Teaduse kiire arengu tulemusena on tekkinud aina uusi biotehnoloogilisi meetodeid, millest on välja kasvamas mitmeid huvitavaid biomeditsiini valdkondi. Nende hulgas on üks kõige kiiremini arenev suund bioinformaatika.
Just bioinformaatika uurimissuuna arendamiseks sai Eesti Teadusagentuurilt sektoritevahelise mobiilsuse (SekMo) rahastuse Eesti biotehnoloogiaettevõte OÜ Dxlabs, mille põhitegevus on antikehadel põhinevate toodete väljatöötamine, arendamine ning müük.
Pikas perspektiivis loodetakse jõuda toodeteni, mis võimaldaksid ühest küljest ennustada haiguste tekkeriski veel tervetel inimestel, teisalt aga diagnoosida ja ravida juba haigeid patsiente. OÜ Dxlabs on ette võtnud oma tooteportfelli uuendamise ning seeläbi loodetakse ettevõte uuele tasemele tõsta. Selleks on SekMo projekti raames ettevõttes bioinformaatikuna ametis Tallinna Tehnikaülikooli loodusteaduskonna keemia- ja biotehnoloogia instituudi teadur dr Jürgen Tuvikene.
Analüüsitakse bioloogiliste süsteemide infovoogu
Rakutasandil toimuvaid meditsiiniuuringuid, mis hõlmavad endas geeniuuringuid, rakubioloogiat ja molekulaarseid uuringuid nimetatakse biomeditsiiniks.
„Biomeditsiin on tegelikult sama, mis meditsiin ikka. See „bio” on seal tegelikult üleliigne. Lihtsalt kui tänapäeval räägitakse biomeditsiinist, siis mõeldakse selle all molekulaar- ja rakubioloogia kui teadusharu meditsiinialaseid saavutusi või meditsiinivaldkonda tungivaid uurimissuundi,” püüab dr Tuvikene asjasse selgust tuua. „Küll aga on selles kõiges oma osa bioinformaatikal. See on teadusharu, kus teadlased kasutavad infotehnoloogilisi meetodeid, et analüüsida bioloogiat ning bioloogiliste süsteemide infot. Meie näiteks kasutame neid meetodeid, et ammutada teadmisi immuunsüsteemi toimimise kohta.”
Kuna tänapäevaste meetoditega saadav info hulk on väga suur, tuleb appi võtta infotehnoloogia vahendid ja meetodid, et andmeid töödelda, seoseid leida ja bioloogilistes süsteemides toimuvaid protsesse inimesele kasulikult ära kasutada.
Kui räägime antikehadest, siis on Jürgen Tuvikene seda meelt, et antikehadel põhinevate toodete juures pole keeruline mitte tootmine, vaid küsimus, mida toota. Tema ülesanne ongi disainida uusi antikehadel põhinevaid tooteid, mida oleks mõttekas toota ja turustada. Praegu on tema töö põhisuund inimese närvisüsteemi ja selle haigustega seotud antikehade tootearendus.
Põhimõtteliselt oleks mõistlik toota selliseid antikehasid, mis aitavad ennetada, diagnoosida ning ravida erinevaid närvisüsteemi haigusi, aga ka antikehasid, mida saaksid ka teised teadlased oma teadustöös kasutada.
Kuigi erinevad uuringud võivad olla tavainimesele raskesti hoomatavad, on need lõppkokkuvõttes suunatud kogu inimkonna hüvanguks. Näiteks võib haiguste diagnoosimise käigus leida antikehi, mis on seotud närvisüsteemi haiguse tekkepõhjusega ja selle pinnalt saaks edasi liikuda ravimi või vaktsiini väljatöötamiseni.
Bioinformaatika abil luuakse antikehade uurimise tarkvara
OÜ Dxlabs teeb koostööd Eesti biotehnoloogia ettevõttega Protobios, mis arendab antikehalise vastuse uurimiseks keerulise nimega meetodit mimotoobi variatsiooni analüüs (MVA).
