Eesti lehma kloonimise lugu

Eelmisel nädalal esitleti EMÜ veterinaarmeditsiini ja loomakasvatuse instituudis transgeenset kloonvasikat nimega Juuni. Foto: Margus Ansu

Marek Strandberg intervjuuerib värskes Sirbis Tartu Ülikooli füsioloogilise genoomika professorit Sulev Kõksi, kes räägib ära vasikas Juuni kloonimise loo Eesti Maaülikooli veterinaarmeditsiini ja loomakasvatuse instituudis.

Lehma kloonimine hormoonide tootmiseks võib paista jalgratta leiutamisena, kuid ehk ongi leiutajatel plaanis oma jalgrattatehase ehitamine?

Maailma esimene ellu jäänud kloonitud imetaja, lammas Dolly sündis 1996. aastal. Eelmisel nädalal tutvustati Tartus sündinud esimest elujõulist lehmvasikat, kelle geenide reas on ka üks jupp inimeselt, mis õpetab lehma rakke sünteesima kasvuhormooni. Sulev Kõks, kes võivad end pidada Juuni sünnile kaasaaitajaks?
Sulev Kõks: Ülle Jaakma, Mario Plaas, Pille Pärn, Jevgeni Kurõkin, Monika Nõmm, Marilin Ivask, Ene Reimann, Aili Tagoma, Rutt Lilleoja, Andres Salumets, Alar Meltsov, Esta Nahkur ja Sulev Kõks.

Kust ja mis ajast see lehma kloonimise ja hormoonitehaseks muutmise mõte on pärit?

Esimene lehma mõte, millega mina kokku puutusin, on aastast 1997 või 1998 – ja need olime siis mina, Alar Karis ja Eero Vasar, kes praegu on akadeemik. Karis oli kloonimise kunsti õppinud ja selles vallas osav. Lehm on suur tükk ja nii harjutatigi kätt peaasjalikult hiirtega. Need katsed õnnestusid hästi.

Miks just lehm ja mitte näiteks kits?

Kõige parem oleks olnud muidugi kits, aga Eestis kitsekarju eriti ei ole. Lehma valisime seetõttu, et lehma munarakke on saada. See määrab paljuski ära, milliseid loomi kasutada. Näiteks muudes riikides kasutatakse kitsi – Saksamaal ja Prantsusmaal, kus kitsed ikka on elanud, kuna kits on seal täiesti arvestatav kariloom. Eestis aga võib-olla elabki ainult 500 kitse. Tegelik valik ongi, kas kits või lehm. Kuna lehm on levinum, siis ühelt poolt saab nii munarakke, ja teistpidi ta peab olema lüpsiloom, et selle valgu, mida muundgeenidega sünteesitakse, pärast kätte saaks. Lehm on ikkagi kõige tähtsam inimese toiduahel põllumajanduslikus mõttes. Nüüdseks Juuniga lõppenud projekt sai alguse 2008. aastal ning on täna, nagu teate, oma lõppfaasis.

Mitu vasikat enne aia taha läks, kui Juuni sündis?

Sündinud vasikatest läks enne Juunit üks aia taha ja neid, kes tegelikult siirdamisel katkesid, on rohkem – umbes paarikümne ringis.

Mis oli tiinuse katkemise peapõhjus? Mingisugune äratõukereaktsioon?

Ikka varajane areng. Eriliseks teeb selle asjaolu, et tavalisest lootest eristab klooni antud juhul inimese geeni, lehma jaoks siis sünteetilise geeni lisamine. Laborislängis kutsume seda sünteetilist lisageeni „konstruktiks”. Paljuski on küsimus ka selles, kui pikalt viljastatud munarakku enne ema organismi viimist kultiveeritakse. Siiani on kogemus näidanud, et mida lühem on eelnev kultiveerimisaeg, seda parem tulemus. Kloonimisel keeratakse justkui bioloogilist kella tagasi ja kui kellakeeramine ei õnnestu ning kloonitud ja viljastatud munaraku kell tiksub valesti, võib näiteks platsenta areng ebaõnnestuda.

Milline kloonimismeetod teil on? Teatavasti on mitu viisi, kuidas transgeenset organismi saada. Millist teie kasutasite?

