Rootsi Teaduste Akadeemia teatas 8. oktoobril, et tänavuse Nobeli meditsiini- ja füsioloogiaauhinna pälvisid ameeriklased Mario Capecchi ja Oliver Smithies ning britt Martin Evans. Nobeli komitee tunnustas nende tööd transgeensete hiirte uurimisel.
Raske on öelda, kui suur roll on juhusel sattuda tegelema teadussuunaga, mis aastakümneid hiljem saab Nobeli preemia. Kas see näitab teadlase teadlikku valikut või kolleegide, ka ainult kirjandusest tuttavate mõjutust või on kõik ikkagi juhus? Iga teadlane valib ise oma tee, aga kunagi pole välistatud, et ühel hetkel avastatakse end nimekirjas, kuhu kuuluvad tänavused Nobeli meditsiinipreemia laureaadid Mario Capecchi, Martin Evans ja Oliver Smithies.
Minu kui teadlase kujunemist, aga ka Eesti teaduse arengut on see Briti-USA kolmik märkimisväärselt mõjutanud, vaatamata sellele, et ma pole nendega iial otseselt suhelnud, kui mitte arvestada osalemisi konverentsidel. Ja ükski kolmest nobelistist pole kunagi Tartu Ülikooli ega Eestit külastanud. Noore teadlasena paarkümmend aastat tagasi tegelesin Tartu Ülikooli keemiahoones inimese ribosoomi geenide uurimisega. Selle valdkonna uurimisel olid ülikoolis üsna pikad traditsioonid. Temaatika oli köitev, ometigi hakkasin sahtlisse tegema koopiaid artiklitest, mille autorid olid Mario Capecchi, Martin Evans ja Oliver Smithies. Kõik see, mis nendes artiklites kirjas oli, tundus uus ja huvitav. Võlusid uued mõisted - homoloogiline rekombinatsioon ja embrüonaalsed tüvirakud. Paar aastat pärast praeguste nobelistide avastuse kirjeldamist teaduskirjanduses viis õnnelik juhus mind tööle Rahvusliku Meditsiini Instituudi laborisse Londonis, kus homoloogiline rekombinatsioon ja embrüonaalsed tüvirakud said minu tulevase teadustöö alustaladeks. Tulnud tagasi Eestisse, rajasin siiagi transgeense tehnoloogia labori ja praegu leiab rekombinatsiooni meetod rakendamist väga paljudes Tartu Ülikooli teadusuuringutes. Transgeense tehnoloogia kasutamine Tartu teaduses on ehe näide teadmiste siirdest, see on üks paljudest võimalustest rakendada ja edasi arendada mujal loodud eesliiniteaduse tulemusi. Usun, et Capecchi, Evansi ja Smithiesi artiklite kolletunud koopiad on mul siiani kusagil kastides alles, mälestuseks nendest aegadest, kui mu tõsisem teadusetegemine algas.
Uue avastuse alguses
Milles siis seisneb selle aasta nobelistide avastuste olulisus? Lihtsustatult - nende väljatöötatud meetod võimaldab luua transgeenseid hiiri. Tegelikult olid bioloogid varemgi uurinud mutantseid hiiri, selleks et imetajate sisemusse pilku heita, kuid aastakümneid piirduti vaid looduslike mutatsioonidega või mutageenide mõjul tekkinutega. Seega uurisid bioloogid kaua mutantset hiireliini, teadmata, milline geen oli muteeritud. Kindla geeni väljalülitamine tundus kauge unistusena. Capecchi ja Evans avastasid geeni väljalülitamise mehhanismi hiire embrüonaalsetes tüvirakkudes. See on andnud tähelepanuväärseid tulemusi imetajate geenide funktsiooni tundmaõppimisel. Tehnoloogia baseerub looduslikul fenomenil - homoloogilisel rekombinatsioonil, kus vigastatud rakud püüavad parandada vigastatud DNA-d. Teatavasti esinevad kromosoomid, kuhu on pakkunud DNA, paaridena, ning homoloogilise rekombinatsiooni käigus vahetuvad DNA fragmendid paaride vahel. Nobelistid leidsid, et kunstlikku DNA järjestust on võimalik rakendada hiire geenide väljalülitamise mehhanismi teenistusse. Kui Evans oli välja töötanud tehnoloogia, kuidas luua elusaid hiiri embrüonaalsetest tüvirakkudest, siis Capecchi ja Smithies arendasid seda edasi, et saada insenergeneetiliselt muudetud rakke homoloogilise rekombinatsiooni abil. Nii sai võimalikuks luua hiiri, kellel üks või teine geen ei tööta, või koguni lisada geene teistelt liikidelt, kaasa arvatud inimese omi. Tehnoloogia kasvas välja avastusest, et embrüonaalseid tüvirakke on võimalik katseklaasis kasvatada neid geneetiliselt modifitseerides. Martin Evansi õpilane Elisabeth Robertson, tollane järeldoktor, on kirjeldanud avastuse protsessi: kui Evans nägi esmakordselt katseklaasis tüvirakke, oli ta segaduses, arvates, et keegi on tema rakusöötmed ära saastanud. Nii veidrad nägid need rakud välja. Ometi oli ta just sel hetkel uue avastuse alguses.
