2005/3



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Intervjuu EL 2005/3
Stress paneb bakterite maailma liikuma

Maia Kivisaar (1960) on sndinud Harjumaal Kosel. Lpetas 1978 Vndra keskkooli ja 1983 Tartu likooli bioloogina geneetika erialal. Olnud Tartu likoolis 19831985 geneetika ja tstoloogia kateedri nooremteadur, 19861991 plasmiidibioloogia labori nooremteadur ja teadur, 19911992 molekulaar- ja rakubioloogia instituudi nooremteadur ja teadur ning alates 1993 samas instituudis dotsent. 1992 kaitses Tartu likooli juures filosoofiadoktori kraadi molekulaarbioloogia erialal. Avaldanud uurimusi molekulaarbioloogia ja geneetika valdkonnast. Eesti vabariigi teaduspreemia 1992 (autorite kollektiivi liikmena) ning 2005, viimati uurimuste tskli eest Bakterigenoomi mutagenees-adaptatsioonimehhanism keskkonna stressi tingimustes.

Kuidas sja teaduspreemia saanud tde tskli pealkirja saaks lihtsamalt seletada?


Uurime eelkige evolutsiooniprotsesside molekulaarseid mehhanisme. Kasutame mudelssteemina lihtsaid organisme, baktereid. Nad paljunevad kiiresti ja nii saame lhikese aja jooksul vaadelda paljusid plvkondi. Kui bakterirakkudes tekivad mutatsioonid, siis satuvad need rakud kohe valiku alla.

Kasulike mutatsioonidega rakud paljunevad populatsioonis edukamalt. Kui viia bakterid laboris keskkonda, kus saavad kasvama hakata ainult mutandid, tekib igast mutantsest rakust tardstmele bakterikoloonia, millest on vimalik isoleerida rakke ja uurida nende genoomis toimunud muutusi.

Peale selle on bakterites lihtne eri geene vlja llitada vi muuta nende avaldumise taset ning seejrel vaadata, kas ja kuidas need muutused mjutavad rakkude muteerumisvimet ja mutatsioonide tpi.

Meid, nagu ka mitmeid teisi uurimisrhmi maailmas, on viimastel aastatel huvitanud see, kas stressi tingimustes, niteks toitainete puudusel, on olemas mingisugused mehhanismid, mis suurendavad rakkudes mutatsioonide sagedust. Stressiseisundis rakkudes tekib DNA-snteesil rohkem vigu ning neid parandatakse vhem. Niimoodi suureneb mutatsioonisagedus ja htlasi kiireneb rakupopulatsiooni vime muutunud keskkonnatingimustega kohastuda.

Mnede geenide liiga krge avaldumistase suurendab mutatsioonisagedust. Siin vib niteks tuua geenid, mis kodeerivad DNA replikatsiooni teostavaid valke DNA polmeraase. Osa DNA polmeraasidest teeb DNA kopeerimisel tunduvalt enam vigu kui teised. Kui sellise vigaderohke DNA polmeraasi hulk rakus kasvab, suureneb ka mutatsioonisagedus. Samas on rakus olemas ka DNA reparatsioonissteemid, mis krvaldavad DNA snteesi kigus tekkinud vigu. Juhul, kui mni DNA reparatsiooniga seotud geenidest kaotab aktiivsuse, suureneb mutatsioonisagedus rakkudes kuni tuhat korda.


Sellel teadmisel on kindlasti ka oluline rakenduslik vljund?


Kui mikroobide evolutsioneerumist laiemalt vaadata, siis neme testi mitmeid praktilisi probleeme. Niteks ka inimese organismi sattunud patogeeni kasv on samuti mitmetel phjustel piiratud. Ta ei saa piisavalt toitaineid, peab vitlema teiste bakteritega elukeskkonna prast, samuti organismi immuunssteemiga, vimaliku antibiootikumraviga jne.

