaan koiran poskisolu- tai verinäyte. Näytteestä tehdään SNP-genotyypitys. Vertaamalla tulosta vertailujoukon snippitietoihin, voidaan ennustaa, kehittyykö koiralle ristisidevaurio.

Testitulokset ilmoitetaan seuraavasti:

  • Koiran ennustetaan sairastuvan (predicted to be a case): koira, jolla on riskigenotyyppejä tutkituissa genomin kohdissa. Ympäristötekijöitä muokkaamalla voidaan kuitenkin pienentää sairastumisriskiä.
  • Koiran ei ennusteta sairastuvan (predicted to be a control): koira, jolla on sairastumiselta suojaavia genotyyppejä tutkituissa genomin kohdissa. Epäsuotuisat ympäristötekijät voivat kuitenkin lisätä sairastumisriskiä.

Jalostuskoirien rutiinitestaus voi auttaa vähentämään sairauden geneettisiä riskitekijöitä rodussa. Jos jalostuskoiran geneettinen riski on korkea, siirtää se myös jälkeläisilleen riskivariantteja.

Genomitestaus muissa riskiroduissa

Testi on tällä hetkellä saatavilla vain labradorinnoutajille. Tutkimusta on laajennettu rottweilereihin ja newfoundlandinkoiriin, joten näille roduille saatetaan saada testit lähitulevaisuudessa. 

Monitekijäisen sairauden riskiä kuvaavan geenijoukon vaihteleva koostumus eri roduissa asettaa haasteita tutkimukselle, minkä vuoksi yhdellä rodulla toimiva testi ei toimi tehokkaasti toisella rodulla. Tutkijat ovat kuitenkin toiveikkaita sen suhteen, että testejä saataisiin kehitettyä useisiin riskirotuihin ilman, että kustakin on kerättävä vähintään tuhannen yksilön vertailujoukko. Koneoppiminen saattaa näytellä tässä ratkaisevaa osaa.

Lähteet

Genetic testing for cruciate ligament rupture in the Labrador Retriever. School of Veterinary Medicine, University of Wisconsin-Madison, Comparative Orthopaedic Research Laboratory.

Baker ym. 2017. Genome-wide association analysis in dogs implicates 99 loci as risk variants for anterior cruciate ligament rupture. PLoS One 12:e0173810. doi: 10.1371/journal.pone.0173810.

Baker ym. 2020. Bayesian and machine learning models for genomic prediction of anterior cruciate ligament rupture in the canine model. G3 (Bethesda) 10, 2619-2628. doi: 10.1534/g3.120.401244.