Kunagi, enne kui ma targemaks sain, kartsin ma geneetiliselt muundatud organisme (GMOsid). See väljend on veidi kehv. Kuigi see võtab hästi kokku kontseptsiooni, kõlab see üsna kurjakuulutavalt. See oli enne. Pärast aastaid kestvat bioloogiaharidust on mu arvamus oluliselt muutunud. Esiteks ma saan aru, mis asi see GMO üldse on, kuidas seda tehakse ning millised ohud sellega kaasneda võivad. Teiseks olen ma õppinud tegema vahet päris teadusel ja erinevate huvirühmade lobitööl ning mõistan hästi erinevaid positiivseid aspekte, mida genoomi manipuleerimine võimaldab.
Olgem ausad – hoolimata kehvast imagost avalikkuse silmis, on GMOdel oluline koht modernses maailmas. Käesoleva kümnendi algul kasvasid GMOd 10% maailma põllumaadel ja 29s riigis kasvas 11 erinevat muundatud taime. See osa on muidugi kõigile teada. Paljud meist ei tea aga seda, et enamik ravimites ja toidutööstuses kasutatavaid valke ja ensüüme tulevad suurtest bioreaktoritest, kus kasvatatakse geneetiliselt muundatud baktereid (näiteks E. coli). Sealt tuleb ka suhkruhaige süstlas olev insuliin sarnaselt kümosiinile (laap), mida kasutatakse juustu tootmises. Seda nimekirja võiks jätkata. Modernne bioloogia ja biotehnoloogia on geneetilise muundamiseta võimatu.
Sellest kõigest hoolimata on GMO ikkagi justkui midagi, millest eemale hoida. Euroopa Liidus elades tundub, et lõpptarbijale seda justkui ei eksisteerigi. Loomulikult on meil müügil tooteid, mille tootmisel on kuskil geneetiline modifitseerimine vajalik, ent näiteks GMO tomatit meil osta ei saa. Ka USAs, kus GMO vilju on võimalik kergesti leida, ei ole nad just suurepärase kuulsusega. Ikkagi inimesed pigem väldivad neid ja kui küsida, kas toodetele peaks peale märkima, et need sisaldavad DNAd, ütleb 80% ameeriklastest „jah“ (MOTT).
Teadus ei seisa aga paigal ning head mõtted saavad ikka ükskord täide viidud. GMOd on tagasi tulemas ja seekord on PR töö veidi parem. Vähe räägitakse geenidest, mis on võetud kaladest ja bakteritest ja viidud siis taimedesse. Praegused märksõnad on säästlikkus ja tervislikkus. Paljud on praegu kindlasti segaduses – GMO ning tervislik – aga nii see on.
Üks varasemaid näiteid säärastest GMOdest on kuldne riis. Tavalise riisi sisse viiakse beta-karoteeni sünteesi jaoks vajalikud muudatused ja valmib veidi kollaka värviga riisisort, mis võib päästa sadade tuhandete laste elu, kes surevad vitamiin A puudusesse igal aastal. Miks me ei vii neile lihtsalt multivitamiine? Lühinägelik mõte, mis paksendab vaid vitamiinitootjate rahakotti, ei lahenda reaalset toitumise probleemi piirkondades ning muudab need piirkonnad igavesti abist sõltuvaks. Samuti tundub see rumal olukorras, kus meil on olemas täiesti ohutu alternatiiv, mis on toodetud heategevuslikel eesmärkidel toitaine puuduses elavatele inimestele. Kahjuks ei ole kuldne riis suures osas veel abivajajateni jõudnud, suuresti tänu GMO vastastele lobiorganisatsioonidele. Kuna aga teadust tuleb aina juurde, on lootust, et varsti see olukord muutub.
Kuldne riis. International Rice Research Institute (IRRI)
Mitmed tootjad on just seda „tervislikuma“ toote teed läinud. Näiteks arendab DuPonti all olev firma Pioneer sojauba nimega Plenish, mille õlis ei ole transrasvu. See tähendab, et sojaõli, mida tänapäeval kasutatakse küpsiste ja krõpsude tootmisel saab ehk tulevikus olema transrasvade vaba ja vähendab nende toodete negatiivset mõju tervisele.
Sarnane on ka JR Simplot Co poolt toodetud Innate kartul, mis on vastupidavam muljumisele ning vähendab akrüülamiidi tekkimist. Akrüülamiid on kartulite kõrgel temperatuuril küpsetamisel looduslikult tekkiv kemikaal, mida on seostatud vähi põhjustamisega.
Tänapäeva geenitehnoloogia üks suuremaid valupunkte on sarnaselt paljude tehnoloogia valdkondadega patenteerimine. Kui firmad saavad geenide üle patente omada, võib see viia suurte probleemideni tulevikus. Üks näide on BRCA1 ja 2 geenid, mis on seotud rinnavähi tõenäosusega. Pikalt olid need geenid patenteeritud Myriad Geneticsi poolt ja nemad kontrollisid kõike nende geenidega seonduvat, sealhulgas ka rinnavähi tõenäosuse teste. Aastal 2013 otsustas aga USA ülemkohus, et looduses eksisteerivaid geenifragmente ei saa patenteerida. Sünteetilistele DNA järjestustele see praegu veel ei kehti ja peame ootama ära, mida tulevik toob. On kindel, et patendeerimisega seotud seadused peavad lähitulevikus mitmes aspektis muutuma.
Kirjanik Arthur C. Clarke on kirjutanud, et iga piisavalt edasijõudnud tehnoloogiat ei saa maagiast eristada. GMO tehnoloogiaga on suuresti sama mure. Vastupanu sellele on suuresti seotud sellega, et enamik meist ei mõista seda. Me tegelikult ei mõista ka sordiaretust (seda nii-öelda loodusliku protsessi, mida on sajandeid tehtud) ja paljutki toidutööstusest. Ma arvan, et meil kulub veel aega geneetilise modifitseerimisega harjumiseks ja selleks, et me reaalselt näeksime neid positiivseid mõjusid, mis sealt tulevad. Tehnoloogia on ju alles lapsekingades. Uued tooted, mis ei ole ainult tootlikkuse ja transpordi parandamisele orienteeritud, vaid aitavad kaasa tervislikuma toidu tarbijani jõudmisele, on suur samm edasi. Loodan, et inimesed on valmis ka kriitiliselt mõtlema ja mõistma, mis asi see GMO siis lõpuks ikkagi on.
Ookeanide prügisaartest ning kilekottide rämedast mõjust keskkonnale, ravimijääkidest veekogudes ning plasti vähe kõneldud ajaloost on Värske Aju juba pajatanud. Nüüd võtaks ülevaatlikult ette plasti teekonna inimese kehasse. See teema pakub mulle isiklikult väga suurt huvi, kuna oma vabatahtliku tegevuse kaudu olen seotud Teeme Ära rahvusvaheliste hoobadega, täpsemalt liikumisega “Let’s Do It Mediterranean!” mis tegeleb prügikoristusega Vahemerest.
Kes tahab üldist ülevaadet meres hulpiva plasti mõjust elusorganismidele, võib alustada nt. Green Peace’i kokkuvõttest, mis sisaldab ka hulgaliselt asjalikke viiteid, nii et ei pea muretsema “puukallistajate” kallutatuse pärast.
Kuidas plastik toiduahelasse sattub?
Inimesed toodavad igal aastal ligi 300 miljonit tonni plastmassi. Suurem osa sellest “lõpetab” eluringi prügimägedes ja põletusahjudes. 1970-ndate uuringutes pakuti, et 0,1% kogu toodetud plastist jõuab hoopis veekogudesse (lõppsihtpunktina ookeanides), võimalik, et olukord on tänaseks veel hullemaks muutunud, seoses plasti suurema kasutusega arengumaades, kus puudub mõistlik prügikäitlustaristu. Osa veekogudesse sattunud plastist jääb kinni jäässe (Arktikas nt), osa leiab tee randadele ja ülejäänud jätkab rännakut veekogu sees. Plast on fotodegradeeruv materjal, st. valguse käes laguneb ta väiksemateks tükkideks – mikroplastikuks, isegi nanomõõtmetes osakesteks.
Osa plasti sattub veekogudesse juba algselt mikroplastikuna – nt. sünteetilistest materjalidest rõivaste pesemisel jõuavad veekogudesse imepeenikesed plastikiud, mida reoveepuhastid ilmselt väga hästi kinni ei püüa.
Algselt arvasid teadlased, et suurem osa maailmamerre sattunud plastist, mis jõuab garbage patch’idesse (ehk prügikeeristesse), jääbki sinna järgmiseks paarisajaks aastaks pidama, kuid hiljuti läbiviidud mahukad uuringud on näidanud, et 99% plastist, mida sealt traallaevadega leida loodeti – on kadunud! Aga kuhu?