Neis stressitingimustes suureneb ka patogeensete bakterite mutatsioonisagedus. Kneldakse tuberkuloosi multiresistentsetest tvedest vi tstilise fibroosi patsientidest, kellel on krooniline Pseudomonas aeruginosa infektsioon: nad pevad pidevalt kopsupletikku ja seda on vimatu tagasi trjuda, kuna bakterid on kiiresti evolutsioneerudes muutunud multiresistentseks.

Siiski oleme eelkige uurinud eelmainitud P. aeruginosaga lhedases suguluses olevat mittepatogeenset liiki P. putida. Mittepatogeensete bakteritega on lihtsam ttada ja mudeli phjal saab teavet ldistada laiemalt.


Mis sellist mutatsioonisageduse kasvu ikkagi phjustab?


Kui vtame vaatluse alla geenid, mis kodeerivad niteks DNA snteesil vajaminevaid valke, siis on teada, et selliste geenide avaldumistase vib vastusena stressile tusta. Pame aru saada, mis polmeraasid ja millistel tingimustel viksid olla aktiveeritud ja vaatame kaitsemehhanisme, mis vigu krvaldavad: kui thusalt nad stressis rakkudes ttavad.

Vga oluline komponent on mobiilsed geneetilised elemendid, transposoonid. Enamasti on nende liiga sage mberpaiknemine genoomis kahjulik, kuna nad vivad liikuda rakule eluliselt thtsate geenide sisse ja neid inaktiveerida. Seetttu hoitakse rakkudes transposoonide genoomisisene mberpaiknemine tavaliselt hsti madalal tasemel, et ra hoida kahjulike mutatsioonide kuhjumist.

Kuid mni kord vib nende ringihppamisega kaasneda genoomis ka kasulikke mutatsioone. Mne transposooni puhul on leitud, et stressi tingimustes suureneb nende transpositsioonisagedus rakkudes oluliselt. Siit tekib ksimus: kas sellistel juhtudel pole enam kontrollmehhanisme, mis suudaksid transpositsioonitaset all hoida vi on evolutsioonis vlja kujunenud lausa strateegiad, et stressitingimustes oleks transpositsioonisagedus suurem.

Osa meie viimastel aastatel ilmunud tid ksitlebki transpositsiooni regulatsiooni stressis olevates rakkudes. Meie uuritav transposoon Tn4652 aktiveerub nlgivates bakterirakkudes. Transposooni Tn4652 uude kohta liikumise tttu vivad tekkida transposooni otsast ja mrklaud-DNAst liitjrjestused, mis toimivad promootoritena. Juhul, kui selline promootor tekib geeni ette, mida enne ei transkribeeritud, muutub vimalikuks geeni avaldumine. See on ks nide, kuidas transponeerumine vib rakule kasulikuks osutuda.


Miks see transposoon aktiveerub just nlgivates rakkudes?


Muutused nlgiva raku ainevahetuses toimuvad vga kiiresti: prsitakse paljusid geene, samal ajal aga llitatakse tle need geenid, mille avaldumine on vajalik just stressitingimuste leelamiseks. Tegemist on fsioloogilise kohastumusega, kus teatud regulaatorvalgud kontrollivad geenide avaldumistaset, ilma et oleks toimunud muutusi genoomis.

Niteks, kui rakkude kasv peatub ehk rakud on statsionaarses faasis, tuseb neis ligikaudu saja geeni avaldumistase tnu sigmafaktorile RpoS, mis on aktiivne just statsionaarse faasi rakkudes ja vimaldab RNA polmeraasil seonduda ainult teatud tpi promootoritele. See on ldine vastus stressile, mille kigus muutub rakus paljude geenide avaldumistase, kaasa arvatud ka neil geenidel, mis mjutavad meie uuritud transposooni Tn4652 liikumist genoomis.

Peale transpositsioonist phjustatud mutatsioonide tekib genoomis ka punktmutatsioone, kus DNA-s on toimunud kas nukleotiidipaaride asendused vi raaminihke mutatsioonid, mida on phjustanud mne nukleotiidipaari lisandumine vi kaotsiminek. Eritbiliste punktmutatsioonide tekkega on seotud erinevad vigaderohked DNA polmeraasid.

