Viimane Nobeli meditsiinipreemia organite arengu geneetilise regulatsiooni ja ettemääratud rakusurma uurimise eest jagati Sydney Brenneri, H. Robert Horvitzi ja John E. Sulstoni vahel. On aga veel neljas tegelane, kelleta Nobeli preemia saanud kolmik oleks nagu kolm musketäri ilma d’Artagnanita. Kuigi teda ennast pole palja silmaga nähagi – pisike ja suhteliselt läbipaistev –, oli tema roll väga tähtis. Temale ja ta miljonitele liigikaaslastele kuulusidki need organid ja rakud, mida kolm meest uurisid. Saage tuttavaks – Nobeli preemia laureaat nematood Caenorhabditis elegans!

Nagu öeldud, on meie kangelane ise kehasuuruselt väga tagasihoidlik: täiskasvanuna vaid umbes ühe millimeeti pikkune. Kuid nimi on tal selle-eest vägev.

Nii vägev, et näiteks eesti keelde ei ole kellelgi veel julgust olnud seda tõlkida. Perekonnanimetus Caenorhabditis koosneb kahest sõnast: caeno tähendab kreeka keeles uus ehk uudne ning rhabditis ladina keeles varba, pulgakest. Ümarusside ehk nematoodide klassi kuuluv sugukond Rhabditidae ongi eesti keelde tõlgitud kui varbussid. Liiginimetus elegans ei vaja lähemat seletamist – 1899. aastal liiki esimest korda Rhabditis elegans’ina kirjeldanud Maupas pidas ussikest niivõrd kauniks, et pani talle sellise elegantse nime. Ligi poolsada aastat hiljem otsustati, et loom kuulub siiski eraldi perekonda ning varasemale perekonnanimetusele lisati liide caeno-. Niisiis – elegantne uus varbuss. Et aga uhke nimi lohisema kipub, kutsuvad ussi sõbrad-tuttavad teda hüüdnime pidi C. elegans’iks (sii elegans) ning tihtilugu piisab ussiteadlaste ringis sõnast “the worm”.

Nagu öeldud, on meie kangelane ise kehasuuruselt väga tagasihoidlik: täiskasvanuna vaid umbes ühe millimeeti pikkune. Kuid nimi on tal selle-eest vägev.

Nii vägev, et näiteks eesti keelde ei ole kellelgi veel julgust olnud seda tõlkida. Perekonnanimetus Caenorhabditis koosneb kahest sõnast: caeno tähendab kreeka keeles uus ehk uudne ning rhabditis ladina keeles varba, pulgakest. Ümarusside ehk nematoodide klassi kuuluv sugukond Rhabditidae ongi eesti keelde tõlgitud kui varbussid. Liiginimetus elegans ei vaja lähemat seletamist – 1899. aastal liiki esimest korda Rhabditis elegans’ina kirjeldanud Maupas pidas ussikest niivõrd kauniks, et pani talle sellise elegantse nime. Ligi poolsada aastat hiljem otsustati, et loom kuulub siiski eraldi perekonda ning varasemale perekonnanimetusele lisati liide caeno-. Niisiis – elegantne uus varbuss. Et aga uhke nimi lohisema kipub, kutsuvad ussi sõbrad-tuttavad teda hüüdnime pidi C. elegans’iks (sii elegans) ning tihtilugu piisab ussiteadlaste ringis sõnast “the worm”.

USA nematoloog Ellsworth Dougherty oli see, kes viiekümnendatel aastatel ussikese kompostihunnikust esimest korda laborisse tõi ja talle seal uued mugavad elutingimused lõi. C. elegans’i kasvatamine laboris on lihtne: agarist, peptoonist, kolesteroolist ja mõnedest sooladest tehtud sööde valatakse petri tassile tarduma ning sinna peale külvatakse ussi söök – Escherichia coli ehk kolibakterid. Ussid tõstetakse tassile ja seal nad siis mugavalt söövad ja sigivad, kuni tass saab usse täis. Seejärel tõstetakse paar ussi jälle uuele tassile ja nii edasi.

