Õnnehormooni hulka meie ajus võib määrata sisikonna bakterite hulk varases nooruses, on teadlased kindlaks teinud. Kui palju baktereid meie sees elab?

Sellest peale teame, et oleme mitte ainult oma kommete vangid, vaid ka oma geenide orjad. Küsimus on üksnes selles, kui valdavalt see orjus meid vangistab, ja kas on meil võimalus oma orjastajat üle kavaldada – vähemalt siis, kui ta kipub omadega sassi minema.

Vastus sellele küsimusele on muutuv, sõltudes elusolendite geenide ja nende tegutsemise kohta käivate andmete juurdevoolust. Kord peetakse geene tõepoolest jumalikuks ja loodetakse neile, kord jälle avastatakse, et on veel midagi, mis määrab mitte ainult meie geenide käitumise, vaid suunab meie elu neist sõltumatult. Uudiseid geenimaailmast Täna on teadustoimetajal tähtis päev. Saabub ajakirja Science saadetud uudis, mis ütleb, et jääkaru liik tekkis arvatust varem. Mida edasi geenitehnoloogia areneb, seda uuemaid andmeid loomaliikide põlvnevuse kohta lisandub. Ning liikide teke nihkub üha kaugemasse minevikku: „Uus geneetiline analüüs näitab, et polaarkarud lahknesid oma lähimatest sugulastest juba 600 000 aasta eest. Siiani arvati, et see juhtus alles veidi üle saja tuhande aasta eest. Nõnda on jääkaru kui liik siiani arvatust viis korda vanem. Frankfurt am Mainis asuva Senckenbergi loodusuurimise ühingu teadlane Frank Hailer ja tema kolleegid avaldasid ajakirjas Science artikli, millest tuleb välja, et jääkarudel on olnud arktiliste tingimustega kohanemiseks palju enam aega, kui siiani arvati. Ajal, mil jääkarud lahknesid, jõudis kätte pleistotseeniks nimetatava geoloogilise ajastu kõige külmem aeg. See kliimamuutus võis anda tõuke jääkaru evolutsiooniliseks arenguks selliseks elukaks, nagu me teda praegu tunneme – külmalembeseks kiskjaks – ja millisena teda kaitsta püütakse.” Kohe seejärel saabub uudis, et kõhubakterid teevad õnnelikuks: „Praeguseks on kindel, et inimese rahulolu ja õnne tunne on seotud hormoon serotoniini tasemega ajus.” Serotoniin osaleb meeleolu ja emotsioonide reguleerimisel ja selle tootmine on stressi, rahutuse ja depressiooni ajal häiritud ning enamik antidepressante toimib sellesse hormooni. Nüüd kinnitavad teadlased, et selle õnnehormooni hulka imetaja ajus võib määrata sisikonna bakterite hulk varases nooruses. Gerard Clarke ja tema kolleegid USA Corki ülikooli kolledþi farmabiootilisest keskusest väidavad ajakirjas Molecular Psychiatry avaldatud artiklis, et täiskasvanu aju toimimine sõltub sisikonnas elavate bakterite olemasolust aju arengu ajal. Nad kasutasid pisikutest vaba hiire mudelit, et oma väidet tõestada. Nad märkasid ka, et bakterite mõju sõltub soost ning on isastel suurem kui emastel. Kui teadlased noori loomi bakteritega asustasid, leidsid nad, et paljud kesknärvisüsteemi omadused muutusid, eriti mis seotud serotoniiniga, ning et neid muutusi ei saanud tagasi pöörata, mis osutab, et aju tegutsemisvõimele avaldab bakterite puudumine jäävat mõju. Teadlaste avastus laiendab eelnevatest uuringutest leitud seoseid sisikonna mikrobioomi ja aju vaheliste seoste kohta. Bakterite asurkonna mõjutamine antibiootikumide, dieedi või nakkusest pärit mikroobidega võib aju toimimist oluliselt suunata.” Jah, elu-uurijate maailm on kirju, ja