Hiljuti avaldasime artikli, mis ksitleb vigaderohke DNA polmeraasi Pol IV osalust stressist phjustatud mutageneesil bakteris P. putida. Leidsime, et see polmeraas on oluline ainult raaminihke mutatsioonide tekkel, kusjuures sellest polmeraasist sltuv mutatsioonisagedus suureneb ligikaudu kmme korda alles siis, kui rakud on viibinud toitainete nljas vhemalt ndal aega.

Siinkohal oleks sobilik rhutada seda, et looduses ongi bakterite pikaajaline nlgimine pigem norm kui erand. Selleks et uurida, kuidas bakterigenoom looduses evolutsioneerub, tuleks ka laborikatsetes senisest enam prata thelepanu protsessidele niisugustes rakkudes, mis on olnud pikka aega stressis.


Sageli tehakse katseid vaid soolekepikesega. Kui palju erinevad teiste bakterite samalaadsed mehhanismid?


Laias laastus on stressivastuse ja vigaderohke DNA snteesi mehhanismid ikkagi sarnased. Kui uurida nhtust hes bakteris, siis ei pruugi kiki vimalusi nha. Niteks soolekepikeses leidub selliseid polmeraase, mis teistes bakterites pole nii laialt levinud ning vastupidi. Seetttu on hea, kui nhtusi vaadatakse laiemalt.

Viimastel aastatel pole soolekepike enam ainus mudelobjekt. Varem, enne genoomide sekveneerimise aega oli teda geneetiliselt kige enam uuritud. Ndseks on mratud paljude bakterite genoomide primaarstruktuur (nukleotiidne jrjestus). Lihtsam on esitada ksimusi, kui tead midagi uuritava genoomi kohta: siis on vimalik geene isoleerida, vlja llitada vi nende ekspressiooni taset muuta.

Tean omast kest, kuivrd tpsemaid ksimusi sai hakata esitama prast seda, kui avaldati bakteri P. putida genoomi jrjestus. Nd, kui kolme Pseudomonase liigi genoom on sekveneeritud, on nende bakterite uurimine ha enam hoogustunud. Pseudomonaadid on looduses ldse ks kige arvukamaid laiemalt levinud bakterirhmi. Siia kuulub nii taime- ja loomapatogeene kui ka saproftseid mullabaktereid.

Viimasel bakterite molekulaarbioloogiat ksitleval EMBO konverentsil oli juba le poolte ettekannetest seotud just pseudomonaadidega. Eelmisel aastal ilmus Pseudomonasest kolmekiteline raamat, kus eri valdkondade asjatundjad ksitlevad neis bakterites toimuvate bioloogiliste protsesside molekulaarseid mehhanisme.

ks uuringute liikumapanev jud on meditsiiniline huvi: viimastel aastatel on palju tid ilmunud mkobakteritest, kuhu kuulub niteks tuberkuloositekitaja Mycobacterium tuberculosis. Vga palju on hakatud tegelema P. aeruginaosaga, kes on oportunistlik patogeen.


Teaduspreemia anti nimeliselt kll hele uurijale, ent ilmselt on selle taga mitme inimese t?


Peab rhutama, et molekulaarbioloogias ei saagi keegi ksinda midagi ra teha: see on rhmat. Kuid teaduspreemiale esitamisel selgus, et soovitatavalt peaksid rhmas olema kik doktorikraadiga inimesed. Meil aga mitu inimest alles kirjutavad oma doktoritd. Nii vi teisiti on teaduspreemia tunnustus kogu uurimisrhmale.


