Eesti biokeskus
Eesti biokeskuse teadustöö fookus on suunatud kaasaegse inimese geneetilise mitmekesisuse ja selle põhjuste uurimisele ja tõlgendamisele evolutsiooniliste sündmuste kaudu. Meie liigi bioloogiline pale ja mineviku lugu on kujunenud sadade tuhandete aastate jooksul toimunud sündmuste tulemusena. Lisaks keskkonnast tingitud muutustele on sellele oma jälje jätnud eri aegadel ja paigus toimunud inimgruppide lahknemised ja segunemised ning neid mõjutanud sotsiaalsed ja kultuurilised tegurid.
Meie liiki kujundanud evolutsiooniliste sündmuste mõju uuritakse organismi kogu pärilikkusinfot kandvate genoomide alusel. Eesti biokeskuses on tänaste inimpopulatsioonide uurimise ehk moodsa populatsioonigeneetika kõrval jõuliselt kerkinud esile vana DNA ehk arheogenoomika uurimissuund. Minevikusündmuste detailseks taastamiseks kõrvutavad teadlased täna maailma eri paigus elavate kaasaegsete inimeste genoome meie kunagiste eelkäijate bioarheoloogilistest jäänustest eraldatud vana DNAga.
Genoomika meetoditega analüüsime ka arheoloogilisest biomaterjalist leitud mikroorganisme, mis annavad teavet inimkonda räsinud haiguste ja epideemiate, aga ka näiteks elustiili ja toitumise kohta. Inimpopulatsioone mõjutanud minevikusündmuste nais- ja meessoole spetsiifilisi nüansse uuritakse lisaks ühes vanemliinis päranduvate genoomi osade – mitokondriaalse DNA ja Y kromosoomi kaudu.
Lisaks genoomide analüüsile uurime Eesti biokeskuses geneetilise varieeruvuse otsest mõju rakkude toimimisele. Rakustressi töögrupis heidetakse valgust organismis aset leidvatele kaitsereaktsioonidele, mis vallanduvad ebasoodsates oludes, nt haiguslike seisundite korral.
Meie teadlaste töö loob võimaluse ja vahendid inimeste geenidesse kirjutatud ajaloo uurimiseks ja annab võtme nii inimkonna sügavatel lätetel kui ka alles hiljaaegu ja siinsamas aset leidnud sündmuste bioloogiliste tagamaade mõistmiseks.
Eesti biokeskuse teadussuunad
Kaasaegse populatsioonigeneetika töörühma teemad on mitmekesised ja ulatuvad Eesti rahvastiku genoomide analüüsist Ida-Aafrika, Lõuna-Aasia, Siberi ja Paapua Uus-Guinea rahvastikuajaloo uurimiseni. Meie eesmärk on eraldada ja iseloomustada tänaste inimpopulatsioonide erinevaid esivanemate komponente nii populatsiooni kui ka üksikisiku tasandil.
See võimaldab heita valgust meie liigi demograafilisele minevikule – alustades mandrite asustamisest kuni hilisemate populatsioonide rännete ja segunemisteni. Erinevad valikusurved, sealhulgas koevolutsioon patogeenidega eri keskkondades viivad biomeditsiinilise tähtsusega tunnuste erinevusteni. Demograafilise ajaloo paljastamine on seega oluline haiguste geneetiliste riskide erinevuste mõistmiseks populatsioonide lõikes.
Moodsa populatsioonigeneetika töögruppi juhivad külalisprofessor Luca Pagani, luca.pagani@ut.ee ja professor Mait Metspalu, mait.metspalu@ut.ee.
Vana DNA uurimissuund tegeleb eelkõige inimese ja tema patogeenide, aga ka teiste organismide evolutsiooni puudutavate küsimustega, näiteks demograafiliste ja keskkondlike (toitumisharjumused, haigused) tegurite rolliga liigisisese mitmekesisuse kujunemisele ajas ja ruumis.
EBK vana DNA-ga seotud projektid hõlmavad kõiki maailmajagusid ja ajajärke vanemast kiviajast kuni tänaseni, sealhulgas praeguse Eesti aladel toimunud rahvastiku kujunemist (vt ka meie koostööprojekti TÜ sidusuuringute kolleegiumiga eestijuured.ee).