mõned nende tegemistest vormitud uudised mõjuvad kui mitte naljakalt, siis mõtlemapanevalt ometi. Ometi näitab uudistevoog geneetikute teadusmaailma huvide asupaika. See muutub ajas, olles nüüdseks otseselt inimese sees olevatelt geenidelt üha enam siirdumas neist väljapoole – kas siis inimese eellaste, teiste elusolendite või inimese vältimatute kaaslaste, mikroobide geenidele. Inimesel on umbes 32 000 geeni. Sellisele järeldusele jõudsid inimgenoomi järjestamise võidujooksus osalevad teadlased aastal 2000. Võibolla on neid praeguse teadmise kohaselt isegi vähem. Kolm miljardit aluspaari pika DNA ahela saladuse lahtimuukimist on võrreldud inimese Kuule sõiduga, aatomituuma lõhustamisega või ratta leiutamisega. Võime palju eksimata öelda, et inimese ühe geeni leidmine maksis 10 000 dollarit. Ehk pool autot. Inimgenoomi järjestus on sadade maailma teadlaste ühistöö vili. Tänu genoomijärjestuse määramisele teame endast palju rohkem. Teame, et inimese genoom on suur kogum iidsete viiruste ja bakterite geenidest, millele lisanduvad uuemad geenid, ja et genoom suudaks teha palju enamat, kui see mõeldud on. Kuid tollane ülioptimism on nüüdseks vaibunud. Geenitehnoloogia on küll võimeline määrama, millal tekkis jääkaru liik, kuidas inimese eellased mööda Maad laiali rändasid või mis värvi olid tuhandeid aastaid tagasi elanud Gröönimaa mehe juuksed, ent loodetud abi meditsiinile on jäänud tagasihoidlikumaks, kui esimese eufooriaga loodeti. Asjatundjate kümne aasta taguse arvamuse kohaselt viib pärilikkusaine teadasaamine ja sellega toimetamine inimese ravimise hoopis uuele tasandile. Ravimid muutuvad põdejakeskseks. Ning teades võimalikke riske, saab igaüks soovi korral valida endale võimalikult tervislikumad eluviisid. Nagu paljudes arenenud arstiteadusega riikides, nii valmistuti Eestiski selleks uueks ajastuks. 1999. aastal loodi sihtasutus Eesti Geenikeskus, mis algatas järgmisel aasta Eesti geenivaramu loomise. Tartu Ülikooli biotehnoloogia professor Andres Metspalu oli aastatuhande vahetusel kindel, et kümne aasta jooksul muutub arstiteadus oluliselt. „Selle asemel, et ravida tagajärgi, hakkab meditsiin diagnoosima ennetavalt ning ravima võimalikke haigusi sõltuvalt inimese geenidest,” ütles ta intervjuus. Kui tal ka oli õigus, siis ei ole juhtunud asjalood nõnda kiiresti. Geenivaramu loomise mõte oli kahepidine ja lihtne. Ühelt poolt tuleb iga inimese pärilikud eeldused võimalike haigustega vastavusse viia. Teiselt poolt aga püüda suure hulga näidete põhjal järeldada, milline geen millist haigust põhjustab. Geenikeskuse loojad uskusid, et Eestis on sellist asja edendada suhteliselt kerge. Meie riigi elanike ja nende esivanemate haiguslood on enam-vähem teada. Need tuleb vaid täpsustada. See on kõige raskem. Geeniülesed tegijad Nüüdseks on selgunud, et valgud ei olegi vähem tähtsad kui geenid. Molekulaarbioloogia dogma, et üks geen toodab ühe RNA ja see toodab ühe valgu, on vaid eluslooduse esimene lähendus. Valgult tagasi ahel ei tegutse. Kuid mingis mõttes tegutseb siiski. Meil on vaja teada valkude täielikku kogumit, mille tootmist genoom juhib. Sest oluline pole, kui palju sul geene on, vaid kuidas sa neid kasutad. Vähemasti kolmandikku inimese geenidest võib lugeda