Millised on teie uurimisrhma teadust phisuunad?


ks olulisemaid ongi mikroobipopulatsioonide geneetilise adaptatsiooni uurimine. See uurimissuund sai meil jalad alla tnu HHMI (Howard Hughes Medical Institute) toetusele programmi raames, mis jagab viieaastaseid uurimistoetusi Ida-Euroopa ja Nukogude Liidu koosseisu kuulunud riikide teadlastele, kes tegelevad bioloogiliste protsesside alusuuringutega, millest tulevikus viks kasu olla ka biomeditsiinile. Konkurss oli pris tugev, kuid T molekulaar- ja rakubioloogia instituuti ja Eesti biokeskusesse tuli sealt kolm uurimistoetust.

Varem uurisime peamiselt fenooli lagundamist mravate geenide transkriptsiooni regulatsiooni bakteris P. putida. Selgus, et fenooli degradatsiooniraja ekspressiooni mjutab tugevalt bakterite kasvukeskkond: fenooli katabolismiraja geenide transkriptsiooni takistatakse toitainerikkas kasvukeskkonnas ja indutseeritakse kiiresti, kui bakterid on stressis. Millised on sellise fsioloogilise kontrolli molekulaarsed mehhanismid see ksimus on ikka pevakorral.


Kuidas paistab teie uurimisrhm teiste maade taustal?


Publitseerimise edukus on ilmselt ks nitajaid. Oma eriala philistes ajakirjades, mida kik loevad, oleme omi artikleid avaldanud. Arvatavasti on mingi nitaja ka see, et mul paluti kirjutada mutatsiooniprotsesse ksitlev peatkk eelmainitud Pseudomonase-monograafiasse.

Kige tugevamad on sama valdkonna uurimisrhmad Ameerika hendriikides. Seal on olnud alusuuringuteks lihtsam raha saada. Senine teaduse finantseerimise ssteem Euroopas on soosinud eesktt rakenduslikke uuringuid, kus t on jaotatud paljudes riikides tegutsevate laborite vahel. Kahjuks jagavad raha rohkem Brsseli ametnikud kui teadlased. On lootust, et tulevikus hakkab midagi siiski muutuma.

Meie rhm on siiani saanud suuremad vlistoetused USAst. Oleme saanud toetust ka Eesti teadusfondilt. See aitab muu hulgas kraadippuritele stipendiume maksta. Noortel inimestel on raha ikka tarvis ja kui nad ei saa seda siit laborist, siis peavad nad kuskil mujal ttama, ning tulemused kannatavad.


Ttegijaid ikka jtkub?


Kui vrrelda muu maailmaga, siis meil on vga suur osa kraadippuritel. Siia on sattunud vga tublisid inimesi, ka selliseid, kes juba likooli teisel aastal on hakanud siin edukalt ttama.

Mujal teevad samasugust td enamasti jreldoktorid. Meil on kll mned teadurid, kes on doktorit kaitsnud ja pole mingil phjusel vlismaale jreldoktorantuuri linud, vaid jtkavad siin oma td. Kuid vimalusi leida raha, et kutsuda siia inimesi vljastpoolt Eestit jreldoktorantuuri, kes selleks, et hid artikleid saada, siin kolm aastat palehigis td teeksid, oli enne Eesti hinemist Euroopa Liiduga sna vhe.


Kui vrrelda varasemate aastatega, kas lipilaste tase on muutunud? Kas noored on nd targemad?


Arvan kll, et vrreldes niteks minu pinguajaga on tase kindlasti paranenud. Nad saavad tunduvalt rohkem erialaaineid, mis isegi omavahel kattuvad. Kuid kordamine nansse lisades ei tee kunagi halba. Sel ajal, kui mina likoolis ppisin, oli palju selliseid aineid, millega hiljem polnud midagi peale hakata.

Praegu on tavaprane, et niteks ajakirjas Science ilmub uus info, ppejud loeb seda Internetist ja kahe tunni prast rgib sellest loengus. Varem info nii kiiresti kohale ei judnud.


Kui palju Te lipilasi petate, loenguid peate?


ksjagu, sest olen Tartu likooli dotsent. Ametlikult peaks aasta ringi iga pev olema ppetd, ent tegelikkuses nnestub seda siiski nii sttida, et aega jb ka teadusele. Samas aga, kui ppetsundi ei oleks, vib kergesti juhtuda, et jd liiga kitsalt ainult oma erialasse kinni.