MVA põhineb faagi displei meetodil, mille loojad said 2018. aastal ka Nobeli preemia. MVA läbiviimiseks kasutatakse inimesele ohutuid bakteriviiruseid ehk faage, mille pinda katavad juhuslikke aminohappeid sisaldavad väikesed valgud. Need bakteriviiruste pinnal olevad valgud on võimelised katseklaasis siduma inimese veres olevaid antikehi.
Peale antikehade seondumist saavad teadlased tänapäevaste sekveneerimismeetoditega tuvastada, millised antikehad bakteriviiruste pinnal olevate valgujuppide vastu n-ö huvi tundsid. MVA võlu seisneb selles, et teadlased saavad laiaulatuslikult uurida erinevates koevedelikes (tavaliselt veres) sisalduvaid antikehi, nende profiile ja sellest järeldada seoseid erinevate haiguslike seisunditega. Näiteks on inimese veres väga palju antikehi, mis kaitsevad erinevate haigustekitajate ehk patogeenide vastu.
„MVA on tehnoloogia, mille abil on võimalik saada igale inimesele oma antikehade immuunprofiil. Kui tavaliselt kasutatakse ühte kliinilist testi, saamaks teada, kas meie organismis on teatud antikehad olemas – näiteks koroonaviiruse vastased antikehad – siis MVA tehnoloogia võimaldab laiapõhjaliselt määrata, milliseid erinevaid antikehi meil proovis on, ja sellest järeldusi teha,” selgitab dr Tuvikene. „Niimoodi võib näiteks ühest vereproovist saada umbes kolm miljonit antikehade sihtmärki, millega edasi tegeleb juba bioinformaatika.”
„Loodame, et meie töö tulemusel saaks kunagi odavalt ja lihtsalt diagnoosida haigusi või saada piltlikult öeldes kolme tilga vere abil määrata inimese tervislikku seisundit ja teda potentsiaalselt ohustavaid haigusi,” ütleb ta.
Võimalik leida seos antikehade ja haiguste tekke vahel
Jürgen Tuvikene töötab OÜ-s Dxlabs bioinformaatilise analüüsimeetodi loomise kallal, mis võimaldaks kasutada koostöös Protobiosega MVA analüüsist saadud immuunvastuse profileerimise andmeid antikehaliste toodete disainimiseks.
Selleks on tarvis luua võimalikult automaatne ja universaalne analüüsitarkvara, mida saaks ka edaspidi kasutada antikehade määramiseks. Näiteks haiguslike seisundite tuvastamisel ning saadud info põhjal valida, milliseid antikehasid toota.
„Praegu on meil näiteks käsil skisofreenia varajaste biomarkerite uurimine. Püüame leida vastust küsimusele, kas on olemas mingid antikehad, mis võimaldavad öelda, et inimesel on risk haigestuda skisofreeniasse, enne, kui ta selle päriselt saab,” iseloomustab Jürgen Tuvikene rakendusuuringu praktilisi suundi. „Antikehade kasutamine haiguste varajasel diagnoosimisel või lausa ennetamisel on kindlasti suure potentsiaaliga uurimissuund. Ideaalis võiksid MVA meetodil saadud laiapõhjalised immuunprofiilid olla aluseks väga konkreetsete, just kliiniliselt huvitavat infot sisaldavate antikehade otsimisele.”
Tulevikus võiks see välja näha sedamoodi, et kliinikus võetakse analüüs, sisestatakse testimiseks masinasse ja välja tuleb konkreetne hinnang, millised on inimese immuunsüsteemist tulenevad haigusriskid.
Analoogselt saaks välja töötada teste erinevate haigustekitajate tuvastamiseks. Mida lihtsam ja odavam see tehnoloogia on, seda parem.
Eesmärk luua biomarkerid, mis tuvastavad haigustunnuseid
Nii ongi Tuvikese bioinformaatiline antikehaliste toodete arendamine suunatud ühest küljest kliinikutele ning teisalt teadlastele, et nad saaksid uusi antikehi oma teadusuuringutes kasutada.