nii ja naa. See tähendab, et inimese geen võib juhtida viis korda enama hulga valkude tootmist, kui näiteks vähem paindlik äädikakärbse geen. Kuid liiga palju oleks loota, et inimese genoom annab meile teada, mis teeb meid inimeseks kõige oma mälu ja oluga. Jah, mis teeb meid inimeseks? See küsimus huvitab genoomi järjestuse juures enim. Ühtedel andmetel on meil 25 000 geeni. Tagasihoidlikul taimekesel müürloogal on kindlaks tehtud umbes sama palju geene. Ja tillukesel äädikakärbsel on leitud vaid kaks korda vähem geene. Nii et geenide koguarv ise ei anna veel aimu kogu elusorganismist. Organismi keerukuse ja tema DNA kogupikkuse vahel on vähe ühist. Inimese genoom sisaldab 200 korda enam aluspaare kui pagaripärmi oma, ent pärmi lihtsusega üherakuline organism Amoeba dubia ületab inimese DNA 200kordselt. Ka ei ole geen üks katkematu jupp, vaid asub DNA-l mitmeks jupiks tükeldatult. Geeni vahele on ennast trüginud mittekodeerivad jupid ehk intronid, nii nagu põneva filmi vahele lükib telejaam ohtralt reklaamklippe. Inimgenoom on näilisest umbrohust rikkam kui mistahes teise olendi siiani tuntud genoom. Paljud transponeeritavad ja korduvad järjestused on sattunud meie genoomi teistest elusolenditest. Meie geenid on täis tuubitud kaaperdajaid, liikuvaid elemente, mis hüppavad mööda genoomi ja teevad endast uusi koopiaid. Umbes pool inimese genoomist koosneb sellistest tegelastest. DNA parasiidid loovad ja hävitavad. Nad tekitavad tähtsaid geene kahjustades haigusi nagu lihasepuudulikkus ja vere hüübimatuse tõbi. Väikeste genoomide liikuvad elemendid on palju nooremad kui suurte genoomide, nagu taimede ja inimese liikuvad elemendid. See tähendab, et pisemad genoomid saavad neist kaaperdajatest kergemini lahti. Enamik inimese genoomi liikuvaid elemente pole tegelikult miljonite aastate jooksul liikunud. Imetajate arenenud immuunsüsteem paneb nende levikule piiri. Kuid mõned teadlased arvavad, et just isekate kaaperdajate tegevus ja nende peremeeste vastutegutsemine on genoomi evolutsiooni tõukejõud. Inimene kui geneetiline mikroob Inimese genoomi paljud piirkonnad ilmutavad märke, et need on kunagi miljoneid aastaid tagasi olnud viirused. Need iidsed viirused on oma pärilikkusaine sokutanud inimese DNA ahelasse ja seal ootama jäänud. Inimese genoom on nõnda justkui inimkonna põetud viirushaiguste muuseum. Viirused on teinud meid selliseks, nagu me oleme. Teisalt tunduvad sajad meie geenidest olevat pärit bakteritelt. Praeguseks on teada, et bakterid vahetavad geene omavahel, kuid üllatusena tuli, et inimesel neid nõnda palju leidub. Need iidsed bakterid toodavad meie kehas vähemasti 223 valku. Näiteks juhib ühte valku, mis osaleb alkoholi lagundamises organismis, bakteri geen. Nõnda võib juhtuda, et just tänu sellele iidsele bakterile saame pärast pidu jälle kaineks. Bakterite ja viiruste võime vahetada geene on organismide geneetilise muundamise alus. Nõnda tuleb välja, et ka ilma geenitehnoloogideta kujutab inimene endast mõneti geneetiliselt muundatud organismi. Nüüdseks on teadlaste uuringud näidanud, et pisilaste seas on suuri tegijaid, kelleta inimene kuidagimoodi läbi ei saa. Inimese kehas – nahal ja kõhus, suus ja kõrva taga, kubemes ja habemes elab kokku kümme korda enam