Plast laguneb nii väikesteks osakesteks, et muutub osaks planktonist. Planktontoidulised loomad söövad ta koos elusa hõljumiga ära, seedetraktist jõuavad erinevad plastist eralduvad kemikaalid looma kudedesse, sealt saakloomadesse ja potentsiaalselt inimese toidulauale.
Plast vajub veekogu põhja, ladestub seal või laguneb mikroorganismide abil edasi. Mikroorganismide elutegevuse tagajärjel võivad erinevad kemikaalid, mis plastikust pärit, jõuda edasi ka toiduahela redelil. [vaata eelmist lõiku]
Osa hulpivast ja randadel vedelevast plastist korjatakse üles merelindude poolt, kellele see näib isuäratava toiduna. Plastitükikestest eralduvad lindude seedekulglas erinevad kemikaalid, mis jäävad püsima lindude kudedesse. Lindude surma võivad põhjustada lisaks neist eralduvatele toksiinidele ka seedumatud plastitükid. Surnud lindude rümbad võivad saada toiduks teistele ranniku- või mereloomadele, kelle kaudu võivad kemikaalid jõuda ka inimese toidulauale.
Chris Jordani foto albatrossist, kes toidu pähe ekslikult plastikut on söönud. See on ilmselt üks kuulsamaid visuaale, mis seostub mereloomade ja plastireostusega.
Igal juhul jõuab hirmuäratavalt suur osa merre uhutud plastikust üsna kiiresti toiduahelasse. Kuna maailmamered, eriti inimasutuse ligiduses, on plastikuga tugevalt reostunud, siis sööme me põhimõtteliselt iga kord kui mereannid taldrikule tõstame, natuke plasti ja temaga kaasnevaid kemikaale ka. Kusjuures otse inimese toidulauale võib veekogudesse sattunud plast jõuda ka toiduainetööstuse kaudu – nt. kui joogi või söögi tegemiseks võetakse vett jõest, mis sisaldab juba plastireostust võib see plast sattuda ka valmistatava toidu, nt. õlle, sisse. Väga ilusat infograafikat plastikust toiduahelas leiad siit. Hästi selgitab probleemi ka ära toodud video.
Milliseid aineid plastikust eralduda võib?
Esiteks muidugi on plastik ise, ehk siis põhiline polümeer, mis plastikule sisu annab, aine, mida looduses ilma inimese sekkumiseta ei leidu. Teadaolevalt elusorganismid teda ei seedi (v.a. mõned bakterid). Kõik vajalikud täiendavad omadused annavad plastikule lisandid: plastifikaatorid, elastifikaatorid, värvained, lõhnained jne. Mõnel juhul võib polümeer ise olla põhimõtteliselt ohutu, kuid just lisandid, mis materjalist välja lekivad, muudavad ta tervisele kahjulikuks. Plastiku lisaained võivad olla kantserogeensed, mimikeerida hormoone, tihti on nad ka rasvlahustuvad – seega bioakumuleeruvad (see tähendab, et toksiini kontsentratsioon kasvab toiduahelas seda enam, mida kõrgema astme tarbijaga on tegemist – nt. hüljes, kes sööb lõhe, kes sööb kilu, kes sööb zooplanktonit, kes on muu hulgas sisse ahminud veidi sinu pesumasinas käinud dressipükse, sisaldab kokkuvõttes väga palju sinu dressipükstest pärit kemikaale).
Erinevate plastiliikide tähistamiseks kasutatakse sümboleid, millel tasub silm peal hoida. Toidu pakendamisel peaks kindlasti vältima nr. 3 ja nr. 6. Jäätmekäitluse seisukohal väga problemaatiline on ka seitsmes kategooria – eriti mitmekihilised segapakendid.
Lisaks sellele, mis plastik on ja mida ta sisaldab sihipäraselt, on ta ka väga sõbralik pinnas muude kemikaalide kaasahaaramiseks. Umbes nagu käsn, mis selektiivselt eriti toksilist kraami mereveest endasse imeb. Muuhulgas sõidavad veekogudes plastitükkide peal “jänest” ftalaadid, DDT, BCB-d ja elavhõbe – nimekiri pole loomulikult ammendav. Persistent Organic Contaminants (POP-id) ehk püsivate orgaaniliste saasteainete kontsentratsioon on uuringute kohaselt meres hõljuvas plastis kordades kõrgem kui vabas vees.
Mis juhtub kui inimene sööb plasti jääke sisaldavad toitu?
Plastiku poolt edasi kantavad kemikaalid võivad inimesele tekitada igasugu “ebameeldivusi”: põhjustada vähktõve; diabeeti; vähendada sperma kvaliteeti/hulka (langenud viljakus); häirida immuunsüsteemi ja hormonaaltalitust (mh. liiga varajane puberteet); põhjustada laste madalat sünnikaalu ja erinevaid arenguhäireid (käitumishäiretest kuni madalama IQ-ni). Mõned allikad nende näidete juurde leiad siit, loetelu oli ülevaatlik, kõikvõimalikke uuringuid ja täpsustavat infot leiab andmebaasides surfates üsna hõlpsasti.
Surfrider’i kampaania, mis kutsub inimesi üles mõtlema sellele, kuidas prügiprobleem on ka meie enda keha probleem.
Mida tarbijana teha annab, et meie kehasse vähem plastikut jõuaks?
Laias laastus saab mõelda kahes suunas: otseselt ja kaudselt. Otseselt peaks plastikut oma kehast eemal hoidma vältides plastist toidupakendeid (eriti kuuma ja rasvase toidu puhul!). Samuti võiks vältida lihtsalt plasti söömist 🙂 nt. valima hoolega huulepulka. Kaudselt peaks vältima plasti sattumist veekogudesse (seda nii otseselt – prügi korrektselt käideldes, kui ka kaudselt – plastiku tarbimist vähendades).
Euroopa tarbijate hoiakud plastikust toidunõude ja pakendite suhtes on, nagu näib, muutumas. Allikas: www.friendsofglass.com
Ei hakka hirmpikka nimekirja tegema, toon välja paar võimalust, mis muudaksid palju – eriti kui sa oma käitumisega innustad ka nt. kolleege või koolikaaslasi.
Loobuda ühekordsetest toidunõudest – nt. plastlusikatest, taldrikutest ja take-away kohvitopsidest. Osta termoskruus ja pese nõusid. Kui nõusid pesta ei saa, siis võta vähemalt papist taldrikud. Nt. New York keelustas polüstüreenist ühekordsed take-away karbid üldse ära (keeld jõustub 1. juulil 2015). Tallinn, millal sina jalad kõhu alt välja tõmbad? Päris jõle on näha, kuidas mõnes kohas tellitakse töö juurde kogu kollektiivile kuum toit polüstüreenist nõudel…
Poest või turult köögivilju ja puuvilju ostes mitte pakendada neid kilekotti – kaalumissildi saab otse viljale panna. VÕI võta alati kaasa paar õhukest kilekotti, et neid uuesti kasutada. VÕI võta kaasa ainult üks õhuke kilekott ja kleebi sinna peale kõigi erinevate puu-, köögi- ja juurviljade kaalumissildid. Berliini moekaimad kodanikud on avamas kaubanduskeskust, kus ÜLDSE pakendeid pole. Võtame eeskuju?
Osta valmistoit kodust kaasa võetud klaasanumasse või loobuda sellest, kui plastikuvaba alternatiiv puudub. Nagu eespool mainisin, on plastikus leiduvad toksiinid tihti rasvlahustuvad ja mida kõrgem on temperatuur, seda hõlpsamini nad OTSE sinu seedekulglasse jõuavad.
Ära tarbi ookeanide tippkiskjaid. Nt. tuunikala vältimine on nii Maa kalavarudele kui sinu kehale hea variant.
Hoida alati käepärast riidest poekotti.
Mitte osta kosmeetikat, mis sisaldab plastikust mikrohelbeid – nt. osad kehakoorijad võivad neid sisaldada.
Võimalusel eelistada naturaalsest kiust rõivaid, või rõivaid, mis on pesemisel vastupidavamad.
Valida tarbekaupu, mis pole plastikust.