Lisaks võimaldab MVA tehnoloogia mõõta ja aru saada, millised on konkreetse antikeha sihtmärgid. Kui antikehade sihtmärgid on teada, valideeritud ja tõestatud, siis tõuseb selliste antikehade turuväärtus teadlaste silmis tunduvalt, kuna see tõstab toote usaldusväärsust.
„Meie roll on eelkõige leida antikehalised biomarkerid, mis suudavad haigust tuvastada. Seejärel teha koostööd mõne ravimifirmaga,” räägib dr Tuvikene. „Ravimifirmadel on kogemus ja oskused viia läbi kliinilisi katseid ja muid eksperimente, mis kaasnevad näiteks kliinilise testi, ravimi või vaktsiini väljatöötamisega. See kõik on väga kulukas ja väikeettevõte üksinda seda kindlasti teha ei jõua, kuid mida saaks ellu viia koostöö raames.”
Antikehade põhjal võiks anda haiguste riskihinnanguid
Koostöös Protobiosega on dr Tuvikese töös kolm uurimissuunda – närvisüsteemihaigused, vähk ja südameveresoonkonna haigused.
Närvisüsteemihaiguste seast võiks välja võiks tuua näiteks Parkinsoni tõve. Selle varajase diagnostika võimalusi uuritakse hetkel aktiivselt, sest praegu saab diagnoosi enamik inimesi alles siis, kui ajus on juba väga suur kahju tekkinud. Kui suudetaks Parkinsoni haigust tuvastada enne märkimisväärse kahju tekkimist, võiks ravi osutuda märksa tulemuslikumaks, kuna ei peaks samaaegselt nii haigust pidurdama kui ka kahjusid leevendama.
Teine oluline uurimise all olev närvisüsteemihaigus on hulgiskleroos ehk sclerosis multiplex. See saab alguse inimese enda immuunsüsteemist, mis ründab närvisüsteemi. Hetkel ei ole selge, mis põhjustab hulgiskleroosi, kuid haiguse teket on seostatud paljude erinevate patogeenidega. On seega tõenäoline, et võti selle haiguse tekke mõistmiseks peitub muu hulgas ka antikehades.
Vähi puhul võiks antikehade uurimine aidata kaasa vähi varasemale diagnoosimisele, sest on selge, et mida varem vähk avastada, seda tulemuslikum on ravi. Lahendamata küsimusi vähiravis on palju, sest potentsiaalseid vähieelseid seisundeid tekib organismis kogu aeg, aga üldiselt suudab meie immuunsüsteem nendega toime tulla.
Kui leida vähile iseloomulike antikehade tekkimine immuunsüsteemis, võiks see panna aluse vähi varajasele tuvastamisele vereproovist või anda märku, millal immuunsüsteem ei suuda enam vähieelseid seisundeid kontrolli all hoida.
Ka südamelihase infarkt on oluline teema, mida uurida. Nii ülekaalulisus kui kõrge vererõhk on olulised riskifaktorid südameveresoonkonna haigustele. Samas on teadusuuringud leidnud, et ka immuunsüsteemil võib neis haigustes olla oma roll.
„Omal ajal loodeti, et teades inimese genoomi, võime kõiki haigusi kergesti ette näha ja diagnoosida. Tänaseks teame, et valdavalt see pole tõsi, sest oma osa haiguste tekkes on ka keskkonnal. Just immuunsüsteem on üks peamine väliskeskkonna mõjude vahendaja,” räägib Jürgen Tuvikene. „Oma analüüsidest oleme ka näinud, et geenid võivad mõjutada inimorganismi võimet tekitada antikehi erinevate haigustekitajate vastu. Tõenäoliselt selgitavad seosed geneetilise info ja immuunsüsteemi vahel, miks osad inimesed põevad teatud nakkushaiguseid raskelt, teised aga kergemalt. Selleks, et neid seoseid mõista, ei piisa inimesele lihtsalt peale vaatamisest, vaid on vaja keerulist ja täpselt suunatud uurimistööd.”