baktereid, kui selles on omaenese rakke. Kui alles suhteliselt äsja arvati, et inimene on sõltumatu bioloogiline saareke, kes on suuteline tootma kõik iseenese eluks vajalikud ained, kui jätkub vaid toitu, siis nüüdseks on selgunud üha uusi tõsiasju, et pisiasjad võivad meie jaoks olla mitte ainult et suured, vaid elulised asjad. Mikroobide ühelt poolt omavahel vaenulik, teiselt poolt sõbralik kollektiiv, mida on hakatud nimetama mikrobioomiks, või ka mikrobiootaks, ei ähvarda meid, vaid pakub eluaseme vastu olulisi teenuseid – alates toidu seedimisest kuni immuunsüsteemi toetamiseni välja. Mikroobe uurivad teadlased on tublisti edenenud mitte ainult meie keha mikroobide kirjeldamisel, vaid ka nende rolli lahtimõtestamisel. Kümmekonna aasta eest võrdles Tartu Ülikooli mikrobioloog professor Marika Mikelsaar oma kolleegidega Eesti ja Rootsi laste soolestikes elavate bakterite kooslust ning leidis, et meie laste mikroobide kooslus oli mitmekesisem. Nad asutasid laktobatsillide kollektsiooni, mille seast avastasid tervendava bakteri, mis sai nimeks ME-3 ja mida võib igaüks oma kodubakterite sekka asustada, juues sellega rikastatud piimatooteid. See bakter suudab kaitsta olulisi biomolekule hapniku rünnaku eest. Kuid ajad muutuvad ja meie mikrobioota ühes nendega. Tartu Ülikooli mikrobioloog Epp Sepp avaldas juba 2006. aastal andmed, mis näitasid, et Eesti laste bakterimaailm on muutumas Rootsi laste omaga üha sarnasemaks. „Põhjusi veel ei tea, aga ilmselt on tegu ikka emakaudse mõjuga,” arvab Mikelsaar. Sepp seostas muutust Eesti ja Euroopa Liidu toiduseadustega, mis liigselt kodumaist alla suruvad. Aga teiselt poolt on ju nakkuse oht suurem, kui toidu ohutust ei kontrollita. „Suured keskused uurivad praegu rinnapiima erinevusi, mida mitmed aastad tagasi loeti steriilseks ja vaid põletiku puhul patogeene sisaldavaks,” ütleb Mikelsaar. Teadlase arusaamist mööda on tegemist omaenda kasulike bakterite liigirikkuse piiramisega, mida näitas allergia puhul üks tema hiljuti kaitsnud doktorant Jelena Ðtðepetova. Tervetel lastel on kasulike mikroobide kooslused rikkalikud, allergikutel aga oluliselt vähem erinevaid liike. Tulemusena ei aktiveeru immuunsüsteem vajalikul määral, et ta tunneks ära ka kahjutuid aineid ja ei hakkaks valesti reageerima. Emaüsas ei ole tavaliselt baktereid ning vastsündinud saavad endale esimesed mikroobid sünnituskanalit läbides. Bakteriseltskonda täiendab rinnaga toitmine, beebi silitamine, voodiriided, mänguasjad. Küpses lapseeas on keha muutunud üheks liigirikkamaks mikroobide ökosüsteemiks Maal, ühislaudsete kogukonnaks. Igal ühislaudsel on oma signatuur, omaenese geen, mis kodeerib valke tootva masinavärgi. Praegu käib äge ühislaudsete geenide järjestamine ja seeläbi inimese mikrobioomi kataloogi koostamine. Määrata, milline geen avaldub, see tähendab töötab, on suhteliselt lihtne, raskem on leida, millisele bakterile see kuulub. Praeguseks on avastatud 3,3 miljonit ühislaudsete bakterite geeni – kui inimese geene on umbes 150 korda vähem. Bakterite võitlused Selle töö käigus on selgunud, et inimolendi saatust, tervist ja võibolla isegi mõnd käitumist tingivad vahel isegi rohkem bakterigeenid kui meie enese geenid. Inimgenoomi projekti tulemusena selgus