Bioloogid otsivad uusi ja eksootilisi loomamudeleid

 (2)
Bioloogid otsivad uusi ja eksootilisi loomamudeleid
AFP/Scanpix

Arengubioloogid uurivad, kuidas on tekkinud praegused eluvormid. Uurimise tarbeks on välja kujunenud kindel mudelloomade hulk. Nüüd püütakse leida uusi eksootilisi loomi, kes laiendaksid teadmisi eluslooduse evolutsioonist.

Kui arstil tuleks ravida inimest või hiirt, siis küllap oleks kergem ravida hiirt. Sest teda on läbi ja lõhki uuritud meedikute ja bioloogide, geneetikute ja psühholoogide, inseneride ja närviteadlaste poolt riski piiril ja sellest ülegi. Mis inimese puhul muidugi pole mõeldav. Hiir on mudelloomana küllaltki mugav - võtab vähe ruumi, sigib jõudsalt ega ela kuigi kaua. See võimaldab tema peal uurida lisaks muule nii paljunemise kui ka vananemise bioloogiat, kirjutab Eesti Päevaleht.

Elu arengu uurijatele ehk arengubioloogidele on aastakümnete vältel tekkinud kindel mudelorganismide hulk, mida uurides on jälile saadud paljudele isendite ja liikide arengu seaduspärasustele. Esirinnas on hiir Mus musculus, äädikakärbes Drosophila melanogaster, ümaruss Caenorhabditis elegans, sebrakala Danio rerio, Aafrika suur kannuskonn Xenopus laevis, kana Gallus gallus ja taimedest müürlook Arabidopsis thaliana.

On haruldane, kui teadlane sellest kuldmudelite hulgast millegi erineva kallale asub. Need loomad ja taim on laboris hõlpsalt kasvatatavad, nad on väikesed, nende põlvkonnad vahelduvad kiiresti ja nendega on lihtne manipuleerida. Sellepärast ongi nende mudelite genoomid küllaltki hästi teada, teada on ka paljude geenide funktsioonid ja avaldumise mustrid. Äädikakärbsest ja hiirest on lihtne saada mutante, kelle peal siis uurida ühe või teise organi arenemise seadusi. Ning lisaks kõigele saab neid kataloogidest tellida nagu voodipesu või kruvikeerajat.

2008. aastal mainis hiirt  50 000 ja äädikakärbest 6000 teadusartiklit. Ometi otsivad viimastel aastatel paljud arengubioloogid uusi võimalikke mudelloomi, keda uurides võiks jälile saada eluslooduse arengu seni varjus olnud seadustele.

Üks eksootilistest loomadest, kellest loomade arengu uurimisel palju loodetakse, on Antarktikas elav jääkala. Tema esivanemad elasid Antarktika liustike piirkonnas juba 34 miljoni aasta eest.

Kui vesi läks üha külmemaks, kuni viis kraadi alla nulli, suri enamik kalu välja või põgenes soojematesse vetesse. Jäid nototeenialased, kes suutsid välja arendada erilised võimed. Nende merepõhjas elavate kalade valgud muutsid kuju nõnda, et suudaksid madalal temperatuuril tegutseda, ja üks seedeensüümi fragment võttis endale antifriisi rolli.

Kuna külmas vees oli rohkem lahustunud hapnikku, ei vajanud kalad enam eriti palju punaseid vererakke ja 16 liiki ei valmista neid enam üldse. Need on Antarktika jääkalad - selgeverelised, kuni meetripikkused, angerjat ja krokodilli meenutava välimusega kalad. Nad on läbipaistvad nagu millimallikad. Ja nende jaoks on soe igasugune antarktiline vesi, mis veel jäätunud pole.

Oregoni ülikooli arengubioloog John Postlethwait loodab neid haruldasi olendeid uurides saada jälile osteoporoosi ehk luuhõrenemise põhjustele. Evolutsioon on andnud neile kaladele võime kontrollida luutihedust. Jääkala on võetud selliste uute loodetavate mudelorganismide seltskonda nagu eksootilised Mehhiko koopakala, puuviljanahkhiired, kammloomad, ränd­ämblikud.

Kuid selliste loomade uurimine ei ole kerge, sest neid on raske koguda ja ülal pidada ning nende kohta ei ole eriti geneetilist teavet. Evolutsioonilise arengu uurijad on siiski optimistlikud, kuna geenijärjestamise meetodid muutuvad üha kiiremaks ja odavamaks. Jääkala ja pimeda koopakala areng on toimunud nõnda, et kaladel on oma eksistentsi  tagamiseks välja arenenud sellised omadused, mis inimese puhul on haigused - luuhõrenemine ja pimedaks jäämine.

Arengubioloogide eesmärk on jutustada meile, kuidas oleme sattunud sinna, kus me oleme. Arstimine ei ole nende esmane eesmärk. Kuid arstimiseks on vaja teada, mil moel üks või teine häda areneb, ja appi võib tulla arengubioloogia. Siiani on osteoporoosi standardmudeliks olnud eemaldatud munasarjadega rott.

Inimese luud hõrenevad vananedes. Kuid jääkala valis luu-hõrenemise vabatahtlikult ja tema luustik on pehmenenud selle määrani, et läbi kolba näeb ajusid. Nii et jääkalad elavad õnnelikult nii äärmusliku kehvveresuse kui luuhõrenemise korral. Postlethwait ja tema kolleegid oletavad, et nii nagu jääkalal pole eluks sügaval külma mere põhjas vaja tugevat luustikku, nii on seesama luustiku hõrenemise programm konserveerunud ka inimeses.

Ei saa hävitada arengu jaoks vältimatut geeni, küll aga saab hävitada reguleerivaid elemente, mis sunnivad geeni avalduma. See kehtib ka luude mineraliseerumist juhtivate geenide kohta.

„Kuid jääkala ei sõida jalgrattal," ütles Postlethwait ajakirjale Nature, juhtides tähelepanu, et ega selle olendi ja inimese vahel pole üksühest vastavust. Sellepärast peavad teadlased nägema vaeva, et vastavused üles leida.

Mehhiko koopakalad elavad lisaks pimedusele veel väga toit­ainevaeses vees. Nad on tavalistest kaladest rasvasemad ja taluvad paremini nälgimist. Marylandi ülikooli teadlane William Jeffery loodab, et ehk saab neid kalu kasutada inimese ülekaalulisuse mudelina. Mõne teooria kohaselt on ka inimene evolutsiooniliselt kohastunud eluks toitainevaeses keskkonnas, mistõttu võtab ta toidukülluse puhul kergesti ka kaalus juurde - nagu koopakaladki.

Igihaljad mudelstaarid on Galápagose sirgud ehk Darwini vindid, kelle näidiseid noor loodusesõber Charles Darwin oma kuulsal laevareisil kogus ning kelle eri suuruse ja kujuga nokkade peal oma evolutsiooniteooria kõnekama näite tõi.

Kuid mis ikkagi määrab mingi elundi, näiteks linnu noka kujunemise molekulaarselt? Harvardi meditsiinikooli teadlast Arhat Abzhanovit ja tema kolleege on huvitanud looma kehaplaani kujunemine. Ta on uurinud äädikakärbeste ja kanade HOX-geene, mis on kehaplaanide teostamisel olulised.

Siis võeti käsile Darwini vindid. Neid ei saa tellida nagu laborihiiri või ümarusse. Igal kevadel võttis Abzhanov ette retke Galápagose saarele, kus ta eriloaga ronis linnupesade juurde, et võtta pesast üks muna. Tuli olla ettevaatlik, et linde mitte pesalt heidutada.

Abzhanov ja tema kaastöötajad kasutasid DNA kiibi meetodit, et leida geene, mis eri liikidel avalduvad erinevalt ja on seostatavad noka kujuga. Sel moel õnnestus neil leida üks geen, mis kodeerib calmodulin'i (CaM) nimelist valku. See geen avaldub pika ja terava nokaga kaktusvindi embrüode nokkades  palju enam kui teiste liikide puhul. CaM vahendab rakkudes kaltsiumi signaalsüsteemi, millel on oma osa rakukoe diferentseerumisel ja arengul. Niisiis - mida kõrgem on CaM-i tase, seda pikemaks kasvab linnu nokk.

CaM tegutseb koostöös CaMKII-valguga, mis omakorda aktiveerib teisi valke. Üks selle valgu mutantne vorm on alati aktiivne - seda teadlased kasutasidki. Nõnda lõid nad pikema, ent mitte laiema ja kõrgema nokaga tibud. Seega suutsid teadlased asuda evolutsiooni isakese rolli, suunates protsesse, mille peale läks Galápagose saartel aega miljon aastat.


Refereeritud artikli originaaltekst Eesti Päevaleht Onlines