Miks me kloonimise valisime, on see, et kloonimise puhul võetakse fibroplasti rakk (Fibroplastid on organismi rakud, mis sünteesivad kollageeni ja nende ülesanne on moodustada võrgustik, kuhu kinnituvad muud organismi rakud – M. S.), seda kasvatatakse, külmutatakse, säilitatakse ja siis äratatakse jälle üles. Alles siis tuleb see munarakuga kokku panna – ergutada elektriimpulsiga nagu dr Frankensteini looski – mispeale tekib rakkude ja geneetilise materjali ühinemine ja seejärel uus organism. Vahepeal saab sinna igasuguseid geene sisse viia, saab igasugu koerusi ja huvitavaid asju teha.

Fibroplastid on rakud, mida saame geneetiliselt muundada ja meil on võimalus kontrollida, kas loodu on elujõuline. Kui munarakk ja muundatud fibroplast ergastuse tulemusel poolduma hakkab, on esimene kinnitus olemas, et protsess õnnestub.

Sündinud lehm ei ole kahest organismist sünteesitud olend – kimäär, vaid tal on üks osa genoomist kergelt muundatud, et ta just seda kasvuhormooni toodaks.

Jah, talle pannaksegi see üks geen sisse. Tegelikult on lehm identne sellega, kellelt need fibroplastid tulid, ja nad näevad välja nagu kaksikud, nad pärinevad kõik ühest rakuliinist. Vahe ongi nüüd selles, et Juunile on see üks geen juurde pandud, mis iseenesest ei ole väga suur geen –
kasvuhormooni geen on selline pisike. Tegelikult ongi tehtud suhteliselt pisike geneetiline muundamine.

Mitu nukleotiidi selles geenis on?

Umbes 600 nukleotiidi.

Seda on tõesti vähe, arvestades, et inimgenoomis on ühtekokku üle kolme miljardi aluspaari.

Kasvuhormoon ei ole ka ise suur, vaid 190 aminohapet.

Kui piimanäärmetesse koguneb rohkem kasvuhormooni, mis siis organismi endaga juhtub, kui seda hormooni imendub mujale ka? Kas lehma kasv on siis kiirem? Või on inimese kasvuhormoon niivõrd teistsuguse struktuuriga, et see ei mõjutagi?

See on nüüd küll üks ohte nende transgeensete veiste juures: meie arvame, et see geen jääb sinna piima sisse pidama, aga sama geen on ju kõigis organismi rakkudes. Rakkudes on teatud signaalmehhanismid, mis käivitavad selle geeni toime vaid piimanäärmetes. Praegu me ei ole märganud, et meie veis tavalisest kiiremini kasvaks. Hiirtega tehtud katsetes oleme näidanud, et meie hormoone tootvad „konstruktid” ei leki, keha hormoonide tase ei tõuse tavatult suureks. Ka Juunil ei tohiks me sellist leket näha, aga me ei ole seda veel kontrollinud.

Miks just veist, aga mitte baktereid on põhjust õpetada hormoone tootma?

Ka baktereid õpetatakse. Aga nende tootmisprotsess on keerukam, sest bakterite toodetu väljapuhastamine on kulukam ja bakteri puhul tekib alati saastumisoht muude valkude ja ka bakterirakkude seinte osadega, mis tekivad bakterite suremisel ja lagunemisel. Puhastamine ja bakterite endigi kasutamine bioreaktorites on keerukas ja energiamahukas, sellest johtuvalt ka kallis. Lisaks bakteritele kasutatakse ka tuumsetest ehk eukarüootsetest rakkudest inimkoe rakke. Mitte elus inimeses, vaid inimeselt võetud rakukoes, mida söötmel elus ja paljunemas hoitakse. Kuid neistki on ainete kättesaamine kulukas.

Mille poolest erineb siinne töö Argentinas tehtud samalaadsetest uuringutest ja arendustööst? Neil on lehm juba olemas, kes kasvuhormooni toodab, ja on ka farmaatsiafirma Biosidus, kes plaanib selle tehnoloogia laiaulatuslikult kasutusse võtta.