Projekt: “Life without plastic” Näiteid plastikuvabadest tarbekaupadest.. 🙂
Kirjutan kuna lugesin mõni aeg tagasi läbi raamatu nimega „Spillover“, mis on kirjutatud ühe meie toimetuse lemmikkirjaniku, David Quammeni poolt. Tema sulest on varem ilmunud suur hulk National Geographicu artikleid ning ääretult menukas „Dodo laul“. „Spillover“ erineb oluliselt „Dodo laulust“. Ilmselt tundub raamat hirmsate haiguste levikust ka algul veidi kõhe, aga luban, et kui selle kord kätte võtate, ei saa te enne rahu kui see läbi on. Teema on zoonootilised haigused. Kuidas see Ebola ja keskkonnablogiga kokku sobib, sellest nüüd kohe räägingi.
Zoonootilised haigused on kõige lihtsamini öeldes haigused, mis loomadelt inimestele üle kanduvad. Kui uudistes räägitakse mingist kaugest ja koledast haigusest siis tõenäoline on, et tegu on zoonootilise haigusega. Ebola, SARS, MERS, HIV, malaaria jne – kõik on loomadelt inimestele üle kandunud. Zoonootilised haigused võivad olla ka palju kodusemad. Nii gripp kui ka puukide poolt levitatavad entsefaliit ja borellioos (Lyme’i tõbi) kuuluvad sellesse kategooriasse.
Võimalikud haigusekandjad meie ümber. Allikas: http://what-when-how.com/medical-microbiology-and-infection/zoonoses-systemic-infection/
Suviti puugiohust rääkides, ütleb minu vanaema alati, et see puugiasi on täitsa veider. Kui tema noor oli, siis kõik lapsed ja loomad jooksid mööda põlde ja metsaaluseid ringi, said puuke ja haigeks ei jäänud keegi. See on muidugi selline ilustatud/lihtsustatud mälestus, aga on tõsi, et zoonootilised haigused on meid viimastel kümnenditel oluliselt rohkem muretsema pannud. Haigused on tegelikult alati loomadelt inimestele üle kandunud, läbi parasiitide, läbi koduloomade, vahel läbi toidu. Nii kaua kui oleme eksisteerinud, on käinud tõsine sõda nende ja meie immuunsüsteemi vahel. Olukord on aga mõneti muutumas ja nüüd jõuame keskkonnakaitseni.
Kui olete hoolikalt uudiseid jälginud ei ole teile üllatuseks, et iga mingi aja tagant tõuseb esile mingi uus haigus, mis ähvardab suure hulga inimesi tappa. Olgu tegu siis Hendra, Hantaviiruse, HIV, SARSi, MERSi või seagripiga. Sel aastal on enim paanikat tekitanud Ebola. Võib jääda tunne, et need haigused ongi nüüd järsku ei tea kust tekkinud. Muutunud on aga hoopis ökoloogia ja meie mobiilsus.
Inimpopulatsiooni plahvatuslik suurenemine viimase 100 aasta jooksul on toonud kaasa ääretult palju probleeme. Inimestel pole ruumi, nad on ümbritsetud aina kasvavast jäätmehulgast ja paljud elavad vee ning toidu puuduses. Nendele probleemidele lahendusi leides oleme trüginud järjest rohkem metsadesse ning muutnud mitmete ökosüsteemide tasakaalu. Kuigi vihmametsade rikkalikku loodust avastades, oleme leidnud mitmeid uusi ravimeid ning muud kasulikku, oleme me sealt kaasa toonud ka uued haigused. Samal ajal on maailm oluliselt globaalsemaks muutunud. Enamik meist on vaid paari bussi ja lennuki kaugusel kohast, kus on mõni eluohtlik epideemia.
Klassikaline näide on HIV, mis on derivaat primaatidel levivast SIVst. Kuna tegu on retroviirusega, mille geneetiline informatsioon on talletatud RNA kujul, on ta väga kiire arenemisvõimega. Mutatsioone tekkib palju ning seetõttu ületatakse ka liikidevahelised piirid üsna tihti. Praegune HIV pandeemia algas ilmselt kuskil 100 aastat tagasi Aafrikas. Inimesed olid primaate küttinud varemgi ning kindlasti oli ka SIV inimest juba nakatanud kuid haigust nagu AIDS ei tuntud. Inimesed surid niigi üsna vara ning ainuüksi süüfilis oli märksa kiirem tapja kui aeglaselt tegutsev HIV/SIV. Seekord läks aga teisiti.
On üsna tõenäoline, et keegi küttis sel ajal šimpansit ja vigastas end millalgi selle tegevuse käigus. Looma tappes tekkis kontakt mõlema vere vahel ja viirus leidis endale uue kuid sobiva keskkonna. Esialgu ei juhtunud ilmselt veel midagi. Nagu varemgi oli haigusi, mis tapsid kiiremini ning keegi ei märganud uut viirust või selle tekitatud haigust. Viirus aga püsis ning kolonialismi areng, linnade tihenemine ning inimeste suurem mobiilsus aitas uuel viirusel Aafrikas kanda kinnitada. Kuuekümnendateks oli viirus leidnud tee Kongosse ja sealt edasi maailma. Kaheksakümnendatel leiti viirus USAs ja tänapäeval on tegu pandeemiaga.
Sellised juhtumid pole väga haruldased. HIV on loomadelt inimestele kandunud rohkem kui ühe korra. Üks kord läks aga veidi teistmoodi ning kannatama pidid väga paljud. Sarnaseid lugusid võib kokku panna kõikidest zoonootilistest haigustest. Inimese asustused tungivad uutele aladele või hävitavad näiteks suure osa loomi, mis haigusekandja populatsiooni kontrolli all hoiavad ja tulemust ei oska keegi ette arvata.
Metslooma liha turg Abidjanis Elevandiluurannikul. Allikas: http://www.ibtimes.com/ebola-outbreak-2014-fear-virus-drives-ghanas-bush-meat-market-ground-1715430
Aasta 2014 „hit“ oli ebola – mitte esimest korda ja ilmselt mitte ka viimast. Me ei tea küll täpselt, kuidas ebola inimestele üle kandus, aga suure tõenäosusega jõudis see meieni läbi puuvilja nahkhiirte. Aafrikas on piisavalt palju kütte, kes metsloomade liha jahivad ning seetõttu ei ole haigused haruldased. Piisab vaid ühest „õnnelikust“ ülekandest, taristust ja sotsiaalstruktuurist, mis uue haigusega toime tulla ei suuda ja mobiilsest populatsioonist. Seekord tundub, et haigus jäi kohalikuks epideemiaks, kahjustades oluliselt vaid üksikuid riike. Kindel on aga see, et tuleb ka järgmine HIV, tuleb järgmine gripp, tuleb järgmine suur pandeemia.
Artikkel ei ole hirmutamiseks, kuigi mulle tundub, et seda saab nii tõlgendada. Me teame neid ohte sest me tunneme viroloogiat, patoloogiat, ökoloogiat ja inimese käitumise mustreid. Me oleme piisavalt targad, et neid asju mingil määral ennetada, ravida, piirata, uurida. Peame olema valvsad, teadlikumad ja ettevaatlikumad. Keskkonnakaitse ja ökoloogiline tasakaal on meile ülimalt olulised väga mitmest aspektist. Me ei mõtle haiguste levikule seoses keskkonnaga väga tihti, ent nagu näha, peame me seda tegema. Keskkonna ja loodusliku tasakaalu hoidmine on ju oluline ka meie endi hoidmiseks.
Hiljaaegu ostsin endale uued plaastrid. Pakil oli kirjas, et plaastrid sisaldavad hõbedat. Ilmselt olete isegi selliseid näinud. Värske Aju on keskkonnablogi, seetõttu tahan ringiga jõuda teemani – kas ja kuidas antibakteriaalsetest toodetest leostuv hõbe võib keskkonnale mõju avaldada. Ja ega see pole mingi isiklik originaalne idee, juba 2010-ndal aastal lisati nanohõbe rühma teadlaste poolt 15 tõusva trendi hulka, millel on eeldatavasti keskkonnale tugev ja seni läbiuurimata mõju (Sutherland et al. 2010). Aga enne avan pisut hõbeda ja nanomaailma tagamaid. Ehk jõuan järgmises postituses ivani.
Nanotehnoloogia on arenev valdkond, mis on kaasa toonud tohutus koguses kasulikke rakendusi antibakteriaalsetest sokkidest ülikergete suusakeppideni. On avastatud, et nanosuuruses osakesed (1-100 nm) erinevad paljuski samade ainete molekulaarsetest ning ioonsetest vormidest ning samuti sama keemilise koostisega aine tavasuuruses osakestest. Nt. nanosuuruses kuld on punast värvi ja magnetiliste omadustega katalüsaator. Optiliste omaduste muutust seletatakse sellega, et muutunud struktuur neelab valgust paremini teistel lainepikkustel.
