Ilma tegev Eesti noorteadlane: ajubioloogia paneb ühiskonna raskete valikute ette

Oma värskeimas teadusartiklis näitas Allan-Hermann Pool ära rakud, mis kontrollivad, kas tekib puhta või soolase vee janu. Teisisõnu - kas tahame juua tavalist või Värska vett. Foto: Sander Ilvest

Noore eesti teadlase, Lasnamäel üles kasvanud Allan-Hermann Pooli tähelend võib teda juba lähiaastatel viia oma laborini maailma tippülikoolides ning tuua pikemas perspektiivis kaasa inimese bioloogiliste tungide ülitäpse tundmise ja revolutsiooni ravimitööstuses.

«Olen viimased kümme aastat uurinud, mismoodi vahendab meie aju bioloogilisi motivatsioone või tunge. Konkreetselt, et kus kohas meie ajus asuvad närvivõrgud, mis neid vahendavad, ja kui need leida, siis mis protsessid või algoritmid meie käitumist kontrollivad,» kirjeldab Pool oma teadustöö üldisemat huvi. Spetsiifilisemalt vaatab ta neist tungidest kahte, valu ja janu.

Viimase teemal ilmus läinud neljapäeval tipp-teadusajakirjas Nature ka artikkel, milles Pooli nimi esimese autorina välja on toodud. Alles järeldoktorantuuri lõpetava noorteadlase jaoks on selline tiitel mitte vaid suur au, aga võib avada nii mõnesidki uksi maailma tippülikoolides, kus noorte teadlaste professorikohale värbamisel ongi tihtipeale n-ö esimeseks kontrollkriteeriumiks esimene autorsus juhtivates teadusajakirjades Nature, Science või Cell. Või nagu ütleb mees ise – see artikkel teeb ta konkurentsivõimeliseks, et saada millalgi teadustöö tegemiseks oma labor.

Aga tagasi bioloogia enda juurde. Nature’s ilmunud artiklis näitas Pool koos kolleegidega ära, kuidas janu raku tasemel töötab – kuidas teatud rakutüübid kontrollivad mageda vee järele tekkivat janu ning kontrollivad soolase vee, eestlastele arusaadavamalt Värska vee janu. Ühe nn janutüübi tekkimist käivitavad teatud rakud siis, kui oleme söönud midagi soolast, mille tagajärjel tekib isu puhta vee järele. Teised rakud lülituvad aga sisse siis, kui meil on higistamise tagajärjel tekkinud organismis nii vedeliku- kui ka elektrolüütide puudus. Viimasel juhul tekibki nn Värska-janu.

Loomulikult on teadlased juba üle 100 aasta teadnud, et ajus on olemas kindlad tuumakesed ehk ajupiirkonnad – mitte ajada segi rakutuumadega, rõhutab Pool –, mida seostatakse ka teatud funktsioonidega. Näiteks on teada, et kui katseloomal teatud ajupiirkond välja lõigata, kaob teatud osa tema tungist täiesti ära, näiteks võib selle tagajärjel kaduda söögiisu. Sama piirkonna elektrilise stimuleerimise korral võib isu aga muutuda täiesti ohjeldamatuks.

Kuidas äädikakärbsed end lõhki sõid

Üks näide sellest, mida bioloogia tänapäeval võimaldab, pärineb Allan-Hermann Pooli doktoritööst. Nimelt suutis ta äädikakärbeste kesknärvisüsteemi rakkude muundamisega tekitada olukorra, kus need kas ei söönud üldse või siis sõid sellises koguses, et mõned koguni lõhkesid.

Toona langes valik äädikakärbeste kasuks, kuna nende närvisüsteemis on 100 000 rakku, mis on 1000 korda vähem kui näiteks hiirte oluliselt keerulisemas ajus.

«Tolles hetkes tundus hiir täiesti utoopiline ja mõtlesin, et üritan vähemalt sellest ühest tungist äädikakärbses aru saada. Tollal mõtlesin, et nende küsimustega läheb veel nii kaua aega, et jõuan sellega veel 50 aastat tegeleda. Siis aga hakkasid need probleemid tohutu kiiresti lahenema ning need protsessid, mille kohta siis arvasin, et need võtavad aastakümneid, võtavad nüüd vaid paar aastat,» meenutab Pool tollast olukorda.

Lihtsa katse käigus hakkas ta eri kombinatsioonides närvirakke välja lülitama ja vaatama, mis nende söögitungiga juhtus. Peagi tuligi välja üks kombinatsioon, mille puhul sõid katseloomad absoluutselt kõike tavatoidust vee, alkoholi ja kibedate mürkideni.