Me tehtu on suuresti nendesarnane tehnoloogia. On nüansse ja erinevusi, aga rohkem on sarnasust. Meil on loomulikult veidi arendustööd selle „konstrukti” teemal, mis on viidud veise genoomi hormooni tootma, aga lõppresultaat – sünnib veis, kes toodab kasvuhormooni –
on sama. Meil on käsil veel praegu insuliin ja folliikuleid stimuleeriv hormoon (FSH), aga kasvuhormoone tootev lehm sai esimesena valmis. Mina konkurentsi ei karda, aga ma leian küll, et meist võiksid saada head koostööpartnerid.

Argentina ettevõtjad on oma leiutise 2003. aastal patendina kaitsnud. Ju nad soovivad seda ise kasutada. Kuivõrd Eestis tehtud töö on majandatavaks muudetav?

Pigem ikka on. Oleme teinud taustaanalüüsi ja seda kasvuhormooni saaks siin tootmises kasutada küll. Meil on üks lehm, neil paarkümmend. Meil läheb oma kogemuse ja oskuste kogumisega aega. Samal ajal aeguvad ka nende patendid. Ja siis on kõigil õigus selliseid ravimeid toota, kuid selleks on vaja lehma või kitse. Bioloogiliste geneeriliste ravimite tootmine on mõnevõrra keerukam kui puhtkeemiliste patentidest vabanenud ravimite tootmine – siin sünteesiaparatuurist ei piisa, on vaja ka organismi. Neid me tegema õpimegi.

Argentiinlastel on patent ainult USAs, Euroopas neil patenti ei ole, nad võtsid taotluse hiljaaegu tagasi. Kas ootate võimalike konkurentide patentide aegumist?

Jah. Aga meilgi on uudset, mis neis patentides katmata, just meie „konstruktide” vallas.

Loomakaitsja küsiks nüüd, mis veise elus teistmoodi on, kui ta on selliselt sündinud ja sattunud ravimitootjaks?

Võrreldes tavaveisega on erilisem see, et ta on suurema tähelepanu all ja tema eest hoolitsetakse rohkem. Teda ilmselt ka lüpstaks vähem. Lüpsmine tegelikult halvendab veise tervist: kui väärtuslikke aineid lüpsta, siis pigem sellega tagasi hoida. Tema elu on kindlasti parem kui tavalehma oma.

Ükski lehm vist ei suregi enam vanadussurma. Kas sellise veise puhul võib oletada, et kui tekib kari, kes lüpsab ravimikomponente, et need on esimesed veisepopulatsioonid, kes surevad loomulikku surma?

Jah, nende veiste puhul võib tõesti oodata, et nad loomulikku surma surevad.

Mis on saanud veisearetuskavast, kus piimast pidi saama hakkama ka ämblikuniidi valku?

Minu teada Kanada ja USA kaitseministeerium tegid koostöös seda ämblikuvõrgu asja, aga ei ole sellega veel kuhugi jõudnud. Kui ma hakkasin 2008. aastal kloonimisega tegelema, siis oli see teema aktuaalne, aga jah, minu teada ei ole nad kaugele jõudnud – kas neil said investeeringud otsa või … Ma ei tea, mis seal on.

Või sai valmis ja keegi ei räägi sellest?

Võib-olla, aga ma tean, et jutt selle ümber on vaibunud.

Aga geenmuundatud loomakarjad? Nende huvitavate ja vajalike ainete tootjate päralt on siis tulevik?

Arvan küll. Kui ma nende plaanidega liitusin, olime ses osas mõnevõrra maha jäänud. Teisalt on aga nii, et praegu on müügil ja kasutuses kõigest kaks ravimit, mis sel moel toodetud.

Biotehnoloogilised ravimid tulevadki siis enamasti kas muundatud bakteritest või nendestsamadest inimrakukultuuridest, mida hoitakse katseklaasis elus?

Täpselt nii. Suuremad transgeensed organismid ainete allikana võimaldaksid aga tootmise omahinda allapoole viia.

Kõige kallim osa farmaatsias on siiski vist n-ö rahaline mälestus sellest, kui kalliks on läinud kõik kliinilised katsetused ja läbikukkumised, mis kirjutatakse iga õnnestunud ravimi hinnalipikule lisaks.