Siin geneetika ppetoolis loen kaht ldkursust, millest geneetika I on kogu teaduskonna tudengitele ja ka vljapoole. Niteks selle aasta loengutele on end kirja pannud le kolmesaja kuuekmne tudengi. Kui loeng on korra ette valmistatud, siis selle pidamine kskik kui suurele lipilaste hulgale on lihtne. Edaspidi tuleb materjali muidugi tiendada, sest uut infot tuleb pidevalt. Kige suurem vaev ppejule on hinnata sellise suure hulga tudengite eksamitid.

Geneetika II on juba rohkem erikursus, seal jb tudengite arv saja piiresse, enamasti bioloogid ja geenitehnoloogid. ks mu kitsam erikursus ksitleb bakterite molekulaarbioloogiat. Seal on vaatluse all kik bioloogilised protsessid bakterites, geeniregulatsiooni eri tasandid, rakutskli kontroll ja replikatsioon bakterite eri kasvutingimuste puhul.


Riigi teaduspreemia saite ka 1992. aastal. Kas uurimissuunad on vahepeal muutunud?


Uurimissuundadest oli juba juttu, kuid pris esimestest tdest testi mitte. Kunagi alustasin Ain Heinaru juures fenooli lagundavatest bakteritest. Minu esimene uurimisteema oli seotud fenooli lagundamist mravate geenidega. Leidsin, et need geenid paiknesid kromosoomivlistes geneetilistes elementides plasmiidides. Edasi nnestus vastavad geenid isoleerida ja tpsemalt iseloomustada.

Aastate eest oli suur tulekahju plevkivikaevanduses. Siis sai siit prit baktereid keskkonda lastud ja fenoolide hulk selle tttu vhenes. Artiklid, mis ksitlesid fenoolsete hendite lagundamise geneetilisi aspekte mikroorganismides, oli ks osa uurimistst, mis sai 1992. aastal teaduspreemia.

Mudelobjektiks on meil ikka jnud Pseudomonas putida. Kuid bakterite geneetilise kohastumise uurimine stressitingimustes on testi uus teema. Inspiratsiooni sai see 1990ndate aastate esimesel poolel ajakirjades Science ja Nature ilmunud tdest, kus rgiti adaptatiivsetest mutatsioonidest. Soolekepikest nljutati: tal polnud vimet sa laktoosi. Kuid laktoosi keskkonnas tekkisid neil mutatsioonid, mis vimaldasid seda tarbida. Kuidas oli see vimalik, sest kui neid niisama nljutati, ei saadud selliseid mutante ktte.

Ngime ka oma uuritavatel bakteritel, et teatavates tingimustes tekivad fenooli lagundavad mutandid kergesti. Tekkis huvi neid tekkephjuseid teada saada. Leidsime, et kui bakterid olid juba enne olnud stressikeskkonnas, siis sellisesse rakupopulatsiooni ilmus mutante sagedamini.


Tavaprane ksimus: kas tippteaduse krvalt jb Teil aega ka harrastuste jaoks?


Aeg-ajalt lihtsalt peab muude asjadega tegelema. Mul on harrastuseks saanud aeroobika- vi tantsutrennis kimine: kui vhegi vimalik, siis lhen htul sinna. Kindlasti on vaja leida aega, et lugeda ilukirjandust, ning mnikord spradega kokku saada ja suvel reisimas kia. Teatud perioodid on muidugi tisemad, kuid inimene kib maha, kui ta ldse midagi muud peale teaduse ei harrasta. Eriti tuntav on see kirjatid tehes: kui ikka silm juba kinni vajub, siis jrgmisel peval vaadates ei kannata nii tehtud tekst kuigivrd kriitikat.



Geneetikut ja molekulaarbioloogi Maia Kivisaart ksitlenud Toomas Kukk
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Mis see on?
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet