Göttingeni äädikakärbsed õpetavad inimesele arengut

Kui ilmad kisuvad sügise poole, ilmuvad meie köökides välja uued asukad. Nad piiravad lauale unustatud mahlaklaasi või õunavaagnat ning külastavad koogitükkigi. Pisikesed, hääletud lendajad on endale saanud nimeks äädikakärbsed. Raske uskuda, et need vaevalt kolme millimeetri pikkused olendid on uue ajastu kangelased. Geeniajastu sümbolid. Ning geneetikud on kui kärbse jumalad, kes seda tillukest olendit manipuleerivad.

Maailmas elab lugematu hulk äädikakärbseid. Suur osa neist on nüüdseks kolinud kõige kallimatesse laboritesse üle kogu maailma. Seal neid toidetakse, seal lastakse neil paljuneda. Ja seal neid ka muundatakse. Häiritakse ühtede geenide tööd, istutatakse sisse teiste loomade geene. Saadakse sadu ja sadu erinevaid mutante, küll kahe tiivapaariga, küll murtud tiibadega, küll lisajalgadega, küll hiiresilmseid. Ning seejärel uuritakse vastseid kõige tugevamate mikroskoopide all, lõigatakse lõhki, eraldatakse ajusid, närvisüsteemi osi. Võetakse mutantkärbsed, valitakse emased välja, purustatakse, saadakse kätte nende pärilikkusaine ning tehakse kõige täpsemate meetoditega kindlaks, millised geenid antud kärbseliinis töötavad, millised mitte. Kõik selleks, et mõista elava looduse arengu lugu.

Mutantide viljakas tootmisliin

Kui ma Göttingenis asuva Max Plancki biofüüsikalise keemia instituudi geneetikult Ulrich Schäferilt küsin, kui palju äädikakärbseid neil elab, siis hakkab ta naerma. Keegi pole selle peale tulnud, et nende tillukeste isendite arvu hinnata. "Neid on miljoneid," oskab ta öelda. Täpsemalt teatakse, kui palju erinevaid kärbseliine elab kärbsetubade riiulitele paigutatud torukestes. Neid on tuhandeid, igal neist oma eripära, mille pärandumist ja avaldumist uuritakse. Mitte kõik uurimisalused ei püsi vaguralt oma topsides. Mõni pääseb ikka lendu ka. Üks neist lendab mu prilli taha, vahtides mulle silma oma võibolla et mutantsilmadega.

Kuigi äädikakärbse sugulasliike elab maailmas tuhandeid, uurivad teadlased vaid ühte neist. Liigist ladinakeelse nimega Drosophila melanogaster on kujundatud ülemaailmne standard, mille geene hoitakse pankades, mille liine omavahel vahetatakse ja mille kohta suurtesse arvutipankadesse nii Euroopas kui Ameerikas infot kogutakse.

Uurijatel on mitmeid huve. Kes tahab teada, kuidas areneb loode. Kes uurib närvisüsteemi toimimist. Kes kehaplaani teostumist. Äädikakärbes on kiire areneja, üheksa päevaga on munast kärbes valmis. Looduses elab see putukas kärbsena nädalakese. Laboris võib elu paar korda pikemaks osutuda.

Ulrich Schäfer uurib äädikakärbse X-kromosoomi. See on üks kahest sugu määravast kromosoomist, millesse on koondunud umbes 3000 geeni. Nii nagu inimeselgi, on emasel äädikakärbsel kaks X-kromosoomi, isasel aga nii X- kui Y-kromosoom. Järglane pärib emalt alati X-kromosoomi, kui ta saab isalt lisaks Y-kromosoomi, siis saab temastki isane. Göttingeni teadlasi huvitab, millised muutused X-kromosoomis on surmavad, millised aga mitte.

Üks viis mutatsioone esile kutsuda on kiiritada kärbseid radioaktiivse kiirgusega. "Kuid kärbsed on näiteks röntgenkiirguse suhtes tuhat korda vastupidavamad kui inimene, sest neil toimuvad muutused paikades, mis pole paljunemiseks vajalikud," ütleb Schäfer. Seepärast kasutatakse X-kromosoomi mutatsioonide esilekutsumiseks kavalamat viisi – hüppavaid geene.

Kärbse painutatud tiiva geen

Arvatakse, et kunagi 1950. aastatel sai kusagil Lõuna-Ameerikas üks laborist põgenenud äädikakärbes kokku ühe loodusliku äädikakärbseliigi esindajaga, ning nõnda sisenes hüppav geen ka Drosophila melanogasteri genoomi. See levis nagu kulutuli ja praeguseks on enamikul äädikakärbestest see hüppav geen nimega P-element.

Seda hüppavat geeni saab kasutada ka sõidukina, et esile kutsuda X-kromosoomis muudatusi ja neid pärast määrata. Nii Göttingenis ka tehakse. Kui P-element end mingi X-kromosoomi geeni sisse asutab, siis muutub see geen ka uurijatele nähtavaks, olgugi et kärbse välimuses ei pruugi avalduda.

Mõni geen ikka avaldub ka. Mulle näidatakse mutantseid kärbseid liinist, mis topsiga kuuma vette pistetuna kuumarabanduse saab ja kui üks kärbes koivad taeva poole liikumatult lebama jääb. Veest välja võetuna hakkab elu topsis jälle kihama.