Nanoosakesi on looduses alati leidunud, näiteks tahma koostises, kuid järjest enam on tootma hakatud kindlate kasulike omadustega sünteetilisi nanosid. Eesti keeles on nanoosakestest ja nende mõjudest kõige loetavamalt (loe: huvitavamalt) kirjutanud Horisondis ja Keskkonnatehnikas Anne Kahru (esimene artikkel koos Lippmaaga). Nanomaterjalide ja nanosuuruses osakestega tegeletakse Eestis nii Tartu Ülikoolis kui ka TTÜ kampuses asuvas KBFI-s.
Hõbeda antibakteriaalsed toimed hoidsid roiskumast ka kirikute pühal veel.
Erinevalt paljudest täiesti uutest materjalidest, on hõbeda kasulikke omadusi, sh antibakteriaalset toimet, tuntud juba sajandeid. Hõbeda haigustekitajaid hävitavat toimet kirjeldas juba Hippocrates ning hõbedast meditsiinilisi vahendeid ning vee säilitamist hõbenõudes roiskumise vältimiseks on kasutatud juba aastatuhendeid. Ioonilise hõbeda antibakteriaalset toimet on eksperimentidega tõestatud juba üle sajandi tagasi.
Kolloidhõbe, on pikalt olnud kasutuses kui külmetushaigusi ennetav preparaat ja nohuravim (nt. kollargool).
Meditsiinis on hõbedat kasutatud seni valdavalt liitainete või segude koostises (nt. amalgaam hambaplommides, mille koostises on lisaks elavhõbedale ka >20% hõbedat), mitte lihtainena. Esimene dokuementeeritud hõbedarivaadi kasutamine leidis ilmselt aset 1884 Saksamaal, kus C.S.F. Crede kasutas Gonococci’de põhjustatud neonataalse konjuktiviidi (imikutele ohtlik silmanakkus) ravil 1%-list hõbenitraati. Alates 1897-ndast aastast on kasutatud nanohõbedat kollargooli koostises (seni kasutatav ravim nt. nohu raviks). Väga levinud oli hõbedühendite kasutamine Esimeses maailmasõjas, enne antibiootikumide avastamist. Hõbedat sisaldavad kreemid (sulfadiasiin) on olnud (ja on siiani) väga olulised ka raskete põletushaavade ravil. Seoses antibiootikumidega vähenes pärast Teises maailmasõda huvi hõbeda rakendamise vastu, kuid antibiootikumide üle- ja valetarbimise valguses on tekkinud järjest enam antibiootikumi-resistentseid bakteritüvesid, mille ravimisel on hakatud tagasi pöörduma hõbeda juurde.
Samuti puudub hõbedal, erinevalt antibiootikumidest, teadaolev kahjulik mõju imetajate ensüümidele. Üldse on välja toodud, et imetajate rakud ei omasta hõbedat kuigi hästi, mistõttu on toksilisus inimesele väga madal, samal ajal kui bakteritsiidsed omadused on küllaltki tugevad. Seetõttu valmistatakse järjest enam kehasiseseid meditsiinilisi abivahendeid (nt. põiekateetrid) hõbedasulamitest. Hõbedasisaldusega materjalide pinnale ei saa tekkida infektsiooniohtlikku biokilet ning puudub vajadus täiendavate antibiootikumide järele.
Argüüria tagajärjel ladestub hõbe inimese kehas üsna silmatorkaval viisil – pildil Paul Karason.
Pikaajalisel kokkupuutel hõbeda või hõbedaderivaatidega võib tekkida argüüria või argüroos ehk naha või silmade pigmendi muutumine sinakashalliks. Kuna hõbeda kasutamine meditsiinis on suhteliselt väiksem kui sajand tagasi, siis on ka argüüria juhtumeid vähem. Isegi hõbeda kasutamise tippajal, 20. sajandi alguses, olid argüüria juhtumid üldiselt haruldased ning ilmnesid vaid pikaajalisel ravil kollargooli vm sarnaste preparaatidega. Siiski on ka 21. sajandil hõbedat sisaldavate ninatlikade kasutamise tagajärjel dokumenteeritud argüüriat.
Spetsiifiliselt nanohõbedatkasutatakse tänapäeval peamiselt mikroobide kasvu pärssiva lisandina; seda leidub õhuvärskendajate, toidupakendite, sokkide, imikutarvete ja haavaplaastrite koostises. Nanohõbedat lisatakse nende tarvikute kattematerjali, mille puhul peetakse oluliseks hügieenilisust, nt. nagu arvutihiired, maniküüritarbeid, lemmikloomade toidukausid, spaatlid, taksofonid, õhufiltrid, käsipuud ning sularahaautomaatide klahvid. Hiljuti on kasutusele tulnud ka pesumasinad, mis lisavad pesu ajal pestavatele materjalidele Ag+ ioone. Selles rakenduses nähakse eelkõige kasu immuunpuudulikkusega inimestele, aga ka allergikutele ning haiglatele.
The Project of Emerging Nanotechnology käigus leiti, et 2008. aastal tuli igal nädalal turule 3-4 uut nanotoodet, kusjuures üle 20% kõigist kirjandusest leitavatest nanotoodetest põhinevad just nanohõbedal. 2009-ndal aastal oli kasutuses juba üle 1000 erineva nanomaterjale sisaldava toote. Aastaks 2011 hinnati turul olevate nanotoodete kogust 45 000 tonnini väärtusega 500-800 miljonit USA dollarit ning aastaks 2015 arvatakse nanotehnoloogia valdkond olevat kasvanud juba üle 1 miljardi USA dollari piiri. Samal ajal on huvitav, et nanode kasutamist seadused veel otseselt ei reguleeri – Euroopa Komisjoni kemikaale reguleerivasse määrusese REACH (Registration, Evaluation, Authorisation, and Restriction of Chemicals) lisades on selgitused ka nanoosakeste reguleerimise osas (2008 seisuga), kuid esialgu see otseselt nanode kasutamist ei piira.
Olukorras, kus paljud patogeenid on muutunud/muutumas antibiootikumide suhtes resistentseks, on hõbeda (sh. nanohõbeda) rakendamine meditsiinis ja ka mujal, kus on oluline hoida madalat mikroorganismide taset (nt. vee puhastamisel või operatsioonisaalis), saanud järjest perspektiivikamaks. Nanohõbe on toksiline praktiliselt kõigile uuritud taksonitele – loomulikult on tundlikkus erinev: vetikad, kirpvähid ja bakterid on seniste katsete järgi kõige tundlikumad (LC50 <10 ppm), inimene seevastu, nagu eelpool selgitatud, on küllaltki “külma kõhuga.” See on ka põhjuseks tema antibakteriaalsete omaduste ära kasutamisele nii laias ulatuses kui eespool kirjeldatud.
Kuna Värske Aju meeskonnal on viimasel ajal olnud väga raske leida aega siia kirjutamiseks, otsustasime teha väikese seeria postitusi, mis kirjeldavad seda, mida me igapäevaselt teeme. Selle eesmärk on anda ülevaade meist ja meie enda taustast ja ehk inspireerida ka teid tegelema keskkonna- ja loodusteadustega. Kõigepealt siis räägin mina, Ivo Krustok, sellest, mida ma teen Rootsis Mälardaleni Ülikoolis.
Meie uurimisrühm laiemalt tegeleb eneria ja keskkonna alaste küsimustega ning mina tulin siia kui tudeng, kel on varasemad kogemused mikrobioloogiaga. Oli vaja kedagi, kes töötaks mikrovetikage ja reoveega ning tegeleks samas ka ensümaatilise aktiivsusega.
Mul ei olnud varasemaid kogemusi mikrovetikatega ja olin peamiselt tegelenud bakterite ning vähesel määral ka arhedega aga pakutud projekt tundus põnev. Praegu olen aasta aega Rootsis ülikoolis doktori kraadiga tegelenud ning vaikselt hakkab teema juba kodusemaks muutuma.
Ivo reaktorid vetikatega.
Peamiselt tegelen ma hetkel fotobioreaktorite uurimisega. Fotobioreaktorid on reaktorid, mis kasvatavad mikrovetikaid – sellest siis see eesliide foto… ja bio. Meie uurimisrühma peamine eeesmärk on uurida neid reaktoreid reovee puhastamise ja biomassi tootmise seisukohalt. Reovesi on täis toitaineid ning väga hea substraat mitmesuguse elu kasvatamiseks. Need toitained on aga meile olulised. Fosfor ja lämmastik on näiteks hinnalised väetise komponendid ja praegu kasutame me neid peamiselt lineaarselt. Jäägid sattuvad kas loodusesse halbade tagajärgedega või ladustatakse kuhugi nii, et nad on kättesaamatud.
Et aru saada, kuidas vetikad meid selles osas aidata saavad pean ma kõigepealt lähemalt seletama kuidas fotobioreaktorid töötavad. Kõigepealt on meil vaja substraati – midagi, mida vetikad ja teised mikroorganismid vees kasutada toitainete saamiseks. Lisaks on meil vaja ka valgust – see annab vetikatele fotosünteesiks vajaliku energija ja moodustab fotobioreaktorite nimes selle foto osa. Kolmandaks on meil vaja vetikaid.
Enamikes fotoreaktorites lisatakse vetikad süsteemi puhta kultuurina ja kasutatakse teada-tuntuid tüvesid nagu Chlorella. Meie lähenemine on aga robustsem – kasutame looduslikke vetikate kogukondi. Segame reovee, mis on meie süsteemis substraadiks ning kohaliku järve vee ning reaktor on valmis alustamaks tööd. See tagab süsteemis tugevama kogukonna kuna vetikad ei ole vaid ühest liigist ning võivad tulla nii järve kui ka reovee seest.
Reovees on lisaks toitainetele ka palju toksilisi ühendeid ning raskmetalle. See on ka põhjus, miks on parem omada tugevamat mikroorganismide kogukonda – nad saavad raskemate kasvutingimustega paremini hakkama ja reostuse oht reaktoris on oluliselt madalam. Teisalt on meil võimalus, et mikroorganismid, kes reaktoris kasvavad võivad eemaldada meile mitte sobivaid ühendeid ja vett protsessis ka puhastada.
Minu osa kogu selles süsteemis on peamiselt mikroorganismide ja vetikate kogukonna uurimine reaktoris ning selle kujunemise, arengu ja koostise kindlaks tegemine. Lisaks olen ma huvitatud molekulaarsete meetodite arendamisest vetikate uurimisel – see on suund, milles tänapäeva keskkonnateadused liiguvad.
Reaktorites kasvatatud vetikad on huvitavad mitmel viisil. Meil on võimalik saadavat biomassi toota energia tootmiseks – näiteks biodiisli või biogaasi näol. Viimane on Rootsis väga populaarne ning mitmetel reoveepuhastusjaamadel on võimalus seda toota. See tähendab, et täismahus süsteemi sisse viimine ei ole üldse väga keeruline. Teiseks on huvitav uurida vetikate võimet veest eemaldada tavalise reoveepuhastusprotsessi puhul kätte saamatuid ühendeid, näiteks hormoone ja ravimite jääke. See kõik vajab aga sügavaid teadmisi kogu süsteemist ja protsessi kontrolli võimet.
Ma ei ole oma uuringutega veel väga kaugel, ent siht on seatud silmapiiri taha. Töö, mida ma teen ei ole huvitav ainult mulle vaid teaduskirjandust lugedes on näha, et see huvitab paljuid. Molekulaarsed meetodid on jõudmas ka vetikateni ja üha rohkem mõistetakse, et erinevaid reaktoreid ja süsteemi ei saa uurida viad musta kasti meetodil hinnates vaid sisendeid ja väljundeid – tähtis on tunda kogu protsessi. Just see mind huvitabki. Teaduses on selliseid teemasid palju – just teadmatus ja lootus teada saada ongi kõige suurem inspiratsioon siin maailmas.
Artikli autor on Anna Tisler, kes õpib Tartu Ülikoolis 1 aasta biomeditsiini magistratuuris. Anna jõudis parimate hulka 2012. aasta Talvakadeemia teadusartiklite konkursil.
Terve põlvkond – terve ühiskond. Aga kust ühiskond algab? Eks ikka lastest. Laps on ühiskonna peegel ning iga laps on ühiskonna jaoks väärtus. Terve ühiskond eeldab terveid lapsi. Tervist mõjutavad aga paljud faktorid. Kui infektsioonhaigusi on alati põetud, siis allergianäitajad on viimastel kümnenditel suurenenud.
Miks just allergianäitajad? Allergilised haigused on viimase 30 aasta jooksul levinuimad maailmas. Uuringud näitavad, et üks kolmandik planeedi elanikest kannatab mõne allergiavormi all. Umbes 30-40 % lastest kogu maailmas on atoopiline dermatiit. Samas on viimase poolesaja aasta jooksul kogu maailmas harvenenud bakteritest ja viirustest põhjustatud haigused. Keskkonnas olevad bakterid ja seened, kõige enam aga soole normaalne mikrofloora, on äärmiselt olulised tasakaalustatud immuunreaktsioonide tekkes. Steriilsetes tingimustes ei teki tolerantsust. Taluvusreaktsioonide väljakujunemiseks on hädavajalik kokkupuude bakteritega.
Rinnapiima olulisusust areneva lapse elus ei tohiks alahinnata. Ema annab oma lapsele koos piimaga antikehi, mineraalaineid, vitamiine, rasvhappeid. Rinnapiima saavatel lastel on peamised seedetrakti koloniseerijad piimhappebakterid nagu laktobatsillid ja bifidobakterid. Soolefloora sõltub sellest, missugused mikroobid on lapse sooletraktis sündimise ajal, kuid tähtsusetu pole ka see, mis soolefloorat hilisemas elus mõjutab (antibiootikumid, toit ja selles olevad lisaained jm). Uuringutest on selgunud suured erinevused allergiliste ja tervete inimeste sooles leiduvate mikroobide koosluses. Allergiateta inimestel on rohkem piimhapet tootvaid baktereid (laktobakterid, bifidobakterid), allergikutel aga rohkesti bakteroide ja klostriide.
Talumajapidamistest pärit lastel on allergiad harvemad. Peamiseks põhjuseks on see, et nad söövad rohkem kodus valmistatud säilitusaineteta toitu. Paljud lisaained (E-ained) võivad ise esile kutsuda toidu talumatust, kuid mõjutada immuunsüsteemi ka soolefloora muutumise kaudu. Antud töö eesmärgiks on pöörata ühiskonna tähelepanu allergia tekkemise põhjustele, aga mis veelgi tähtsam – haiguse ennetamisele.
Inimese normaalne mikrofloora ehk mikrobioota on keeruline ja stabiilne ökosüsteem, mis koosneb umbes 1014 erinevast mikroobirakust. Kõige rohkem mikroobe leidub seedetraktis: varasemate hinnangute järgi umbes 500 (Savage, 1989; Mikelsaar, 1992), kuid uuematel andmetel isegi kuni 40 000 erinevat liiki, millest enamik on mittekultiveeritavad (Frank ja Pace, 2008). Seedetrakti mikrofloora osaleb organismi mitmetes ainevahetusprotsessides, mõjutab selle toitumist ning kasvu (Midtvedt jt., 1988; Tamm 1993) ja kindlustab kolonisatsiooni-resistentsuse (Waaij jt., 1971; Vollaard jt., 1994).
Seedetrakti mikrofloorat uuritud juba aastaid (Salminen jt., 1995). Sooles on tähelepanuväärne kogus mikroorganisme, mis on tihedas kontaktis soole limaskestaga ning omavad mõju immuunsüsteemile. Mitmesugused tegurid, sh. infektsioonid ja antibakteriaalsete preparaatide kasutamine võivad mikrofloora tasakaalu ehk homöostaasi häirida. Suurima mõjuga faktoriteks peetakse enneaegsust, antibiootikumravi, toitumisrežiimi, sünniviisi ja väliskeskkonda (de La Cochetiere jt., 2007; Bennet jt., 1982, 1987). Vähenenud mikroobne stimulatsioon lapsepõlve jooksul on seotud suurenenud astma ja allergia levikuga (Björksten, 1994).
Normaalse mikrobioota kujunemine on keeruline protsess, milles on olulised mitmesugused faktorid: nii vastsündinute, neid kontamineerivate mikroobide kui väliskeskkonna omadused. Üheks oluliseks komponendiks soole mikroflooras on piimhappebakterid, sh. laktobatsillid. Neid Gram-positiivseid baktereid seostatakse allergiliste haiguste väiksema sagedusega. Samas on mõned varasemad uuringud näidatud erinevusi laktofloora koostises allergilistel ja mitteallergilistel lastel (Penders jt, 2010; Björksten jt., 2001; Kalliomäki ja Isolauri, 2003).