Tüvirakkude ristiisa
Evansit peetakse õigustatult tüvirakkude ristiisaks. Kuigi enamik tema teaduslikke töid on seotud hiire tüvirakkudega, on ta üks inimese embrüonaalsete tüvirakkudega teadustöö suuna tuliseid pooldajaid, leides, et see võimaldaks meditsiini väga kiiret arengut. Näiteks südame puudulikkuse all kannatava patsiendi südame lihaskoel võtab palju aega, enne kui see end ise parandab. Sageli liigagi kaua. Kuid embrüonaalseid tüvirakke kasutades on võimalik tekitada patsiendile sobivaid südame eellasrakke, mis võimaldavad lihaskoel kiiresti taastuda. See on vaid üks näide.
Omaette ja koostöös
Kuulnud Martin Evansi töödest embrüonaalsete tüvirakkude vallas, arendas Oliver Smithies homoloogilise rekombinatsiooni kontseptsiooni edasi, et kasutada seda muteerunud geenide parandamiseks. 1985. aastaks oli Caphecci omakorda näidanud, et homoloogiline rekombinatsioon toimub kõrge sagedusega imetajate rakkudes ja Smithies oli kasutanud homoloogilist rekombinatsiooni, et sisestada bakteriaalset plasmiidi DNA järjestust inimese rakkude kromosomaalsesse DNA-sse. Siiamaani olid kõik need avastused toimunud koekultuurides katseklaasi tingimustes. Kuid kas homoloogilist rekombinatsiooni oleks võimalik kasutada selleks, et vaigistada geene läbi põlvkondade, luues nii geneetiliselt modifitseeritud loomi? See oli küsimus, mille Caphecci ja Smithies esitasid endale teineteisest sõltumatult. Täna teame, et vastus sellele küsimusele on jaa.
Nüüdseks on Evans ja teised kasutanud nimetatud tehnoloogiat, et luua hiiri, kes oleksid inimese haiguste mudelid. Tänu tehnoloogiale on meil tänaseks parem arusaamine spetsiifiliste geenide funktsioonist, nende toimimise radadest, mis loovad võimaluse ennustada, kas ja mil määral mõjutavad neid radasid ravimid. Smithies on näiteks valmistanud inimese kõrge vererõhu ja arteriaalsete haiguste ekvivalente hiirel. Piltlikult võib öelda, et mitte ükski biomeditsiini valdkond ei ole olnud ühe või teise geeni väljalülitamise tulemustest puudutamata. On loodud enam kui 500 mudelit, mis on otseselt seotud selliste inimese kõige sagedasemate haigustega nagu vähk, südame-veresoonkonna või neurodegeneratiivsed haigused.
Tänaseks on homoloogilise rekombinatsiooni tehnoloogiat edasi arendatud ning ollakse võimelised geene vaigistama ajas ja ruumis, lülitades neid välja erinevates kudedes organismi mis tahes arengufaasis, kasutades selleks kummalegi poole geeni või geenifragmenti paigutatavaid loxP rekombinatsiooni saite. Need saidid aktiveerib transgeenses hiires töötav kohaspetsiifiline ensüüm Cre-rekombinaas.
Veelgi enam, on mindud geenide massilise väljalülitamise teed. Eelmise aasta jaanuaris panid Euroopa ja Kanada meditsiiniprogrammid aluse ambitsioonikale pingutusele valmistada rohkem kui 30 000 vaigistatud geeniga hiirt. Mõned kuud hiljem teatas USA projektist lisada veel 10 000, Hiina lubadused piirduvad 20 000 hiireliiniga. Kuidas need projektid koostöösse panna, on omaette küsimus. Selge on, et alguse sai kõik kolme nobelisti avastustest paarkümmend aastat tagasi.
Nobelisti lugu
Ometi polnud alguses kõik nii lihtne - iga nobelisti lugu väärib tähelepanu ja on paljuski õpetlik. Näiteks Itaalias sündinud Mario Capecchi on dramaatilise elusaatusega. Teadlase ema saadeti Dachau laagrisse, mis sundis noormeest elama tänavatel ja lastekodudes. Mario Capecchil õnnestus õppida Harvardis DNA uuringute pioneeri James Watsoni käe all. Capecchi pühendas ennast geneetikale. Algusest peale huvitas teda geneetilise mutatsiooni kulg ning selle mõjutamise võimalused. Ta veetis kuus aastat Harvardis, kuid surve kiiresti teadustulemusi saavutada oli liiga suur. Utah' Ülikool pakkus talle hoopis vabamat õhustikku - seal oli võimalik töötada projektidega, mille tulemust võiks ka kümme aastat oodata. On vist üsna tüüpiline, et uudsed ideed ei leia rahastajate heakskiitu. Oma esimese granti taotlemisel USA Rahvuslikust Terviseinstituudist (NIH) anti Capecchile vastuseks, et tema ambitsioonid "ei vääri otsinguid". Siis oli aasta 1980. Vaevalt üheksa aastat hiljem oli ta loonud geenipuudulikkusega hiire, mille eest Stockholmi Nobeli komitee otsustas teda sel aastal autasustada.