Ussi väike kasv on just täpselt paras, et neid saaks kasvatada samasugustes oludes kui ainurakseid ning mikroskoobi alla mahuvad nad lausa suurepäraselt. C. elegans’i areng kestab toatemperatuuril (20 ˚C) umbes neli päeva, temperatuuril 25 ˚C kolm päeva. Selle aja jooksul koorub munast ussike, kes nelja larvistaadiumi (L1-L4) läbides kasvab suguküpseks hermafrodiidiks. Nimelt moodustavad ~99,95 protsenti populatsioonist hermafrodiidid (XX kromosoomidega) ning isaseid (X0) võib metsiktüüpi usside seast leida üliharva. On olemas spetsiaalsed mutantsed ussiliinid (him), mille puhul kaob meioosis X kromosoom ning isaseid toodetakse populatsioonis kuni 30 protsenti. L4 staadiumis toodab larv teatava koguse seemnerakke, mida ta hiljem täiskasvanuks saades kasutab munarakkude viljastamiseks. Iseviljastamisel muneb hermafrodiit oma kolme nädala pikkuse elu jooksul ligi 300 muna. Seevastu isase ussiga paaritudes suudab hermafrodiit toota üle tuhande järglase.

Kuna C. elegans koosneb ühe hulkrakse looma kohta tühisest arvust rakkudest – neid on täiskasvanud hermafrodiidil vaid 959, sealhulgas umbes 300 närvirakku – ning on seejuures ka meeldivalt läbipaistev, kujutab ta endast ideaalset uurimisobjekti arengu- ja neurobioloogidele. Sellest ideest haaraski 1963. aastal kinni nüüdne Nobeli preemia laureaat Sydney Brenner, kes arvestades kõiki ussikese häid omadusi, pani aluse nn. ussiteadusele (“worm science”). Nüüdseks on ussist saanud hästi tuntud ja levinud mudelorganism. Eriti populaarseks on ta molekulaarbioloogia laborites saanud pärast 1998. aastat, mil esimese hulkrakse loomana sekveneeriti Caenorhabditis elegans’i kogu genoomne järjestus. See sisaldab ligi sada miljonit aluspaari, olles seega umbes 20 korda suurem kui kolibakteri E. coli genoom ja 30 korda väiksem kui inimesel.

Muutes katselooma ehk mudelorganismi geneetilist järjestust (kas keemiliste mutageenide või molekulaarbioloogiliste meetodite abil) ning jälgides, milliseid muutusi looma väljanägemises ja/või käitumises see endaga kaasa toob, on võimalik leida seoseid fenotüübi ja genotüübi vahel. C. elegans’i mudelorganismina kasutavates laborites üle kogu maailma on mutageneesi abil loodud üle poolteise tuhande geneetiliselt modifitseeritud ussiliini, millel mingi geen (või mitu geeni korraga) on vähemal või rohkemal määral “rikutud”.

Ussi geenidele pannakse nimi kindla nomenklatuuri järgi: esimesed kolm tähte tähistavad geeni funktsiooni, number tähistab vastavasse geeniklassi kuuluvat geeni. Näiteks geen mlc (myosin light chain) geeniklassi kuulub kolm müosiini kerget ahelat kodeerivat geeni - mlc-1, -2 ja -3. Tihti nimetatakse geeniklasse mutantsete usside fenotüübi ehk välimuse või käitumise järgi – näiteks ussid, kellel on muteeritud DNA järjestust ühes 20-st dpy-geenist (“dumpy“ ehk matsakas, jässakas), on lühemad ja trullakamad kui tavalised ehk metsiktüüpi ussid. Kui mutatsioon asub mõnes rol’i-geenis (roller – rullija, veereja), hakkab uss ringiratast liikuma. Rol-3 mutandid teevad ringe vastupäeva, rol-6 ussid päripäeva.

Kuna C. elegans’il on vähe rakke ja läbipaistev keha, oli võimalik kindlaks teha iga üksiku raku funktsioon ussi arengus ning selle arengutee alates sügoodist kuni diferentseerunud rakuni. Tervikliku C. elegans’i rakkude sugupuu pani kaheksakümnendatel aastatel kokku John Sulston. Seetõttu on nüüd võimalik uurida, kuidas mõjutavad geenid rakkude diferentseerumist ehk “raku saatust” (ingl. cell fate). Jälgides ussi arengut viljastatud munarakust 959-rakulise täiskasvanud isendini, ilmnes, et arengu jooksul toodetud 1090-st rakust saja kolmekümne ühe saatus on karm: need rakud on määratud enesetapule.