Genoomika instituudis valmis 2018. aasta maikuus vana DNAga töötamiseks spetsiaalne puhasruum, mis võimaldab hinnalisest arheoloogilisest materjalist kontrollitud tingimustes iidsetele organismidele kuuluvaid biomolekule eraldada. Laboris on võimalik uurida nii inimesest kui ka loomsest ja taimsest materjalist ning setetest pärinevat pärilikkusainet. Vana DNA laboris eraldatud materjal sekveneeritakse Genoomika tuumiklaboris, teise põlvkonna sekveneerimisandmestiku bioinformaatiliseks analüüsiks on olemas väga hea infotehnoloogiline võimekus.
Labor pakub teenusena madala genoomse katvusega vana DNA eraldamist, puhastamist, genoomsete raamatukogude valmistamist ja sekveneerimist ning on avatud erinevate vana DNA projektidega seotud külalisteadlastele (kontakt: Lehti Saag, Eesti biokeskuse teadur, vana DNA labori juht; e-post: adna.estonia@gmail.com).
Vana DNA uurimisgruppi juhib professor Kristiina Tambets, kristiina.tambets@ut.ee.
Mitokondriaalse DNA ja Y kromosoomi uurimine võimaldavad avada inimkonna demograafilise ajaloo soo-spetsiifilisi tahke. Need on genoomi osad, mis pärandatakse järglastele vaid üht vanemliini pidi: mitokondrid emalt lastele ja Y kromosoomid isalt poegadele. Ema- ja isaliinide mitmekesisuse ja efektiivse populatsiooni suuruse ajaliste muutuste hindamiseks kasutatakse täna väga suurt hulka nii kaasaegsete kui ka kunagi elanud inimeste (vana DNA) mitokondrite ja Y kromosoomide järjestusinfot.
Meie töö üks põhirõhk on Põhja- ja Ida-Euraasia ema- ja isaliinide ajalis-ruumilisel analüüsil, mis aitab muuhulgas mõista Uurali keeli rääkivate rahvaste kujunemisloo arheogeneetilist tausta. Käimasolevate projektide raames püüame lisaks meie keelesugulaste uurimisele heita valgust ka näiteks Skandinaavias, Kaukasuses aga ka mujal maailmas elavate mitmete suurte ja väikeste etniliste gruppide ema- ja isaliinide mitmekesisusele.
Mitokondriaalse DNA ja Y-kromosoomi töögruppi juhivad professor Richard Villems, richard.villems@ut.ee ja kaasprofessor Siiri Rootsi, siiri.rootsi@ut.ee.
Rakustressi töögrupp uurib inimese ja hiire rakkude ja kudede reaktsioone erinevatele ebasoodsatele tingimustele, näiteks seda, kuidas rakud kohanevad toitainete (glükoosi või asendamatute aminohapete) puudusega ja milliseid kaitsemehhanisme rakendavad hapniku vabade radikaalide kahjustava toime vastu. Sedalaadi stressitingimustesse satuvad rakud mitmete eluohtlike haiguste korral, nagu näiteks südameinfarkt, ajuinsult ja vähkkasvajad. Kuidas rakk sellistes tingimustes funktsioneerib määrab seega nii raku kui ka potentsiaalselt organismi saatuse. Iseäranis oleme huvitunud valgust TRIB3, millele oleme avastanud rolli rakkude stressivastuse juhtimises. Oma hiljutistes artiklites kirjeldame, et TRIB3 poolt teostatav negatiivne tagasiside on oluline rakkude kaitsmisel oksüdatiivse stressi eest ja ainevahetuse kohanemisel toitainete puudusega.
Rakustressi töögruppi juhib kaasprofessor Tõnis Örd, tonis.ord@ut.ee.
Koostöö
Inimkonna bioloogilise ajaloo uurimisel on võtmetähtsusega erialadeülene koostöö, sh humanitaar- ja meditsiiniteadustega. Eesti esiajaloo ja ajaloo uurimisel osalevad Eesti biokeskuse teadlased Tartu Ülikooli arheoloogia, geneetika ja lingvistika sidusuuringute kolleegiumi töös.