Tallinna Tehnikaülikooli Keemia ja biotehnoloogia instituudi teadur dr Laura Tamberg kasutab oma uurimustöös äädikakärbseid. Intervjuus räägib ta, kuidas ta äädikakärbesteni jõudis, ja selgitab, kuidas need pisikesed putukad inimestega sarnased on.
Üldiselt peetakse äädikakärbseid tüütuteks pisikesteks putukateks. Kuidas sul tekkis mõte, et võtaks äädikakärbsed ja hakkaks neid uurima?
Kui tulin Tallinna Tehnikaülikooli magistriõppesse, siis ma ei teadnud, et hakkan kärbestega tegelema, vaid lihtsalt võtsin ühendust professor Tõnis Timmuskiga, kes on neurobioloogia professor ja neurobioloogia labori juht. Tema ütles, et võtab mind enda juurde magistritööd tegema. Aga ta lisas juurde, et Soomest tuleb siia eestlane dr Mari Palgi, kellest sai minu juhendaja. Tema on teinud oma doktoritöö Soomes, kasutades just äädikakärbest, ehk tema tõigi Soomest kaasa nii kärbsed kui kärbseteadmise. Nii avati tehnikaülikoolis kärbselabor, sest Eestis seda veel ei olnud.
Nii et sa teed tööd Soomest toodud äädikakärbestega?
Tegelikult ei ole meie kärbsed Soomest toodud, sest kärbseid saab osta spetsiaalsetest keskustest. Näiteks Ameerikas on suured kärbseliinide keskused, kust saab osta geneetiliselt erinevaid kärbseid vastavalt sellele, milliseid parasjagu vaja on. Päris palju kärbseliine oleme ka ise teinud modifitseerides nende DNA-d.
Kasutad äädikakärbseid ka oma teadustöös. Miks ja kuidas on äädikakärbsed saanud teaduses populaarseks mudelorganismiks, milline on nende sarnasus inimestega?
See on tegelikult hästi põnev. Laboris on äädikakärbest kasutatud ju hästi kaua – juba 1901. aastal tõi mees nimega William Castle Harvardi ülikoolis äädikakärbsed laborisse. Väga kuulus on ka Toomas Hunt Morgan, kes võttis äädikakärbsed kasutusele 1910. aastal, et uurida geene. Tol ajal ei teatud geenidest ega DNA-st midagi, aga Morgan uuris äädikakärbeste abil, kuidas erinevad tunnused päranduvad. Ta ristas erinevaid kärbseid ja jälgis siis nende tunnuste pärandumist.
Sellest ajast peale on äädikakärbest hästi palju laboris kasutatud. Ja mitte ainult meie siin Tehnikaülikoolis, vaid väga paljud laborid üle maailma kasutavad neid neurobioloogias, geneetikas, arengubioloogias ja mujal mudelorganismina.
Äädikakärbes on populaarne mudelorganism, kuna tema abil saab uurida paljusid inimese haigusi. Selle teeb võimalikuks see, et umbes 75% inimese haigusega seotud geenidel on vaste äädikakärbses. See tähendab, et see geen kannab sama funktsiooni. Äädikakärbse kasuks räägib veel see, et teda on lihtne kasvatada – ta vajab vähe ruumi ja tema elutsükkel on lühike olles 25 kraadi juures 9 päeva.
Mida see tähendab, et kasutatakse mudelorganismina?
See tähendab, et bioloogia uurimine, bioloogiateadus vajab mudelit, seda ei saa lihtsalt katseklaasis teha. Ja kuna meie siin laboris oleme neurobioloogid, siis iseenesestmõistetavalt loogilistel põhjustel ei saa me uurimisel kasutada inimaju mudelina – keegi ei taha ju anda enda aju. Seetõttu ongi vaja erinevaid mudeleid ja üheks mudeliks on äädikakärbes.
On teada, et protsessid, mis toimuvad raku sees, nagu näiteks signaalirajad, on hästi sarnased ehk konserveerunud. See on nii seetõttu, et inimesel ja äädikakärbsel on palju homolooseid geene – geene mis on sarnase funktsiooniga.
Mina uurin kahte intellektipuude sündroomi, kus on leitud inimeses geen, mis on vigane – vigast geeni kandvad patsiendid on tugeva intellektipuudega ja neil on muid erinevaid probleeme. Mõlema haiguse puhul on sarnast funktsiooni kandev geen olemas ka äädikakärbses. Ja kui ma äädikakärbse geenis teen mutatsioone või lülitan selle geeni välja või vähendan selle avaldumist, siis ma näen ka lisaks muudele tunnustele, et kärbsed näiteks ei õpi.
Kärbestel saab mõõta õppimist ja mälu ning uurida erinevaid molekulaarseid mehhanisme, mis haiguse puhul on häiritud. Seda on hea teha esialgu nii lihtsas mudelis nagu kärbes, keda on lihtne kasutada, lihtne paljundada, ja kogu info, mis me äädikakärbestest saame , on võimalik üle kanda imetajatele nagu hiired ja rotid ning võib-olla kunagi ka inimestesse.
Sa mainisid kärbse õpetamist, aga ma oletan, et sa ei õpeta talle, et 1+1=2. Mida sa talle õpetad või kuidas kärbest õpetada?