Selline “ettemääratud rakusurm” ehk apoptoos on tegelikult organismide arengus niisama loomulik kui rakkude paljuneminegi. Kõik me ju teame “sabaga konnade” ja “päris konnade” probleemi Miku ja Manni konnapüüdmise laulus. Et “päris” konnal saba ei ole, on just programmeeritud rakusurma “süü”. Samamoodi võime apoptoosile tänulikud olla selle eest, et meie sõrmede ja varvaste vahel ei ole lesti: ka selle looteea sõrmedevahelise mesodermi “sööb” organism ise ära. Nimelt laguneb apoptoosile määratud rakk teatud mehhanismi toimel väikesteks rakumembraaniga kaetud osadeks, mille makrofaagid ehk “õgijarakud” ära söövad.

Täiskasvanud inimesel tekib iga päev juurde üle tuhande miljardi raku – kui niisama palju rakke iga päev ei sureks, ei hakka parem endale ette kujutamagi. Üks selline haigus, kus surmale määratud rakud seda kohe kuidagi teha ei taha, on näiteks vähktõbi. Samas on hulk niisuguseid hädasid, kus ka teised rakud suitsiidimaaniaga kaasa lähevad ning enne õiget aega end ära süüa lasevad. Et aga selliseid haigusi ravima õppida, on vaja teada, kuidas apoptoosimehhanism normaalselt toimib: mida programmeeritud rakusurma “programm” endast kujutab ehk millised geenid selle eest vastutavad.

Siin tulevadki inimkonnale appi Nobeli preemia kolmas laureaat H. Robert Horwitz ning C. elegans. Horwitz jätkas Brenneri ja Sulstoni tööd C. elegans’i geneetika ja rakkude sugupuu alal, püüdes saada jälile rakusurma geneetilistele tagamaadele. Tema töid saatis edu. Aastal 1986 avaldatud artiklis kirjeldas ta kahte nn. surmageeni (ced-3 ja ced-4), mis otseselt vastutavad rakkude apoptoosi eest. Veel on ta teinud kindlaks geeni ced-9, mis hoiab “surmageenidega” seondudes rakku suremast, ning terve hulga teisi geene, mis reguleerivad rakusurma. Kui ussil olid need geenid välja selgitatud, sai võimalikuks leida sama funktsiooniga geene ka inimese genoomis. Seega on nüüdseks teada üks apoptoosi põhjustav signaalirada, mis on evolutsiooniliselt tugevasti konserveerunud – rakud surevad ühtemoodi nii tähtsusetul ussikesel kui ka kõrgelt arenenud inimloomal.

Apoptoosi uurimine ei ole ainuke teema, kus inimestel ussist kasu on. Kuna üle 40% inimese genoomist on homoloogne ussi genoomiga, on C. elegans’i näitele rajatud mitu haigusmudelit. Huntingtoni tõbe, Parkinsoni tõbe, Alzheimeri tõbe, amüotroofset lateraalset skleroosi (ALS), adrenoleukodüstroofiat (ALD), seljalihaste atroofiat (SMA) ja paljusid teisi pärilikke haigusi uuritakse ussilaborites üle kogu maailma. Ussiteadlaste kogukond vahetab omavahel pidevalt informatsiooni: Interneti kaudu on kättesaadav kogu uusim teave ussi geenide kohta (andmebaasid ACeDB – A C. elegans DataBase, WormBase jm.), samuti ussiuurijate ajakiri Worm Breeder’s Gazette. Tegutseb ülemaailmne ussiuurijate meililist – bionet.celegans. USA-s asuv C. elegans Genome Center (CGC) (http://biosci.umn.edu/CGC/CGChomepage.htm)

saadab laborirahvale tasuta mutantseid ussiliine, mida aga kellelgi parasjagu vaja, Sanger Center’ist (http://www.sanger.ac.uk/Projects/C_elegans/) Inglismaal saab minimaalse tasu eest tellida uurimiseks vajalikku C. elegans’i DNA-d. Ussist huvitatutel tasub külastada internetiaadressi http://elegans.swmed.edu.