Laktobatsillide tervist toetav toime on teada juba üle 100 aasta (Metchnikoff, 1907). Nende osakaal soole mikroflooras ei ole suur, kuid neid peetakse üheks olulisemaks mikroobigrupiks. Nad aitavad suurendada organismi kaitset patogeenide vastu, tootes antimikroobseid ühendeid (piim-, äädik-, propioonhappeid, vesinikperoksiidi, süsihappegaasi, bakteriotsiine) ja blokeerides limaskesta retseptoreid, et vältida patogeenide kinnitumist (Galvez jt., 2007). Kasulike toimete hulka kuuluvad ka seedimise soodustamine, laktoosi lagundamine, kasvajate vastane aktiivsus, immuunsüsteemi moduleerimine, kolesterooli omastamine ja vastupanu patogeenidele (Sanders, 1999). Lisaks sellele omavad mõned laktobatsilli tüved antioksüdantset toimet (Ahotupa jt., 1996) ja indutseerivad lämmastikoksiidi sünteesi (Korhonen jt., 2001). Uuringud on näidanud, et erinevad laktobatsillide liigid ja tüved mõjutavad tervist erinevalt.
Uurimistöö eesmärgiks oli võrrelda soole laktofloora kujunemist allergilistel ja mitteallergilistel lastel kuue esimese elukuu jooksul, kasutades molekulaarseid metoodikaid. Uuringusse kaasati 32 last, kes olid sündinud Tartu Ülikooli naistekliinikus või Linköpingi Ülikooli kliinikumis (Rootsi). Uuringugrupp koosnes seitsmeteistkümnest allergilisest imikust (üheksa Eestist ja kaheksa Rootsist) ja viieteistkümnest mitteallergilisest imikust (kümme Eestist ja viis Rootsist). Kaks gruppi oli valitud nii, et saaks jälgida immuunvastuse ja allergilisuse arenemist sõltuvalt keskkonnateguritest. Kokku uuriti 126 laktobatsillide tüve, neist 79 pärinesid allergilistelt ja 47 mitteallergilistelt lastelt (Tabel 1). Uuritavad laktobatsillitüved tüpiseeriti AP-PCR meetodil.
Tabel 1. Uuringus kasutatud laktobatsilli tüved
Seejärel PCR produktid sekveneeriti ning liigid määrati kasutades BLAST programmi.
Sekveneerimise alusel jagunesid kõik uuritud imikute soolest pärinevad laktobatsillid 6 liiki. Käesolevas töös võrreldi allergiliste ja mitteallergiliste laste laktofloorat. Tulemused joonisel nr 3.
Joonis 3. Erinevate laktobatsillide liikide esinemine allergilistel ja mitteallergilistel lastel. *p = 0.036 (Fisher Exact test).
Allergiliste haiguste ennetamise seisukohast omab olulist rolli mikrofloora koostis esmase koloniseerimise ajal. Hollandi imikute uurimus (Penders et al., 2010) näitas L. paracasei kaitsvat mõju allergia vastu. Samuti on näidatud L. casei ja L. paracasei immuunomodulatoorset toimet antiallergilise TH1 immuunvastuse suunas (Cukrowska jt., 2010). Samas leiti hiljuti avaldatud uurimuses, kus analüüsiti Rootsi 0-2-kuuste imikute soole mikrofloora seost allergiaga, väiksem L. casei,L. paracasei ja L. rhamnosus’e esinemissagedus allergilistel lastel (Sjögren jt., 2009), mis erineb meie tulemusest eriti viimase liigi osas. Usutavasti on allergia vältimises oluline roll mikrofloora üldisel mitmekesisusel, mis aitab kujundada tolerantsust erinevate antigeenide vastu (Björksten jt., 2001; Kalliomäki jaIsolauri, 2003; Kalliomäki jt., 2003; Sjögren jt., 2009).
Mikrofloora on oluliselt seotud tervisliku seisundiga, sealhulgas allergiliste haigustega. Käesoleva töö eesmärgiks oli sekveneerimist ja AP-PCRi kasutades selgitada normaalsesse mikrofloorasse kuuluvate laktobatsillide kolonisatsiooni tervetel ja allergilistel lastel. Esimesel elunädalal esines vaid 3 liiki, igal ajaperioodil lisandus üks uus liik. Kõige stabiilsemaks liigiks läbi kõigi ajaperioodide oli L. casei. Allergiliste haiguste ennetamise seisukohast omab olulist rolli mikrofloora koostis esmase koloniseerimise ajal, eelkõige piimhappebakterite – laktobatsillide ja bifidobakterite suur hulk. Käesolev uuring näitas mõningast gruppide-vahelist erinevust – tervetel lastel oli L. rhamnosus’e esinemissagedus oluliselt madalam kui allergilistel lastel (p=0.036). Domineerivateks liikideks allergilistel lastel olid L. casei ja L. rhamnosus, mitteallergilistel L. casei ja L. gasseri.
Ka soolebakterite maailmas on head võmmid ja pahad võmmid. Allergikute sooltes on uuringu järgi mitteallergiliste imikutega võrreldes tunduvalt levinum Lactobacillus rhamnosus.
Kirjanduse loetelu.
Ahotupa, M., Saxelin, M. and Korpela, R. (1996). Antioxidative properties of Lactobacillus GG. Nutr. Today 31, 51S-52S.
Björksten B., (1994). Risk factors in early childhood for the development of atopic diseases. Allergy; 49: 400-7.
De La Cochetiere M.F.; Rouge C.; Darmaun D.; Roze J.C.; Potel G.; Leguen C.G. (2007). Intestinal microbiota in neonates and preterm infants: a review. Cur. Ped. Rev., 3, 21-24.
Frank DN, Pace NR. (2008). Gastrointestinal microbiology enters the metagenomics era. Curr Opin Gastroenterol 24:4–10.
Galvez A., Abriouel H., Lopez R.L. and Omar N.B. (2007) Bacteriocin-based strategies for food biopreservation. Intern. Journal of Food Microbiol. 120, 51-71.
Guarner F; Malagelada J-R. Gut flora in health and disease.(2003). Lancet., 361,512-519.
Hopkins, M.J., Sharp, R., Macfarlane, G.T. (2001) Age and disease related changes in intestinal bacterial populations assessed by cell culture, 16S rRNA abundance, and community cellular fatty acid profiles. Gut 48, 198- 205.
Korhonen, R., Korpela, R., Saxelin, M., Maki, M., Kankaanranta, H. and Moilanene, E. (2001).Induction of nitric oxide synthesis by probiotic Lactobacillus rhamnosus GG in J774 macrophages and human T84 intestinal epithelial cells. Inflammation. 25, 223-232.
Metchnikoff, E. (1907). The prolongation of life. Optimistic studies. London, Butterworth Heinemann.
Midtvedt, A.-C., Carlsted- Duke, B., Norin, K.E., Saxerholt, H., Midtvedt, T. (1988) Development of five metabolic activities associated with the intestinal microflora of healthy infants. J. Peadiatr. Gastroenterol Nutr., 7, 559-567.
Mikelsaar, M., Siigur , U., Lenzner, A. (1990). Evaluation of the quantitative composition of fecal microflora. Lab. Delo, 5, 62-66 (vene k.)
Mikelsaar, M. (1992). Evaluation of the gastrointestinal microbial ecosystem in health and disease.
Mikelsaar, M., Mändar, R. and Sepp, E. (1998). Lactic Acid Microflora in the Human Microbial
Ecosystem and Its Development. In: Lactic Acid Bacteria (S. Salminen and A. von Wright, eds.). Marcel Dekker, New York, pp. 279-342.
Salminen S, Isolauri E, Onella T. (1995). Gut flora in normal disordered states. Chemotherapy;41 Suppl: 5-15.
Sanders, M.E. and in’t Veld, J.H. (1999). Bringing a probiotic-containing functional food to the market: microbiological, product, regulatory and labelling issues. Antonie van Leeuwenhoek 76, 293-315.
Waaij van der, D., Berghuis, J.M., Lekkerkerk- van der Wees, J.E.C. (1971). Colonization resistance of the digestive tract in conventional and antibiotic- treated mice. J. Hyg., 69, 405-411.
Joonis 1. Magnetospirillum magneticum AMB-1. Pildil on näha magnetosoomide kett. Allikas: Komeili 2012
1975-ndal aastal avastas Richard P. Blakemore fülogeneetilise bakterite rühma, mille nimetas magnetotaktilisteks bakteriteks (MB). Tegelikkuses oli see bakterite rühm juba 12 aastat varem avastatud Salvatore Bellini poolt, kes kahjuks avaldas oma leiu vaid itaalia keeles Pavia Ülikooli Instituto di Microbiologia kaudu ja seetõttu ei teadnud teadusmaailm sellest midagi. Mõlemad mehed nägid nende bakterite puhul imelikku käitumismaneeri – need suunasid end Maa magnetvälja järgi. Miks ja kuidas MD-d seda suudavad vaatlemegi lähemalt.
