Mart Loog näitab molekulaarse süsteemibioloogia laboris TÜ loodus- ja tehnoloogiainstituudis pärmirakkude kolooniaid, mida uurides on nad paari aastaga teinud läbimurde. Järgmiseks uuringuks eraldab bakteritest DNAd biokeemia doktorant Rait Kivi (paremal).
FOTO: Margus Ansu
Värskelt molekulaarse süsteemibioloogia professoriks valitud Mart Loog on Tartu ülikooli tehnoloogiainstituudis juba aastaid tavalist pagaripärmi kasutades uurinud rakkude pooldumist ja nüüd saavutanud teadusliku läbimurde.
«Kui meil poleks olnud pärmi, oleksime oma teadmistes vähist mitu aastakümmet tagapool, kui me praegu oleme,» meenutas Mart Loog 2001. aasta sügisel Nobeli auhindade üleandmisel kuulsa nobelisti Sir Paul Nurse’i öeldut.
Just uued teadmised rakkude pooldumist käivitavatest ja reguleerivatest mehhanismidest on aluseks uutele võtetele võitluses vähktõve ja paljude teiste haiguste vastu. See innustab ka Mart Loogi rakkude pooldumisprotsesse põhjalikult tundma õppima.
Pärmirakkude panus
Täpsemalt on Loog viimasel paaril aastal uurinud raku pooldumise protsessi kontrolliva valgu proteiinkinaasi CDK töötamist. Rakkude pooldumise uuringutest kirjutas Tartu Postimees pikemalt ka paar aastat tagasi, kui Mart Loogi uurimisrühm leidis, et kahe raku pooldumisele peab eelnema kahe teineteisest sõltuva signaalkoodi sisestamine.
Selle avastusega jõudsid Eesti teadlased maailma autoriteetseimasse teadusajakirja Nature.
Nüüd oleme rakkude pooldumisest veelgi rohkem teada saanud. Tartu ülikooli teadlased kirjeldasid koostöös USA Santa Cruzi ülikooli teadlastega detailselt valgu jagunemise tsüklit juhtiva valgu proteiinkinaasi CDK tööd ja said teada, kuidas see käivitab jagunemiseks vajalikke lülitusprotsesse valkudele fosfaatrühmade lisamise abil.
Uue teadmise vormistasid Eesti ja USA teadlased kaheks teadusartikliks ja need valiti USA teadusajakirja Science Signaling 2013. aasta teaduslike läbimurrete nimekirja.
Jagunemise saladus
Milles see läbimurre ikkagi seisneb? Mart Loog tõmbas sügavalt hinge ja tunnistas, et polegi veel harjunud enda juhendatud töö läbimurdelisust populaarteaduslikult sõnastama. «Minu jaoks olid need lihtsalt kaks valminud artiklit, uurimistöö käib praegu juba uutes suundades,» lisas ta.
Kuid alustades üldisemast: rakkude pooldumine on eluslooduse üks keskseimaid protsesse. Rakkude pooldumisel tehakse ühest rakust koopia – ühe raku asemele tekib kaks uut. Niimoodi antakse edasi ka geneetiline informatsioon.
«Pärmirakud jagunevad pidevalt, tehes selleks läbi kindlas järjekorras mitmeid keerulisi protsesse. Jagunemisel toimuvad erinevad etapid ja igas suures etapis on palju väikseid sündmusi, mis peavad olema hästi ajastatud,» tuletas Loog meelde juba bioloogiatunnis õpitut.
«Rakk on imeline struktuur, mida on pooldumisel vaja täpselt kopeerida. Selleks on vaja ülitäpset kellavärki, sest sündmused peavad toimuma õiges järjekorras ja õigel ajal. Valel ajal toimuvad protsessid võivad tähendada katastroofi, tekiksid anomaaliad ja haigusseisundid,» selgitas Loog.
Tema sõnul on bioloogias olnud pikka aega lahendamata fundamentaalne küsimus: kuidas neid protsesse kontrolliv CDK valk ikkagi suudab sündmusi täpselt koordineerida ja protsesse käivitavad lülitid just õigel ajal sisse lülitada.
«Nüüd oleme jõudnud selle mehhanismi uurimisel detailidesse,» ütles Loog. «Leidsime: et raku pooldumise kell tiksuks täpselt, protsessitakse pooldumist reguleerivad signaalid läbi teatavate mustritega valgumotiivide. Tegime väga täpse analüüsi mutantidega ja selgitasime välja nende protsessorsüsteemide omadused sellise detailsuse tasemeni, kuhu veel keegi polnud pilku heitnud. Ilmnesid mitmed hämmastavad seaduspärasused,» rääkis ta.