Kaja Reisner (1976) töötab teadurina Tartu ülikooli zooloogia ja hüdrobioloogia instituudi erizooloogia õppetoolis.

Kuna C. elegans koosneb ühe hulkrakse looma kohta tühisest arvust rakkudest – neid on täiskasvanud hermafrodiidil vaid 959, sealhulgas umbes 300 närvirakku – ning on seejuures ka meeldivalt läbipaistev, kujutab ta endast ideaalset uurimisobjekti arengu- ja neurobioloogidele. Sellest ideest haaraski 1963. aastal kinni nüüdne Nobeli preemia laureaat Sydney Brenner, kes arvestades kõiki ussikese häid omadusi, pani aluse nn. ussiteadusele (“worm science”). Nüüdseks on ussist saanud hä

Kuna C. elegans koosneb ühe hulkrakse looma kohta tühisest arvust rakkudest – neid on täiskasvanud hermafrodiidil vaid 959, sealhulgas umbes 300 närvirakku – ning on seejuures ka meeldivalt läbipaistev, kujutab ta endast ideaalset uurimisobjekti arengu- ja neurobioloogidele. Sellest ideest haaraski 1963. aastal kinni nüüdne Nobeli preemia laureaat Sydney Brenner, kes arvestades kõiki ussikese häid omadusi, pani aluse nn. ussiteadusele (“worm science”). Nüüdseks on ussist saanud hästi tuntud ja levinud mudelorganism. Eriti populaarseks on ta molekulaarbioloogia laborites saanud pärast 1998. aastat, mil esimese hulkrakse loomana sekveneeriti Caenorhabditis elegans’i kogu genoomne järjestus. See sisaldab ligi sada miljonit aluspaari, olles seega umbes 20 korda suurem kui kolibakteri E. coli genoom ja 30 korda väiksem kui inimesel.

Muutes katselooma ehk mudelorganismi geneetilist järjestust (kas keemiliste mutageenide või molekulaarbioloogiliste meetodite abil) ning jälgides, milliseid muutusi looma väljanägemises ja/või käitumises see endaga kaasa toob, on võimalik leida seoseid fenotüübi ja genotüübi vahel. C. elegans’i mudelorganismina kasutavates laborites üle kogu maailma on mutageneesi abil loodud üle poolteise tuhande geneetiliselt modifitseeritud ussiliini, millel mingi geen (või mitu geeni korraga) on vähemal või rohkemal määral “rikutud”.

Ussi geenidele pannakse nimi kindla nomenklatuuri järgi: esimesed kolm tähte tähistavad geeni funktsiooni, number tähistab vastavasse geeniklassi kuuluvat geeni. Näiteks geen mlc (myosin light chain) geeniklassi kuulub kolm müosiini kerget ahelat kodeerivat geeni - mlc-1, -2 ja -3. Tihti nimetatakse geeniklasse mutantsete usside fenotüübi ehk välimuse või käitumise järgi – näiteks ussid, kellel on muteeritud DNA järjestust ühes 20-st dpy-geenist (“dumpy“ ehk matsakas, jässakas), on lühemad ja trullakamad kui tavalised ehk metsiktüüpi ussid. Kui mutatsioon asub mõnes rol’i-geenis (roller – rullija, veereja), hakkab uss ringiratast liikuma. Rol-3 mutandid teevad ringe vastupäeva, rol-6 ussid päripäeva.

Kuna C. elegans’il on vähe rakke ja läbipaistev keha, oli võimalik kindlaks teha iga üksiku raku funktsioon ussi arengus ning selle arengutee alates sügoodist kuni diferentseerunud rakuni. Tervikliku C. elegans’i rakkude sugupuu pani kaheksakümnendatel aastatel kokku John Sulston. Seetõttu on nüüd võimalik uurida, kuidas mõjutavad geenid rakkude diferentseerumist ehk “raku saatust” (ingl. cell fate). Jälgides ussi arengut viljastatud munarakust 959-rakulise täiskasvanud isendini, ilmnes, et arengu jooksul toodetud 1090-st rakust saja kolmekümne ühe saatus on karm: need rakud on määratud enesetapule.

