Valkudest rakised valkude tegemiseks

Marek Strandberg

Valkude sünteesi kohta rakkudes on taas ilmsiks tulnud uusi andmeid. Riigi teaduspreemia saaja Jaanus Remme Tartu ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudist on oma kaastöötajatega avastanud, et peale nende valkude, millest on kokku pandud elusrakus valke valmistav aparaat, ribosoom, on pärilikkusainesse sisse kirjutatud ka selliste valkude valmistamine, ilma milleta ei ole võimalik organismis teatud komponente üldse sünteesida. Tegemist on omapärase valgulise rakisega, mille olemasolu korral suudab rakk sünteesida teatud valke. Vaatamata tõsiasjale, et pärilikkusainet ja valgusünteesi on uuritud põhjalikult üle poole sajandi, näitab Jaanus Remme avastus, et rakkude toimimine ei ole kaugeltki täiel määra teada ega arusaadav. Teaduse tulemuslikkus põhineb ennekõike ulatuslikul koostööl, aga ka teadusliku informatsiooni võimalikult vabas ja ulatuslikus kättesaadavuses. Jaanus Remme arvates on möödapääsmatu, et teadusliku informatsiooni hindamise ja avaldamise eest hakkab järjest rohkem maksma avaldaja ise ning teadmised peavad olema kõigile vabalt kasutatavad. Selline lähenemine loob ulatusliku ligipääsu teadusinformatsioonile. „Kasutaja maksab” põhimõte, mida teaduskirjastused praegu veel laialdaselt harrastavad, loob olukorra, kus igast ajakirjanumbrist ei pruugigi olla vajalikku lugeda, kuid andmebaasi kasutamise litsents nõuab tasumist igal juhul. Riigi teaduspreemia andmisel märgiti, et teie töödes leidub uudseid tähelepanekuid bakterite ribosoomide ja valgusünteesi kohta. Et pärilikkusainest saab ribosoomide kaudu valke sünteesida, on teada pikka aega – need teadmised on jõudnud kooliõpikuissegi –, kuid mis on see uudne aspekt, millest sai preemiavääriline? Jaanus Remme: Tegelikult on see lugu seotud ühe valguga. Valk ise on hästi tuntud, kuid selle roll valgusünteesis ei olnud sugugi selge. Seda valku esineb kõigis organismides, omapärane on aga see, et sel valgul on küljes täiesti unikaalne keemiline rühm, mida on vaid sellel valgul ega kusagil mujal looduses, teadaolevalt muidugi. Meie oleme oma töödega selle valgu olemuse kindlaks teinud.

Mis on selle valgu nimi?

Bakterites on selle nimi EF-P.

Ja milline on siis selle valgu roll?

See valk on vajalik teatud valgu kindlate aminohappeliste järjestuste sünteesimiseks ribosoomis. (Valgusünteesi aluseks on pärilikkusaine, mille nukleiinhappeline järjestus määrab ära selle, millises järjekorras ribosoomis valgusünteesi käigus aminohappeid valguks liidetakse. Igale kolmesele nukeliinhappejärjestusele pärilikkusaines vastab üks aminohape, mille ribosoom järjekordse pärilikkusaine molekulis oleva „kolmiku” äratundmisel peab valgule lisama. – M. S.)

Seda abivalku pole vaja kõikide valkude sünteesimisel, kuid on kindlad valgud, mida ilma sellise abivalguta sünteesida ei olegi võimalik.

Kas võime siis öelda nii, et pärilikkusaines on kirjas ka selliste tööriistade või rakiste sünteesimise eeskiri, ilma milleta teatud valke pole võimalik sünteesida?

Täpselt nii see on ja see on täiesti uus arusaam valgusünteesis. Senine arusaam oli selline, et valke sünteesitakse ribosoomides ja n-ö abivahendid, mida selleks vaja, on kõikide valkude jaoks samad ning neidki sünteesitakse kõigi jaoks. Konkreetselt seda valku kui rakist on vaja, et ribosoomis oleks võimalik valmistada polü­proliinseid valke. Proliin on üks aminohapetest ja polüproliinsed valgud on sellised, kus mitu proliini molekuli on jätkatud üksteisega.

Kas polüproliinsetel valkudel on mingi eriline roll?

Kolme proliinimolekuli järjestikku sisaldavatel valkudel mingit ühist rollinimetajat ei ole. Nende hulka kuuluvad aga ka valgusünteesi abistavad valgud.

Meie tööd näitavad seda, et mõnede valkude valmistamiseks peavad rakud end ette valmistama ja eelnevalt valmistama valgud, mille abil see võimalik on.

Milles seisneb selle tähelepaneku praktiline tähendus?

Valdavalt on see mõistagi alusuuring ja avab elu uusi aspekte, kuid võib öelda, et teatud juhtudel võib uutest teadmistest abi olla ravimiarenduses. Põhjuse nii arvata annab asjaolu, et see funktsionaalne valk, mis võimaldab omakorda polüproliinseid valke valmistada, on bakterites piisavalt erinev sellest, milline on see tuumaga rakkudes, millest koosnevad hulkraksed organismid. Inimene nende hulgas. Kuna tegemist on eluliselt väga olulise funktsiooniga, siis selle n-ö rakisvalgu erinevus bakterites ja inimeses võimaldab mõttel liikuda uute baktereid hävitavate ühendite, antibiootikumide, poole.

Kas see avastatud valk on kuidagi seotud ka paljuräägitud bakterite resistentsusega antibiootikumide suhtes?