Ka seda. Tegelikult on ravimi omahinda raske hinnata, sest väga palju sellist arenduslikku ebaõnnestumist kirjutatakse tõesti sinna sisse. Aga põhimõtteliselt, kuna see omahinna vahe on nii drastiline, et kas toota nüüd rakus või veises, siis see omahinna vahe erineb ikkagi kümneid kordi transgeenselt tootmise kasuks, sest selle tehnoloogiaga on võimalik teha ravimite tootmises korralik arenguhüpe. Revolutsioon on ehk palju öelda, aga see on ju väga selge ümberkorraldus just selliste toimeainete tootmise vallas. Meil ei ole vaja toimeaine tootmiseks enam tohutuid kombinaate-keemiatehaseid, sest nüüd on võimalik toota ka näiteks transgeenseid veiseid, pidades neid mahetingimustes. Puhas ja ökoloogiline.

Kui me võrdleme, kui lihtne on lehmapidamine või kui keeruline on reaktoris bakterikultuuri kasvatamine, kas siis millalgi tulevikus tähendab see mõjusate, kõrvaltoimeta ravimite paremat kättesaadavust?

Kindlasti. Just kõrvaltoimeteta, sest see tootmissüsteem on puhtam. Piimatootmises on väga kontrollitud keskkond. Kuigi rakukultuurgi on steriilne, tekib sellesse siiski soovimatuid ja raskesti eemaldatavaid lisandeid. Raviaine kvaliteet kannatab.

Mida tähendab sellelaadne transgeenne muutus evolutsioonilises mõttes? Ühtpidi on tegu inimese elukvaliteedi parandamise püüuga, teisalt muundatakse loomi ju majanduslikest kaalutlustest lähtuvalt.

Eks piim ole laiemas mõttes ka kui ravim ja inimesel on kujunenud võime piimavalku ja piimasuhkruid seedida ning karjakasvatajana põhjapoolseid alasid hõivata. Teisalt muidugi tuleb transgeensete loomade pidamisega olla ülimalt tähelepanelik. Me ei tea ju sedagi, milline on kõigi aegade jooksul kogunenud arvukate viirusegenoomide osa inimgenoomis. Evolutsioon on riskirohke tegevus ja sealgi võib ette tulla ummikteid.

Kujutame ette inimest, kellel on näiteks välja kujunenud esimest tüüpi diabeet ja organism insuliini ei tooda, aga on mingisuguse sünteetiline kasvaja, mis on suuteline inimeses seda tootma. Selle lisamisega saaksime elukvaliteeti parandada. Milline olla võiks olla inimese enda geeniteraapia arengusuund?

Insuliin on hea näide. Sel alal töötatakse palju ja see ei ole võib-olla lähema aasta teema, aga järgmise viie aasta oma küll. Iseenesest on selline prototüüp olemas. Näiteks võib võtta inimese enda tüvirakke, mille rasvast näiteks kätte saab, või ka luukoest või lihaskoest – see on natuke keerulisem. Sinna võibki siis viia insuliinigeeni, ehitada sellise „konstrukti”, mis hakkaks reageerima veresuhkruga ja vastavalt sellele insuliini tootma. Selline ideoloogia või prototüüp on tegelikult välja töötatud või väljatöötamisel. Kui kaugel ta on kasutusele jõudmisele, on raske hinnata.

Kas see on teaduslik või juba mingi ravimifirma tegevus?

Minu andmetel on see puhtalt veel teaduslik, aga arendajaid on päris palju, kuna see on väga atraktiivne ja lihtne protsess, tegelikult nüansiga, sest rakk peab aru saama, millal insuliini segreteerida ja mõistma veresuhkru sisaldust. Jah, põhimõtteliselt on see ideoloogia olemas. Tartus tegeldakse sellega siiski vähe.

Rakk ei ole kellamehhanism ega elektroonikasekeem, aga mudeldada arvutis, ränikristallis saab seda küll. Kui suures ulatuses on jõukohane rakkude arvutimudelite tegemine? Kvantmehaanika on avardanud pilti ainete omadustest. Kuidas on lugu arvutibioloogiaga?