aastatuhande vahetuseks, et mistahes inimeste geenid on omavahel 99,9 protsendi ulatuses samased. Kuidas siis on inimesed ise nõnda erinevad? Mikrobioomi uurijad väidavad, et suure osa inimestevahelisest erinevusest tingivad erinevused ühislaudsete bakterite geenides. Identsete kaksikute erinevuse mõistatus ei pruugi peituda ainuüksi erinevas arengukeskkonnas, vaid hoopis erinevates bakterikooslustes. Juba 30 aastat on teada, et eluliselt tähtsat vitamiini B12 valmistavad bakterid meie sees, niisama nagu lagundavad keerulisi taimedes leiduvaid süsivesikuid kergesti seeditavateks suhkruteks. Möödunud aastal kirjeldas California tehnoloogiainstituudi bioloog Sarkis K. Mazmanian kolleegidega viisi, kuidas üks bakter aitab immuunsüsteemil tasakaalus püsida. Kuid selle abilisega on õnnistatud vaid kuni 80 protsenti inimestest. Meie kodustatud bakter võib olla nii sõber kui vaenlane. Kuulus helikobakter, mis põhjustab mao haavandtõbe, reguleerib teisalt ka vajalikku mao happelisust. Kui antibiootikumidega helikobakterid tappa, paranevad küll haavandid, kuid segi paisatakse isu teadustamise süsteem – seesama bakter mõjutab hormooni, mis teatab, millal on kõht tühi, millal täis. Ilma temata kalduvad patsiendid ülekaalulisusesse. „Kuulsaid helikobaktereid on ilmselt vähemalt kahte sorti – kommensaalid ja patogeenid, meie teadmiste puudulikkuse tõttu on nende nimi eksitavalt sama,” kommenteerib Mikelsaar. Ta juhib ka tähelepanu, et antibiootikumiravi ja teised ekstreemsed mõjurid ei võta meie mikroobe mikrobioomist lõplikult ära: „Meie bakterid on tugevasti integreeritud meie rakkude ja neid katvate limadega. Sellised mõjurid küll vähendavad mikroobide hulka, kuid teatava aja järel kerkivad need uuesti esile. Alguses vaesunud kooslused on ja jäävad.” Nobeli preemia laureaat Arthur Kornberg (1918–2007) jaotas molekulaarbioloogia arengu 1998. aastal ÜRO korraldatud biotehnoloogia avalikustamise alasel konverentsil Viinis nõnda: „Kõigepealt tulid mikroobikütid. Nemad leidsid palju haigusi nagu tuberkuloosi, koolerat, difteeriat põhjustavad mikroobid. 1920. aastatel tulid lagedale vitamiinikütid ja 1940. aastaks oli avastatud enamik vitamiinidest. 1950. aastatel saabus ensüümiküttide aeg. Näidati, kuidas vitamiinid koostöös valkudega ainevahetuses osalevad. Siis astusid areenile geenikütid. Kasutades rekombinantse DNA tehnoloogiat, asuti tootma vaktsiine, hormoone ja teisi ravimeid ning paremaid põlluvilju. Biotehnoloogia muutus multimiljardiliseks äriks.” „Kes tulevad geeniküttide jälil?” küsis Kornberg ja oletas, et need on aju-uurijad – peakütid. „Geeniküttide ajastu on kõige kuldsem, sest meil on arvamatult suur geenivaramu ja tõhusad tehnikad, et geenidele jälile saada ja need kinni võtta,” arvas ta optimistlikult. Arthur Kornberg juhtis intervjuus minu tähelepanu, et mitte vajadus pole leiutise ema, vaid leiutis sünnitab vajadused. „Keegi ei vajanud lennukit, FMraadiot, televisiooni, transistore või kvantmehaanikat, ja faks leiutati 40 aasta eest, ent on alles viimasel ajal muutunud vajaduseks. „Ühiskonna jaoks on eluliselt tähtis mõista looduse protsesse ning isegi Eesti-sugune väike maa peaks arendama baasteadusi,” ütles Kornberg. „Tulevikku ei saa ennustada, see leiutatakse.”