Bakterite resistentsust antibiootikumide suhtes mõjutavad mitmed asjaolud. Peamine protsess, kuidas see toimub, on seotud ribosoomiga ja selles toimuvate kohanemisprotsessidega, sest üldjuhul püüavad antibiootilised ained valgusünteesi sassi lüüa. Ja näib paratamatuna, et bakteritel kujuneb kõigi nendevastaste ainete suhtes välja resistentsus. Just seepärast ongi möödapääsmatu luua aina uusi antibakteriaalseid aineid.

Kas on teada, et antibiootikumid mõjutavad kuidagi ka inimese genoomi?

Sellist mõju teada ei ole, küll aga mõjutavad antibiootikumid inimese rakkude toimimist. Nii on kasutusest välja jäänud suurte kõrvalmõjudega antibiootikume ja peamine, mida antibiootikumid mõjutavad, on raku mitokondrites toimuv valgusüntees. (Evolutsiooniliselt on mitokondrid rakkudesse evolutsiooni käigus sisenenud bakterirakud. – M. S.)

Kas sellise rakisvalgu rolli avastamine on uudne ja pöördelise tähendusega?

Jah kindlasti on uudne ja avab nii mõndagi tähelepanuväärset rakkude toimimises, kuid pöördeliseks ei tihka ma seda nimetada. Sama temaatikaga tegelevad paljud töörühmad üle maailma ja meie töö on üks osa sellest. Siinkohal on põhjust esile tuua Lauri Peili, kelle panus sellesse valdkonda on olnud väga oluline. Praegu on ta Edinburghi ülikoolis järeldoktori ametis. Just Lauri on kavandanud leidlikud katsed, millega mass-spektroskoopia meetodeid kasutades jõudsime uue nähtuse jälile.

Selle töö puhul on eriti oluline tähele panna, et tulemused sündisid ulatuslikku koostööd tehes. Eestist oli koostöösse kaasatud mitu töörühma, lisaks š otimaalt Edinburghi ülikool ja Müncheni ülikooli geenikeskus. Koostöö on ainus tee, et saada kaalukaid tulemusi.

Kas see avastus oli juhus või sihipärase tegevuse vili?

Avastus ise on sihipärase töö tulemus. Natuke juhuslik võis olla ehk valik, kuidas me selle teema juurde jõudsime.

Mida arvate teaduse ja kõrghariduse ülesehitusest ja seisust?

Eesti teadus on osa maailmateadusest ja muudmoodi see olla ei saakski. Eks ma saan rääkida oma valdkonnast ja selles on muutused 20 aasta taguse ajaga võrreldes märkimisväärsed. Me liigume edasi rööbiti sellega, kuhu liigutakse Soomes ja Rootsis. Parem teaduse kvaliteet on möödapääsmatu, sest teaduse kvaliteedist ja tasemest sõltub ka meie kõrghariduse seis.

Kas teie avastusel on jaksu kujuneda mõne majandusettevõtmise aluseks?

Seda potentsiaali ma praegu küll veel ei näe.

Millised on üldse kuumad teemad nüüdisaegses rakubioloogias? On ju rakk teaduslikult lõpuni avamata ja kirjeldamata süsteem, mis uurimisobjektina sarnaneb pigem universumiga, ja uus lähenemine annab võimaluse kirjeldada aspekte, millest varem aimugi ei olnud.

Olen sama meelt, et rakk ja selles toimuv võimaldab jätkuvalt avastamist. Ilmselt on nii, et ükskõik millist raku aspekti süvitsi uurides on võimalik leida uusi seoseid. Aga eriti huvipakkuvaks valdkonnaks on kujunenud, ja seda nii raku- kui ka molekulaarbioloogias, süsteemibioloogia. See lähenemine võimaldab kirjeldada rakke ja nende süsteeme, tuntud nähtusi ja protsesse tervikuna ning ka mõõta ja analüüsida elusaine kogumeid tervikuna. Nii nagu need looduses toimivad, mitte eraldatuna, vaid ikka seostes teistega. Sellisest lähenemisest sünnib uusi teadmisi, ja nagu teaduses ikka, ka uusi küsimusi ja probleemipüstitusi.

Meil on nüüdisaegsete vahenditega võimalik saada elusorganismide ja nende süsteemide kohta tohutul hulgal teavet. Teavet organismide genoomi kohta, nende talitluse kohta, ainevahetuse ja selles figureerivate valkude ja muude ainete ning nende muundumise kohta. Seda ühelt poolt. Teisalt peabki sellise infohulga käsitlemisel ning analüüsimisel kasutama süsteemibioloogia lähenemist, et elusast paremini aru saada.

Kuidas on aga lood sünteetilise bioloogiaga? Uute ainevahetusmehhanismide ja organismide loomisega, mida näiteks Maailma Majandusfoorum peab tähtsaks ettevõtmiseks.

See on kindlasti huvitav ja perspektiivne uurimissuund, kuid täiesti sünteetilise organismi loomisest oleme väga kaugel. Esialgu on tegemist tõesti biotehnoloogiaga, kus olemasolevaid organisme muudetakse ja kohandatakse majandushuvide vajadustele vastavaks. See valdkond areneb tõesti tohutu kiirusega.

Millal jõuab inimese toidulauale sünteetiline toit? Oleme oma põllumajandusliku maa kasutusega ökosüsteemi piirini jõudmas.

Toit ilmselt mitte veel niipea. Küll aga on paljud toidulisandid kas täissünteetilisena või selleks kohandatud organismidega tehtuna meie igapäevatoidu osa.