«Veel enam – neid süsteeme saab tõenäoliselt kasutada tuunitavate signaaliprotsessoritena tehisrakkudes,» lisas ta vaimustust varjamata.
Uus keskus Eestisse?
Raku signaaliprotsessorite uuringud ja nende disainimine, millega Loogi rühm tegeleb, kaldub teadusharusse, millest maailmas on räägitud vaid viimased kümmekond aastat. See teadusharu on sünteetiline bioloogia.
Ennustatakse, et paarikümne aasta pärast ümbritsevad meid kõikjal igapäevaelus tehislikud bioloogilised süsteemid. Võib-olla, et elutoas on meil siis lampide asemel helendavad taimed ja aianurgas isiklik biokütusetehas, mis kasutab toorainena prügi ja komposti.
Kui hakkame kuluma, siis asendame kulunud osad kehast täpse sobivusega tehiskudedega. Kehas ringlevad bakterid, mis on programmeeritavad üles leidma vähirakke ja sünteesima neid tapvaid ravimeid. «See kõik on tulevikus sünteetilise bioloogia abiga võimalik,» kinnitas Loog.
«Kõige tähtsam ja ka kõige käegakatsutavam eesmärk on ravimite süntees mikroorganismides ja rakuliinides. Idee on selles, et luuakse «targad rakud», mis sisaldavad terveid seeriaid taimedest pärinevaid biosünteesi geene. Nende abil saab toota mitmesuguseid ravimeid ja muid orgaanilisi ühendeid. Selline tegevus on ka keskkonnasäästlik: kaob suur energiakulu ja ka jääkainetest tulenev saaste, mis kaasneb klassikalise keemiatööstusega,» tutvustas professor uue teaduse lähimaid eesmärke.
Sünteetiline bioloogia on tulevikuteadus ja Mart Loog loodab, et ka Eestisse luuakse lähiajal selle teadusharu keskus.
«Mitte keegi ei ole veel sünteetilises bioloogias kasutanud meie poolt kirjeldatud multi-fosforüülimisel põhinevaid mehhanisme, mida me äsja analüüsisime. Me saame uute teadmistega esimesena sellesse valdkonda siseneda ja seda me juba ka teeme,» selgitas Loog oma uurimuse tähtsust uue teadussuuna kontekstis.
Raku signaalsüsteemide uuringud
• TÜ molekulaarbioloogide raku signaalsüsteemide uuringud, mis avaldati ajakirjas Nature Structural and Molecular Biology valiti maineka teadusajakirja Science Signaling 2013. aasta läbimurrete hulka.
• Peamise osa eksperimentidest tegid Mart Loogi juhendamisel Mardo Kõivomägi ja Mihkel Örd.
Arvamus
Mart Ustav
Tartu ülikooli tehnoloogiainstituudi direktor
See, et Mart Loogi teadustöö valiti aasta läbimurdeks, ei ole midagi erilist. Ma arvan, et meil juhtub seda igal aastal. Küsimus on selles, kuidas ajakirjanikud selle konteksti panevad ja kui palju me seda välja näitame.
Ma ei taha mitte mingisugusel määral vähenda Mart Loogi tulemuste olulisust, aga niiviisi peabki teadus toimima. See on normaalne ja näitab kahtlemata instituudi head taset.
Me tegeleme oluliste küsimuste lahendamisega, ja kui suudame mõne neist lahendada, siis on see kindlasti tähtis, tähelepanuväärne ja edasiviiv.
Mart Loog on õiges kohas, õigel ajal ja teeb õiget tööd. Võin kindlalt öelda, et meie instituudis on kõik professorid oma ala eksperdid.
Sünteetiline bioloogia ei ole sõnakõlks, vaid tõsine kokkulepe, et me hakkame arendama süsteemibioloogilist teadustööd loomaks organisme, mis on suutelised tekitama kas väga spetsiifilisi ravimeid või tootma keemilisi ühendeid, materjale.
Sünteetilise bioloogia rakendus majandusse on sedavõrd paljulubav, et võimaldab revolutsiooni kogu keemiatööstuses.
Selle suuna käivitamine on tehnoloogiainstituudis võimalik, kuna meil on sünteetilises bioloogias kasutatavate kõigi nelja organismi eksperdid: meil on taimebioloogia, pärmide, bakterite ja loomarakkude uurimise rühmad.