Evansi-Kaufmanni rakud
Tehnoloogia kujunemisel oli arusaadavalt osalisi rohkem kui tänased Nobeli preemia laureaadid. Nii mõnelgi on tekkinud küsimus, et miks just need kolm. Nii vääriks kindlasti osa preemiast Matt Kaufmann, kes töötas koos Evansiga ning koos kasvatati embrüonaalseid tüvirakke, millel alguses oligi nimeks EK-rakud ehk Evansi-Kaufmanni rakud. Ja Kaufmanni nimi on vaid üks võimalikest. Pealegi seisab iga uus avastus varem tehtu najal. Nii oli ka diferentseerumata tüvirakkude kontseptsioon välja käidud juba sada aastat tagasi, kuid tüvirakkude täpsed omadused jäid siiski aastakümneteks tabamatuks. Geenide homoloogiline rekombinatsioon bakterites on teada pool sajandit - Joshua Lederberg sai selle avastuse eest Nobeli preemia 1958. aastal.
Kas meil on siit midagi õppida? Kui palju on jäänud rahastamata potentsiaalseid Nobeli preemia laureaate või palju on rahastatud liigambitsioonikaid projekte, mis pole kuhugi viinud? Ja veel üks küsimus. Milline riik siis saab endale au lisada oma nobelistide nimekirja veel ühe laureaadi? Capecchit peavad enda omaks nii itaallased kui ka ameeriklased. Smithies on ameerika ja briti teadlane. Aga kuidas on meie enda laureaat Ostwaldiga? Ja kas see ongi tähtis. Oluline on teadmine, mis meid edasi viib parema ja tervema inimkonna poole. Samas on britid uhked, et vaatamata paljude briljantsete teadlaste lahkumisele USA-sse, on Gloucestershire'is sündinud sir Evans jäänud kodumaale ning jätkab tööd Cardiffi Ülikooli linnakus.
Ka ülikoolilinnas Tartus jätkub kümme aastat tagasi transgeense tehnoloogia laboris alustatu. Nii uurivad ülikooli füsioloogid biomeedikumis geeniekspressiooni muutusi ajus ärevuse korral ning käitumuslikke muutusi oluliste märklaudgeenide (kolestsüstokiini retseptor, volframiin) puudulikkusega hiirtel. Arengubioloogia osakonnas kaitsti hiljuti doktoritöö GATA perekonna transkriptsioonifaktorite mõjust sisekõrva arengule. Rakubioloogid on alustanud inimese tüvirakkude uurimisega. Loodud on kümneid vaigistatud geenidega mudelhiiri potentsiaalsete haiguste ravimeetodite väljatöötamiseks. Ja näiteid võib veelgi tuua.
Poleks tänaseid nobeliste, oleks Tartus ja kogu Eestis uurimisvaldkonnad kindlasti teisesuunalised. Samas olen veendunud, et Capecchi, Evans ja Smithies ei ole viimased, kes meie teadust mõjutavad.
Mario R. Capecchi on sündinud 1937. aastal Itaalias. Kaitses PhD väitekirja biofüüsikas 1967. aastal Harvardi Ülikoolis. Howard Hughes' Meditsiiniinstituudi teadur ning inimgeneetika ja bioloogia professor Utah' Ülikoolis Salt Lake Citys.
Sir Martin J. Evans on sündinud 1941. aastal Suurbritannias. Kaitses PhD väitekirja anatoomias ja embrüoloogias 1969. aastal University College'is Londonis. Bioteaduste kooli direktor ja imetajate geneetika professor Cardiffi Ülikoolis.
Oliver Smithies on sündinud 1925. aastal Suurbritannias. Kaitses PhD väitekirja biokeemias 1951. aastal Oxfordi Ülikoolis. Patoloogia ja laboratoorse meditsiini professor Põhja-Carolina Ülikoolis.
ALAR KARIS (1958) on
molekulaargeneetik. Ta on lõpetanud 1981
Eesti Maaülikooli ja kaitsnud 1987
veterinaariateaduste kandidaadi kraadi. Teadustegevuse põhisuunad:
arengubioloogia, molekulaargeneetika ja transgeenne tehnoloogia. Alar
Karise juhendamisel on kaitstud 4 teadusmagistri kraadi, 2
filosoofiadoktori väitekirja. Töötanud Tartus,
Rotterdamis, Londonis, Hamburgis. Aastail 2003-2007 Eesti
Maaülikooli rektor, 2007. aastast Tartu Ülikooli rektor.