Enamik inimesi ilmselt on kuulnud Pavlovi katsest, mida ta tegi koeraga: õpetas koerale seostamatoitu kellukese heliga ja lõpuks piisas kellukese tilistamisest, kui koeral hakkas ila jooksma. See mida meie teeme, on sarnane ja seda nimetatakse inglise keeles Pavlovian conditioning. Meil on üks lõhn, mida me kärbestele näitame ja kärbes saab selle peale elektrišoki – ehk siis meil on toru, kus on kärbsed sees, ja me laseme sinna ühte lõhna ja nad saavad elektrišoki. See lõhn peaks kärbestele meelde jääma kui seostatud halvaga. Siis laseme teist lõhna, mille peale nad ei saa šokki. Lõpuks anname kärbestele valida nende kahe lõhna vahel ja kui neil on mälu korras, siis šokiga esitatud lõhna poolt nad põgenevad.
Vastupidi saab ka teha, et anda ühe lõhnaga suhkrut ja teisega mitte midagi. Kui anname neile valida, siis nad peaksid minema sinnapoole, kus on suhkur. See on positiivne, läbi premeerimise õppimine, aga esimene on karistav või negatiivne õppimine.
Seejärel saab kärbsed üle lugeda, kui palju kummagi lõhna poole läks, millest saab arvutuste tulemusena panna mälule numbrilise väärtuse.
Kas kärbestel esineb vaimset alaarengut või näiteks Alzheimerit? Või mida kärbsega tegema peab, et tal vaimne alaareng või Alzheimer tekiks?
Alzheimerit uuritakse meie kõrval laboris, aga ma võin lühidalt selgitada: kuna kärbsel ei ole Alzheimeri haigusega seostatud geeni, siis nemad panevad inimese vigase geeni kärbsesse ja kui see seal avaldub, siis saab samamoodi mõõta mälu, liikumist, näiteks ronimist – normaalselt lähevad kärbsed alati mööda toru ülespoole, aga kui neil on Alzheimeri geen aktiveeritud, siis nad ronivad vähem või neil ei õnnestu ronida üles ja nad ei õpi.
Kui oleme sellised mudelid loonud, nagu näiteks selle intellektipuude või siis Alzheimeri mudeli, siis on võimalik sööta neile ravimeid ja vaadata, kas käitumuslikud aspektid paranevad. Sealt edasi saab võib-olla kunagi need ravimid kanda kõigepealt hiirtesse, rottidesse ja lõpuks inimestele.
Kas on olnud ka ravimeid, mis on haiged kärbsed tervemaks teinud või vaimse alaarenguga kärbseid aidanud?
Jaa, kahte ravimit olen söötnud kärbsevakladele, kellega saab ka sellist mälukatset teha. Üks neist toimeainetest on looduslikult esinev aine resveratrooll, mida leidub näiteks mustikates ja punases veinis. On teada, et see on mälu parandava ja vananemisvastase toimega. Kui me seda neile söötsime, siis kärbeste mälu paranes.
Teine oli vähiravim, mis mõjub hästi laialdaselt üle genoomi. Kui me seda neile söötsime, siis nägime ka väikest mälu paranemist.
Mainisid meie jutuajamise alguses kärbsekeskuseid. See tundub põnev, sest mina kujutasin ette, et panete banaani või õuna lauale ja kärbsed tulevad ise kohale.
Meil on laboris ostetud või ise loodud kärbseliinid, kes elavad spetsiaalsetes purkides inkubaatori sees. Huvitav on see, kuidas neid üldse uurida, et nad ära ei lendaks. Selleks on välja mõeldud süsihappegaasisüsteem, kus mikroskoobi all on padjake, millest vabaneb pedaali vajutamise peale balloonist süsihappegaasi.
Kärbsed elavad meil purkides, millel on otsas vatikork. Kui me spetsiaalse püstoli vatikorgi ja purgi vahelt läbi paneme ja laseme selle kaudu süsihappegaasi, siis nad jäävad magama. Seda süsihappegaasi on seal piisavalt madal protsent, et nendega ei juhtu midagi. Aga meie saame võtta kärbsed ja pintsliga neid mikroskoobi all sorteerida: emased, isased – neid on vaja ristata.
Ristamiseks on vaja neitsiemaseid, kes ei ole veel samas purgis olevate isastega paaritunud. Sellised on kuni 8 tunni vanused emased kärbsed. Kui tahameeksperimendi jaoks kärbseid ristata, siis võtame neitsiemased ja paneme nad kokku soovitud isastega. Selleks paneme nad uude purki, kus nad paari minuti pärast üles ärkavad.
Seda kõike saab teha süsihappegaasi abil uinutatud kärbestega. Niimoodi saame neid sorteerida, vaadata erinevate tunnuste alusel ja otsida emaseid-isaseid.
See on nagu nukkudega mängimine?
Eks ta ole. (Naerab.) Mis on veel huvitav: äädikakärbeste kasutamise eest on saadud kuus Nobeli preemiat. Viimane saadi näiteks aastal 2017 ööpäevarütmigeenide ehk Clock geenide eest, mis äädikakärbestes avastati, ja sarnased süsteemid on ka inimeses. Seega, väga palju olulisi asju nii arengubioloogias kui ka ajubioloogias on tegelikult avastatud äädikakärbest kasutades.
Seega võiks öelda, et see esmapilgul väike tüütu putukas on tegelikult päris oluline ja kasulik tegelane?
Just, bioloogias on nad väga huvitavad ja olulised.