Selline “ettemääratud rakusurm” ehk apoptoos on tegelikult organismide arengus niisama loomulik kui rakkude paljuneminegi. Kõik me ju teame “sabaga konnade” ja “päris konnade” probleemi Miku ja Manni konnapüüdmise laulus. Et “päris” konnal saba ei ole, on just programmeeritud rakusurma “süü”. Samamoodi võime apoptoosile tänulikud olla selle eest, et meie sõrmede ja varvaste vahel ei ole lesti: ka selle looteea sõrmedevahelise mesodermi “sööb” organism ise ära. Nimelt laguneb apoptoosile määratud rakk teatud mehhanismi toimel väikesteks rakumembraaniga kaetud osadeks, mille makrofaagid ehk “õgijarakud” ära söövad.

Täiskasvanud inimesel tekib iga päev juurde üle tuhande miljardi raku – kui niisama palju rakke iga päev ei sureks, ei hakka parem endale ette kujutamagi. Üks selline haigus, kus surmale määratud rakud seda kohe kuidagi teha ei taha, on näiteks vähktõbi. Samas on hulk niisuguseid hädasid, kus ka teised rakud suitsiidimaaniaga kaasa lähevad ning enne õiget aega end ära süüa lasevad. Et aga selliseid haigusi ravima õppida, on vaja teada, kuidas apoptoosimehhanism normaalselt toimib: mida programmeeritud rakusurma “programm” endast kujutab ehk millised geenid selle eest vastutavad.

Siin tulevadki inimkonnale appi Nobeli preemia kolmas laureaat H. Robert Horwitz ning C. elegans. Horwitz jätkas Brenneri ja Sulstoni tööd C. elegans’i geneetika ja rakkude sugupuu alal, püüdes saada jälile rakusurma geneetilistele tagamaadele. Tema töid saatis edu. Aastal 1986 avaldatud artiklis kirjeldas ta kahte nn. surmageeni (ced-3 ja ced-4), mis otseselt vastutavad rakkude apoptoosi eest. Veel on ta teinud kindlaks geeni ced-9, mis hoiab “surmageenidega” seondudes rakku suremast, ning terve hulga teisi geene, mis reguleerivad rakusurma. Kui ussil olid need geenid välja selgitatud, sai võimalikuks leida sama funktsiooniga geene ka inimese genoomis. Seega on nüüdseks teada üks apoptoosi põhjustav signaalirada, mis on evolutsiooniliselt tugevasti konserveerunud – rakud surevad ühtemoodi nii tähtsusetul ussikesel kui ka kõrgelt arenenud inimloomal.

Apoptoosi uurimine ei ole ainuke teema, kus inimestel ussist kasu on. Kuna üle 40% inimese genoomist on homoloogne ussi genoomiga, on C. elegans’i näitele rajatud mitu haigusmudelit. Huntingtoni tõbe, Parkinsoni tõbe, Alzheimeri tõbe, amüotroofset lateraalset skleroosi (ALS), adrenoleukodüstroofiat (ALD), seljalihaste atroofiat (SMA) ja paljusid teisi pärilikke haigusi uuritakse ussilaborites üle kogu maailma. Ussiteadlaste kogukond vahetab omavahel pidevalt informatsiooni: Interneti kaudu on kättesaadav kogu uusim teave ussi geenide kohta (andmebaasid ACeDB – A C. elegans DataBase, WormBase jm.), samuti ussiuurijate ajakiri Worm Breeder’s Gazette. Tegutseb ülemaailmne ussiuurijate meililist – bionet.celegans. USA-s asuv C. elegans Genome Center (CGC) (http://biosci.umn.edu/CGC/CGChomepage.htm)

saadab laborirahvale tasuta mutantseid ussiliine, mida aga kellelgi parasjagu vaja, Sanger Center’ist (http://www.sanger.ac.uk/Projects/C_elegans/) Inglismaal saab minimaalse tasu eest tellida uurimiseks vajalikku C. elegans’i DNA-d. Ussist huvitatutel tasub külastada internetiaadressi http://elegans.swmed.edu.

Kaja Reisner (1976) töötab teadurina Tartu ülikooli zooloogia ja hüdrobioloogia instituudi erizooloogia õppetoolis.