Siis pistetakse mulle kätte topsike pealkirjaga "Bent". See tähendab tiiva muutunud asendit – "Painutatud". Koputan oma Painutatud mikroskoobi alla klaasile ning asun nende seast valima punaste silmadega emaseid. Need sebivad mu silme ees kui hiiglaslikud lennumasinad. Et kärbsed lendu ei tõuseks, vajutan jalaga pedaali ning läbi membraani tungiv süsihappegaas teeb olendid liikumatuks. Emastel on tagakeha hele ja X-kromosoome kaks korda enam kui isastel. Nõnda saab neilt enam vajalikku DNA-d. 35 sobilikku kärbest pintsettidega välja valitud, tuleb need ühe ropsuga uue topsi põhja puruks litsuda.

Leid, mida ehk kunagi vajatakse

Järgneb kaks päeva keemiat. Mitmesuguste kavalate ainete, tsentrifuugide ja ahjude abil pestakse sodist, mis kunagi olnud äädikakärbsed, välja DNA, tehakse see juppideks ning võimendatakse üles ehk paljundatakse suuremaks koguseks. Töö vajab lõputu hulga pipeteerimist ning mitmete-setmete katseklaaside seeriatega opereerimist. Kui midagi töö keskel sassi läheb, on kogu vaev untsus.

Lõpuks jõuame niikaugele, et leitud geenijuppe võib hakata analüüsima. P-elemendiga märgistatud geenid otsitakse arvuti abil üles ning arvuti ennustab valgud, mille tootmist need geenid peaksid juhtima.

Seejärel võetakse interneti kaudu ühendust äädikakärbse pangaga Washingtonis ning uuritakse, mida teeb see valk, mida meile ennustati. Minu Bent-kärbse jaoks saame 292 võimalikku valku, mille seas Schäferile ei tundu olevat midagi huvitavat. Äkitselt hüppab geenikütt erutunult püsti – meie kärbsel on saadud jälile geenile nimega Trf2! Arvuti pakub välja, et selle geeni avaldumist pole veel mutantliikides leitud. "Me küll ei tea, mida selle geeni mutatsioon teeb, aga vähemasti leidsime midagi sellist, mida teised pole leidnud," summeerib Schäfer ning lisab tagasihoidlikult, et see geenijahtimine on küll raske töö, kuid mitte liiga innovatiivne. Oma leidu peab ta veelkord kontrollima, siis saab teabe geenipanka saata. Võib juhtuda, et kellelgi läheb seda kunagi veel vaja.

Paksul kärbsel hiire silm

Nüüdseks on äädikakärbes inimesega koos elanud juba sada aastat. Laborid on muutunud omamoodi ökosüsteemideks, kus toodetakse üha uusi ja uusi äädikakärbse liine. Teadlased vahetavad neid omavahel nagu margikorjajad marke. Äädikakärbsest on saanud koduloom.

Pole võimalik sajaprotsendiliselt tagada, et ükski äädikakärbes laborist plehku ei paneks ning looduslikuga ei paarituks. Lõppude lõpuks on teda leitud ka tuhande meetri kõrguselt õhust, kandumas uute elupaikade poole. "Üle Prantsuse-Saksa piiri igatahes äädikakärbes tulla ei tohi," ütleb Göttingenis asuva Max Plancki biofüüsikalise keemia instituudi teadlane Ulrich Schäfer, viidates Saksamaa seadustele. Et laborimutandid looduslikega ristudes mingi ülikärbse tekitaksid, seda Schäfer ei usu.

Göttingeni instituudi molekulaarse arengubioloogia osakonna direktor Herbert Jäckle rõhutab, et kuna inimest pole geneetilise süsteemina võimalik kasutada, on äädikakärbes asendamatu. Uurides, kuidas geenid üksteisega lootes võistlevad ja naabreid alla suruvad, saab teada, mis tingimustel üks või teine geen üldse avaldub. "Inimese ja kärbse molekulaarne printsiip on sama," ütleb Jäckle. On geene, mis konserveerusid 400 miljonit aastat tagasi, mil elas inimese ja kärbse ühine eellane. Jäckle toob näiteks tüsedad kärbsed. Selgub, et haiglast tüsedust reguleerivad kärbsel samalaadsed geenid kui inimesel. "Oleme saanud kaks-kolm korda kõrgema rasvasisaldusega kärbseid, kes käituvad nagu paksud inimesed – nad ei taha lennata, ehkki suudavad küll," ütleb Jäckle.

Palju on vaieldud, kas silm tekkis evolutsioonis mitut puhku või üksainus kord. Darwin pakkus välja 40 erinevat silma teket. Göttingeni koolkond on veendunud, et nägemine tekkis evolutsiooni käigus vaid üksainus kord. "On vähe teid jõuda sinna, kuhu oleme jõudnud," resümeerib Jäckle. Tema väidete kinnituseks konstrueeriti äädikakärbsel lisasilm hiire silma arengut suunava geeni sisseviimisega.

"Ühe geeniga võib aktiveerida kogu keerulise programmi, et toota silma, mis põhimõtteliselt võib töötada," ütleb molekulaarse rakubioloogia osakonna direktor Peter Gruss, "hiire geen ei tekita kärbses hiire silma, vaid ikka kärbse silma." Geenimanipulaatorina usub Gruss, et üsna pea saabub aeg, mis saab võimalikuks näiteks inimese käe taaskasvatamine, nii nagu kasvab tagasi sisaliku saba.

Tiit Kändler