See valdkond on arenenud üsna kaugele. Ma ise tegelen sellise asjaga nagu RNA uuringud. Me püüame seal ennustada RNA muutust ja seda, mis rakus täpsemalt toimub. Püüame mudeldada ja ennustada, kuidas RNA muudab ja kujundab rakkude ainevahetust. Seda laadi uuringuid kummitab ennekõike infonappus, vaatamata kõigele teame rakust ja elusainest siiski üsna vähe.

Füüsikud otsisid standardmudelist puuduvat Higgsi bosonit ja selle leidmiseks ehitati miljardeid maksnud kiirendi Euroopa tuumauuringute keskusse. Bioloogias on üks avastusteparv seotud Darwini avastatud evolutsiooniprotsessiga ja teine pärilikkusainega, pärilikkusaine ja valgusünteesi seostega. Mis on bioloogiateaduses see Higgsi boson, mida otsitakse või tasub otsida?

Elu molekulaarne loomus, et neli erinevat nukleotiidi suudavad kodeerida paarikümnest aminohappest koosneva elusaine, on ka see valdkond, kust otsida bioloogia püha graali. DNA primaar­struktuur ja valgusünteesi alused on vaid osa sellest elu masinavärgist, sest on teada, et DNAlt kopeeritakse RNAd oluliselt rohkem, kui oleks vaja vaid valgusünteesiks. Ma arvan isegi, et bioloogias on küsimus mitte bioloogilise Higgsi bosoni otsimises, vaid pigem biolooglise Plancki konstandi otsingutes. Meil on vaja selgelt mõista elu molekulaarse mustri tähendust. Meie organismi valke sünteesib vaid 1,5% pärilikkusainest. Ülejäänut on arvatavasti ekslikult nimetatud rämps-DNAks. Pole see mingi rämps, meil pole sellele aineosale rolli, aga roll on sellel kindlasti. Ennekõike informatsiooniline.

Nukleotiididest kokku pandud polümeer (DNA või RNA) on keemiliselt vastupidavam kui näiteks aminohapetest kokku pandud polümeer ehk valk. Kas sellel võib olla mingisugune struktuurne tähendus, katalüütiline või mingi muu roll?

See on täiesti selgelt õige moment. See on ilmselt ka põhjus, miks loodus DNA molekuli välja pani. See on väga stabiilne ja hästi kontrollitav, kuid ei vasta ära ikkagi küsimust: miks on genoomis nii palju rämps-DNAd, mille otsest mõju ju ei näe ega tea.

Milline on see molekulaarbioloogiline uurimisaparaat, nagu füüsikutel oli suur hadronite põrgati (LHC)? Kui palju läheb maksma vastamine suurele küsimusele bioloogias? 10–15 miljardit nagu LHC puhul?

Mul on väga hea retsept: kümmet miljardit ehk vaja ei lähe, vahest viiega saab hakkama. Retsept on põhimõtteliselt selline: kui Eestis kokku koguda kõigi 1,3 miljoni inimese genoomid ja vereproovid, siis vaatame, milline on genoomi ja RNA organisatsioon. Kui palju siis genoomist RNAks muudetakse ja millised on nende seaduspärasused? See on see, kuidas pühale graalile ligi saaks. Minu meelest meil muid variante palju ei ole.

Kas see tähendab ühe populatsiooni piiri või piiri eri liikide vahel? Või kus see võti peaks olema? ... Või peaks tegema nii erinevatest populatsioonidest kui ka liikidest?

Mina jääksin eukarüootide piiresse. Prokarüootide genoom on palju lihtsam. Eukarüootidel on rohkem ka sellist esmapilgul rollita rämps-DNA-ks kutsutut. Ma jääksin esialgu ka inimeste piiridesse ja võtaksin eestlased – me oleme geneetiliselt võrreldavalt homogeensemad, kui näiteks inimesed Ameerika Ühendriikides või mõnes muus riigis. Me oleme nähtavalt erinevad ja just selle erinevuse loomusse sukeldumine annaks meile võtme elu informatsioonilise ja molekulaarse seose loomiseks.