Joonis 2. Oksü/anoksü üleminekutsoon (OATZ). MD-d kasutavad Maa magnetvälja, et kergesti OATZ leida. Allikas: Komeili 2012
Juba varajased katsed nii Blackmore’i kui ka teiste teadlaste poolt tegid kindlaks, et MB-d reageerivad magnetväljadele erilise organelli – magnetosoomi abil. Magnetosoomid koosnevad magneetilisest mineraalist (magnetiit Fe3O4või greigiit Fe3S4), mida ümbritseb kahekihiline lipiidmembraan (vaata ka jooniselt 1). Üksikud magnetosoomid paiknevad rakus pikkade kettidena, mis võimaldavad rakul end magnetväljaga joondada. Üksikute magnetosoomide magnetväli oleks selleks liiga nõrk.
MB-d on väga tundlikud hapniku suhtes. Arvatakse, et võime maa magnetvälja abil orienteeruda võimaldab neil lihtsamini elupaiku leida. Et leida optimaalne hapniku ja toitainete kontsentratsioon ujuvad enamik baktereid suhteliselt suvaliselt ringi, kuni leiavad parima paiga. MB-de puhul on liikumine viidud ühele dimensioonile. Liikudes mööda magnetvälja on neil kergem leida oksü/anoksü üleminekutsoon, kus on neile eluks vajalikud tingimused. Magnetosoomide kasulikkuse kohta bakteritele on veel mitu teooriat, kuna ükski neist ei ole seletanud kõiki aspekte MB-de käitumises, ent eelpool kirjeldatu on seni enim toetust leidnud.
Kuigi MB-sid on uuritud juba üle 40 aasta, ei ole lahendatud kõiki nende saladusi. Ometi on nad andnud ja annavad meile ka edaspidi väga olulist informatsiooi ning võivad pakkuda tulevikus erinevaid biotehnoloogilisi kasutusvõimalusi. MB-d mängivad tõenäoliselt olulist rolli veekeskondades toimuvas raua tsüklis. Arvatakse, et kuni 10% lahustunud rauast omandatakse MB-de poolt, mis sadestub lõpuks magnetiidina. Lisaks annavad MB-d kerge viisi uurimaks biomineralisatsiooni kuna on kõige iidsemad ja lihtsamad organismid, kes seda võimet omavad.
Lisaks on tuntud MB-de vastu huvi ka biomeditsiini ja –tehnoloogia vallas, kuna nende poolt toodetud magneetilised osakesed on ühtse suuruse ja kujuga ning puhtad. Uuringud, kus MB-sid kasutada võiks varieeruvad kasvajate ravist ja MRT-st (magnetresonantstomograafia) kuni bioremediatsioonini välja. Julgemad on öelnud ka, et tulevikus võime me nende bakterite abil toota elektrienergiat. Kui kaasata mõttekäiku ka mikroobsed kütuseelemendid tekkib tunne, et tulevikus võivad mikroobid saada energia tootmisel olulisemaks kui seni arvatud on.
Neil, kes on MB-dest rohkem huvitatud, on võimalik soojemate ilmade saabudes võtta ette väike katse:
Otsige oma kodu lähedalt mõni tiik ja võtke sealt läbipaistva anumaga veidi muda ja vett. Oodake rahulikult kuni muda on jälle põhja settinud.
Võtke pulk ja kinnitake selle otsa magnet. Magnet tuleb pulgaga kinnitada nii, et magnet oleks natukene kõrgemale sellest piirist, kus puutuvad kokku muda ja vesi.
Nüüd peaksite te nägema, kuidas mikroobid hakkavad magneti poole ujuma. See on juba iseenesest huvitav vaatepilt.
Tekkinud bakterite kogumi on võimalik magnetilt eraldada näiteks Pasteuri pipeti abil. Kui teil on ligipääs mikroskoobile saate nüüd MB-sid selle abil jälgida. Samal ajal on võimalik magnetiga slaidi kõrval mängida ja nende suunda muuta.
Kui teil ei ole endal mikroskoopi ja soovite seda katset siiski lõpuni teha, soovitan ühendust võtta mõne ülikooliga, kus tegeletakse loodusteadustega. Kui kirjutate neile ja seletate ära, mida te tahate teha ja miks, on nad tihtilugu nõus aitama.
Eelmisel Talveakadeemial oli teemaks elurikkus, selle tähendus, olulisus ja mis seda ohustab. Seal esines ka IUCN-i (Rahvusvahelise loodushoiu ühingu) esindaja Russell Galt, kes oma jutu lõpus rääkis, et miks me peame vajalikuks “seksikate” loomade nagu pandade ja lõvide elurikkuse säilitamist kui näiteks Escherichia coli sooviks me küll ära hävitada. Rääkisin temaga pärast ettekannet ja selgitasin talle, et E. coli on nii võrratult äge ja vajalik asi absoluutselt igas biotehnoloogia vallas, et hävitada ei taha teda küll keegi. Temal olnuks õige rääkida hoopis harvem esinevatest patogeensetest E. coli tüvedest näiteks EHEC. Teda näis see teema väga huvitavat ja rääkisin talle veel ühest põnevamast näitest mikroobse mitmekesisuse hävitamisel, mida me teeme ja mille puhul me ükshetk võime leida, et see toob meile palju kahju. Räägin ka teile. Hoiatan juba ette, et tegu on teaduses vastuolulise hüpoteesiga ent huvitava perspektiivi annab see igatahes. Lisaks annab see mulle võimaluse kirjutada mikroobidest keskkonna perspektiivis, mis on iseenesest juba tore 🙂
Ameerika mikrobioloogia seltsi saatesarja “Meet the Scientist” elevust tekitava alapealkirjaga osas “Päästke meie ohustatud pisikud!” oli intervjuu Martin Blaseriga, kes on Frederick H. King professor sisehaiguste ravi alal, meditsiiniosakonna juhataja ja mikrobioloogia professor New Yorki meditsiini koolis. Tema töö on uurida Helicobacter pylorit ja tal oli selle kohta väga palju põnevat rääkida. Alustame aga sellest, mis bakter see H. pylori on.
Helicobacter pylori. Allikas: WikipediaHelicobacter pylori on mikroaerofiilne gram-negatiivne bakter. See tähendab, et ta vajab elutegevuseks küll hapniku aga väiksemal kontsentratsioonil kui seda on meie atmosfääris. Meditsiinis on see bakter üsna tuntud patogeen. Ta elab kõhus ning võib põhjustada mitmeid probleeme nagu näiteks maohaavad ja -vähk. See ei ole loomulikult tema primaarne eesmärk vaid kaasneb tema elutegevusega. Kuna magu on väga happeline vajab ta mehhanismi, mille abil keskkonna pH-d tõsta. Makku eritatakse loomulikul teel uureat ja H. pyloril on palju ureaasi nimelisi valke. Need lagundavad uurea süsinikdioksiidiks ja ammoniaagiks. Viimane võtab vee molekulist ühe vesinikiooni ning muutub ammooniumiks. See jätab alles ühe hüdroksiidiooni, mis reageerib süsinikdioksiidiga moodustades bikarbonaadi, mis neutraliseerib maohapet bakteri ümber ning võimaldab bakteril maos kenasti elada.
Nagu näha mõjutab H. pylori meie mao happelisust ja Martin Blaser, oma töörühmaga on püstitanud hüpoteesi, et see võib meile teatud positiivseid mõjusid avaldada. Nad on välja toonud, et H. pylori esinemine meie kõhu mikroflooras on täiesti normaalne ja aitab ära hoida probleeme, mis viimaste kümendite jooksul tugevalt kasvanud nagu näites sapirelfuks tõbi ja söögitoru vähk. Lisaks on nad ka väitnud, ettänu H. pylori kadumisele laste mikrofloorast on ka astma ja allergia juhtude arv.
Sapirefluksi ja söögitoru probleemide kohta on tehtud juba ka uuringuid, mis Blaseri ja tema töörühma väiteid ümber lükkavad ja uuringu tegijad on seisukohal, et jutualune bakter on pigem kurjategija ning tuleks hävitada inimkonna kõhtudest täielikult. Blaseri töörühm on aga teinud uurimuse, kust tuleb välja, et vähemasti lastel aitab H. pylori olemasolu astmajuhtumeid vähendada. Nad ei ole loobunud ka hüpoteesist, et bakteri olemasolu aitab allergia juhtumeid vähendada.
Nad on oma artiklis välja toonud ka mõned bioloogilised mehhanismid, mille abil H. pylori võib aidata astmat ja allergiaid ära hoida:
Juhul kui H. pylori aitab kaitsta sapirelfuks tõve eest on temast kasu ka astma ohu alandamisel kuna esimene põhjustab mingil määral viimast. See mehhanism ei ole aga tõenäolsielt piisav, et seletada bakteri kaitsvat mõju heinanohu ja ekseemide vastu.