«Mõned sõid oksendamiseni, mõned plahvatamiseni. Miks see nii toimib, selle selgitamiseks läks mul viis aastat aega, kuni leidsin lõpuks nende närvisüsteemist neli rakku. Kui need välja lülitada, sööb loom absoluutselt kõike. Järelikult on putukate söömistung pideva surutise all, ilma milleta nad sööksidki kõike. See konkreetne ajukeskus võimaldab neil aga teha mõistlikumaid söömisotsuseid,» selgitab Pool.

«Seda kõike oleme teadnud juba pea sada aastat. Mida me aga ei tea, on, et millistest närvirakkudest need ajutuumad koosnevad ja kuidas nende tungide tekkimine rakubioloogilisel tasemel käib,» kirjeldab ta bioloogia hetkeseisu.

Viimase viie aasta jooksul on selles teadusharus toimunud tohutu areng, mida võib Pooli kirjelduse kohaselt võrrelda keemiliste elementide perioodilisustabeli välja mõtlemisega keemias veidi enam kui 150 aastat tagasi. Või siis muudatustega, mida tõi kaasa kogu ühiskonnale interneti leiutamine.

«Võtmetähtsusega muutus on see, et tänu uutele tehnoloogiatele suudame ära näidata, kuidas rakud üksteisest erinevad. Tänu ühe raku RNA sekveneerimise (järjendamise – K. M.) tehnoloogiale saame me tänapäeval kirjeldada väga selgelt meie kudesid moodustavate rakkude mitmekesisust ning leida raku tüüpe defineerivad geeniekspressiooni (geeni avaldumise – K. M.) mustrid.»

Nature’s ilmunud teadusartikli uuenduslikkus seisneb Pooli välja töötatud uues tehnoloogias, mille abil on võimalik kaardistada konkreetseid käitumisi konkreetsetele rakutüüpidele. Kui varem võttis selline töö aega aastaid, siis uue tehnoloogia abil on see võimalik vaid kahe nädalaga. Kui veel paari aasta eest oleks olnud aus vastus küsimusele, et kui palju on hiire ajus erinevaid rakutüüpe, olnud et võib-olla 100, aga võib-olla ka 100 000 – teisisõnu, et ei tea –, siis nüüdseks on selgunud, et näriliste närvisüsteem koosneb kõigest mõnest tuhandest erinevast ajuraku tüübist. Eesti teadlane leidis neist 16 rakutüüpi, mis kindlates kombinatsioonides kodeerivad kahte erinevat janu motivatsiooni.

 

Teadvuse mõtestatult uurimisel on olnud väga tugev tehnoloogiline barjäär, mis on meid takistanud rahuldavaid vastuseid saamast.

Janu on muidugi vaid üks näide sellest, mida teadus uute vahenditega suudab. Kui teada, mis rakud teatud käitumist, tundlikkust, tungi või motivatsiooni kontrollivad, siis kaasneb sellega juba õige pea ka võimalus neid ülitäpselt kontrollida (vt kõrvallugu). Muu hulgas on ka valu üks samamoodi käitumist mõjutavatest teguritest, mida kontrollivate neuronite kindlaks tegemine nüüd võimalikuks peaks osutuma. See tähendab aga, et võimalikuks võib osutuda näiteks kroonilise või akuutse valu ülitäpne kontroll ilma kõrvalnähtudeta, mis kaasnevad praegu laialdaselt kasutatavate opiaatidega.

Analgeesia ehk valu kontroll on ka üks teema janu kõrval, millega Pool oma tulevases laboris – kui see saada õnnestub – tegeleda tahab. Põhimõtteliselt on praeguseks olemas tööriistad, millega oleks võimalik samamoodi uurida ja mõjutada üksiku raku täpsusega ükskõik milliseid käitumisi, näljast soolise tungini välja.

Hetkel piirdub tehnoloogiline võimekus täpselt aju funktsioone kontrollida suuresti hiirte ja teiste mudelorganismidega, kelle genoomi on võimalik muuta – saab luua transgeenseid hiiri ja sisuliselt kontrollida enamikku nende ajurakke. Hiirtega saavad teadlased teha põhimõtteliselt mis tahavad. Inimestega on selliste täppisteraapiate loomine muidugi keerulisem. Küll aga ei ole see võimatu ja selle aasta kevadel andis Pool sisse ka patenditaotluse geenitehnoloogiale, mis võimaldaks rakke ümber programmeerida, ilma et selleks oleks vaja inimese genoomi muuta.

«See, mida on praegu võimalik avastada, on täiesti müstiline, samas võib ka konkurents tekkida üleöö. Ajubioloogias on lähiaastad igal juhul põnevad,» tõdeb Pool, kui temaga ühes Tallinna kesklinna kohvikus teadusest ja tema tulevikust räägime.