Teiseks võib mehhanism olla immunoloogiline. H. pyloriga nakatunud inimestel on maos hulk immonotsüüte, nende seas ka T-rakke, mis on suuresti puudulikud nakatumate indiviididel.
Kolmandaks võib olla H. pylori poolt tekitatud põletiku mõju, mao hormooni tasemetele. Nii leptiin kui gastriin avaldavad mõju immuunsüsteemile. On ka hulk tõendeid, et H. pylori mao koloniseerimine mõjutab greliini ja leptiini produktsiooni, mis seeläbi mõjutaks immuunregulatoorset keskkonda.
Neljandaks võib mängida rolli H. pylori mõju autonoomsele närvisüsteemile. Erineva haigestumise riski ja haiguse ekspressiooni põhjusteks võivad olla individuaalsed iseärad peremees-mikroob vastastikmõjus.
Siinkohal on väga raske teadaoleva informatsiooni abil oma seisukohta valida. Helicobacter pylori on ilmselgelt patogeen ja kahjulik meie tervisele ent ehk on tegu keerulisema probleemiga. On võimalik, et samal ajal on tema eksistentsist meie maos ka kasu. Isiklikult jään H. pylori kasu suhtes küll veel skeptiliseks ent ootan huviga uusi uuringuid. Samas tõstatab see lugu minu meelest aga oluliselt suurema küsimuse. Kui meil on teada, et meie mikrofloora mõjutab kõige muu seas meie tuju (läbi eraldatud kemikaalide) ja on võimeline isegi juhtima meie immuunsüsteemi, milleni võib siis välja viia valitud bakterite süsteemne eemaldamine meie mikrofloorast? Ehk on vaja makrofloora kõrval ka mikrofloora teadliksutamise tõstmist ühiskonnas? Sarnased küsimused tekkisid seda lugu kuuldes igatahes ka Russelil.
Blaser MJ, Chen Y, Reibman J (May 2008). “Does Helicobacter pylori protect against asthma and allergy?” Gut57 (5): 561–7. doi:10.1136/gut.2007.133462.PMID18194986.
Chen Y, Blaser MJ (August 2008). “Helicobacter pyloricolonization is inversely associated with childhood asthma”. J. Infect. Dis.198 (4): 553–60.doi:10.1086/590158. PMID18598192.
Vaja on väheke nutti, et saada samu tulemusi 10 x väiksema energiakuluga.
Keskkonnatehnoloogidele (eriti ökotehnoloogiahuvilistele) pole mingi üllatus, et järjest enam luuakse ja võetakse kasutusele süsteeme ja masinavärke, mis kasutavad vähem energiat ja muid ressursse (näiteks vett), kuid toodavad see-eest rohkem hüvesid kui eelnevad analoogid. Sellise mõtteviisi võtavad hästi kokku faktor 4 ja faktor 10 konseptsioonid. Euroopa Liit on oma arengukavades seadnud sihiks saavutada 10 x parem energiakasutus aastaks 2050. Tehnoloogilisi saavutusi, mis EL oma eesmärgini aitaksid, on leida mitmeid. Et konseptsiooni mõte selgemalt avalduks, kirjeldan lühidalt ühte tehnoloogilist lahendust. Veevaba pissuaari.
“The dirtiest thing you’ll ever touch in a public restroom is a urinal handle.” Chuck Gerba, mikrobioloog
Selle asemel, et iga “vee”laskmise järel vett lasta, on teadlased nuputanudvälja (ja mitte sugugi väga hiljuti vaid juba jupp aega tagasi) süsteemi, kus uriin voolab siledapinnaliselt tehismaterjalist torustikust mikroobidele võimalust jätmata kanalisatsiooni ning haisulukuna toimib eriline vedelik, mille tihedus on uriini omast väiksem (vt. joonist!). Süsteem ei vaja niisiis ebahügieenilist nupulevajutust ega ka ränkasid puhastusvahendeid. Aastal 2006 räägib Colorado Springs’i lennujaama majandamise eest vastutav ametiisik Mr. Hill, et alates veevabade urinaalide paigaldamisest on wc-probleemidele kulutatud 90% vähem aega ning säästetud aastas 1,3 miljonit gallonit vett (1 gallon = 3.78541178 liitrit; st ca 5000 t vett). Vot nii! Kuna Ivo kirjutas mõnda aega tagasi uriini kogumisest ja kasutamisest, siis see tehnoloogiline lahendus selgitab, kuidas piss üldse kokku korjata. Jääb vaid oodata, kui palju faktor kümmet pakub meile aasta 2012.
Mikroobne kütuseelement (MKE) on bioreaktor, mis muundab orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energia elektrienergiaks. See toimub anaeroobsetes tingimustes läbi mikroorganismide katalüütiliste reaktsioonide. Mikroorganismide poolt lagundavatest orgaanilistest ainetest otsene elektri tootmine tõestati esmakordselt juba 1910. aastal ent alles viimastel aastatel on see populaarseks uurimissuunaks muutunud. Seda peamiselt seetõttu, et võimaldab biomassist saada energiat ilma süsiniku emissioonideta atmosfääri. MKEsid loodetakse tuleivkus kasutada näiteks reoveepuhastites (on näidatud et kuni 80% keemilisest hapniku tarbest on võimalik eemaldada), et lagundada orgaanilist materjali ja toota osa voolu puhastile tagasi. Lisaks on uuritud nende kasutamist ka biosensoritena ja biovesiniku tootmisel.
Tüüpiline MKE on kahe kambriga: anoodi ja katoodi kambriga, mis on eraldatud üksteisest prootoneid läbilaskva membraaniga. On loodud ka ühe kambriga MKEsid. Nende puhul puudub katoodi kambri vajadus, sest katood on õhu käes. Peamised MKE komponendid on: anood, katood, anoodi kamber, katoodi kamber, prootonite vahetus süsteem ja elektroodide katalüsaator. MKEd võivad kasutada ka elektroni vahendajat, et suurendada toodetava energia hulka. Levinud on neutraal punase, metüleen sinise, tioniini ja meldola sinise põhjal loodud MKEd. Need on aga toksilised ja piiravad MKEde kasutamisvõimalusi. Lisaks traditsionaalsetele MKEdele on võimalik veel luua ka sette MKEsid. Üks elektroodidest pannakse mere settesse, mis on orgaanika ja sulfiidide rikas ning teine üleval olevasse vette.
MKEde toimemehhanism põhineb mikroorganismide elektrontransport ahelal. Anoodi kambris olevad mikroorganismid oksüdeerivad substraate ning toodavad elektrone ja prootoneid. Elektronid liiguvad anoodile ning sealt edasi katoodile läbi välise vooluringi. Prootonid liiguvad läbi membraani katoodi kambrisse ning ühinevad seal hapnikuga moodustades vee. Anoodi kamber peab olema anaeroobne, et tagada elektronide lõppaktseptoriks anood.
Elektronide ülekande võime anoodile on olemas paljudel mikroorganismidel. Mere setted, pinnas, reovesi, mageveekogude setted ja aktiivmuda on rikkad nende mikroorganismide sisalduse poolest ning seetõttu ka head substraadid MKEdele.
Viimastel aastatel on uurima hakatud ka vesiniku tootmist modifitseeirud MKEde abil. Selleks tekitatakse anoodi ja katoodi vahele nõrk pinge (>0,2 V). Katoodil hakkab toimuma prootonite reduktsioon ja tekkibki vesinik. Kuna toodetud vesiniku kogus on relatiivselt suur ja energia tarbimine on väike võib tulevikus MKEde abil vesiniku tootmine olla väga mõistlik kuna nad on võimelised kuni 8-9 mooli vesiniku tootma ühe mooli glükoosi kohta (võrreldes 4 mooliga, mis saavutatakse traditsionaalsel fermentatsioonil).
MKEde jõudlus on senini jäänud veel väga nõrgaks. Suurem osa tööst toimub labori mõõtkavas ja tekitatud energia hulgad on väiksed. Arvatakse aga, et mõjutades anoodi katalüütilist aktiivsust, kütuse diffusiooni ja elektronide ja prootonite diffusiooni ja tarbimist saab suurendada MKEde jõudlust. Tulevikus võib olla võimalik ehitada näiteks toidu töötlemise tehastele MKEd. Kui arvestada, et tehas toodab 7500 kg orgaanilist materjali päevas on potensiaalseks võimsuseks 950kW. 30% efektiivsuse juures aga 330 kW. See süsteem vajaks kuskil 350 m3 suurust reaktorit, mis maksaks kuskil 2,6 miljonit eurot ning hakkaks 10 aasta pärast kasumit tootma.
