Kuidas meie keskkond vaikselt haigusi kujundab

Õhu, joogivee ja toiduga meieni jõudvad ained loovad nähtamatuid seoseid ja mõjutavad meie võtmevalke haiguse või tervise poole liikuma.

Alates õhust, mida hingame, kuni toiduni, mida sööme – puutume iga päev kokku tuhandete keemiliste ainetega. Ometi on seni olnud üllatavalt raske mõista, kuidas need kokkupuuted meie tervist mõjutavad. Austria Teaduste Akadeemia molekulaarmeditsiini uurimiskeskuse CeMM ning Viini Ülikooli Ludwig Boltzmanni instituudi teadlaste uus uuring pakub sellele terviklikku selgitust. Uuring näitab, et väga erinevad ained võivad häirida samu bioloogilisi süsteeme ning suurendada seeläbi haiguste riski etteaimataval viisil.

Reostus põhjustab iga kuuenda surma maailmas

Hinnanguliselt põhjustab keskkonnareostus umbes iga kuuenda surma maailmas, kuid teadlastel on pikka aega olnud keeruline siduda konkreetseid keskkonnamõjusid konkreetsete haigustega. Üheks põhjuseks on nn eksposoomi erakordne keerukus – eksposoom hõlmab kõiki keskkonnamõjusid, millega inimene elu jooksul kokku puutub. Seni on kemikaale tavaliselt rühmitatud nende keemilise ehituse või päritolu järgi, kuid see ütleb vähe selle kohta, mida need organismis tegelikult teevad. Kaks peaaegu identset molekuli võivad avaldada täiesti erinevat mõju, samal ajal kui täiesti erineva ehitusega ained võivad vallandada ühe ja sama haiguse. Seetõttu on olnud raske liikuda pelgalt tähelepanekutelt tegelike toimemehhanismide mõistmiseni.

CeMM-i kaasuurija ning Ludwig Boltzmanni instituudi direktor Jörg Menche juhitud uuring lähenes probleemile teisiti. Esimene autor on CeMM-i ja Ludwig Boltzmanni instituudi endine doktorant Salvo Danilo Lombardo, kes on nüüd Harvardis. Selle asemel, et küsida, millised kemikaalid välja näevad, uurisid teadlased, mida need organismis teevad.

Uuringu esimene autor Salvo Danilo Lombardo (vasakul) ja autor Jörg Menche (paremal). Foto: Barbara Bachmann / CeMM

Nad koondasid andmed ligi 10 000 aine kohta – alates saasteainetest ja toidukomponentidest kuni ravimiteni – ning kaardistasid, kuidas igaüks neist mõjutab inimese geene. Tulemuseks valmis ulatuslik infovõrgustik, mis seob erinevad ained nende ühiste bioloogiliste mõjudega.

Kui teadlased seda võrgustikku lähemalt uurisid, ilmnes selge muster. Erinevad ained koondusid rühmadesse vastavalt sellele, milliseid bioloogilisi protsesse need mõjutavad – näiteks põletikku, ainevahetust või vere hüübimist. Nendes rühmades olid keemiliselt väga erinevad ühendid – nii ravimid kui ka keskkonnamürgid – kuid need mõjutasid samu molekulaarseid signaaliradu. See näitas, et organism reageerib keskkonnamõjudele mitte niivõrd nende keemilise ehituse, vaid hoopis selle järgi, milliseid bioloogilisi süsteeme need häirivad.

Varjatud bioloogiliste seoste kaart

Et mõista, miks mõned ained on teistest kahjulikumad, uuris teadlaste meeskond, kus nende mõju avaldub raku sisemises „juhtmestikus“ ehk valkude vastastikuste koostoimete võrgustikus.

Kõik valgud ei ole selles võrgus võrdse tähtsusega. Osa neist toimib kesksete sõlmpunktidena, mis koordineerivad paljusid organismi elutähtsaid protsesse. Uuring näitas, et kui molekul tabab just selliseid keskseid valke, võivad tagajärjed olla märksa raskemad. Isegi ühe väga hästi ühendatud valgu kahjustamine võib vallandada ahelreaktsiooni, mis levib kogu süsteemis ja võimendab mõju.

See viitab lihtsale, kuid olulisele põhimõttele: mida kesksema tähtsusega on mõjutatud bioloogiline sihtmärk, seda suurem võib olla tervisekahju.

Seejärel uurisid teadlased, kas need tähelepanekud aitavad selgitada ka tegelikke haigusmustreid. Võrreldes oma võrgustiku prognoose Euroopa riikidest kogutud ulatuslike tervise- ja keskkonnaandmetega, leidsid nad, et riikides, kus teatud keskkonnamõjusid esines rohkem, oli sagedamini ka haigusi, mis olid nende mõjudega molekulaarsel tasandil seotud.

See viitab sellele, et keskkonnamõju ja haiguse vahelist bioloogilist „kaugust“, mida mõõdeti võrgustiku abil, saab kasutada selle ennustamiseks, millised tervisemõjud tõenäoliselt avalduvad.

Keskkonnast ja molekulidest rahva terviseni

„Need tulemused pakuvad täiesti uue viisi mõista, kuidas keskkond tervist mõjutab,“ ütles uuringu juhtivautor Jörg Menche. „Selle asemel, et käsitleda iga kemikaali eraldi, näitab uuring, et paljud keskkonnamõjud koonduvad samadele bioloogilistele radadele, moodustades keeruka, kuid korrastatud vastastikmõjude süsteemi. Neid seoseid kaardistades saavad teadlased hakata ennustama keskkonnamõjude tervisemõjusid isegi siis, kui konkreetset ainet ennast pole veel põhjalikult uuritud.“

Teadlaste hinnangul loob see töö aluse eksposoomi märksa süsteemsemale mõistmisele, ühendades molekulaarbioloogia ja rahvatervise. Pikemas perspektiivis võivad sellised lähenemisviisid aidata avastada seni varjatud terviseriske, parandada keskkonnaseiret ning toetada tõhusamate strateegiate väljatöötamist haiguskoormuse vähendamiseks.

Artiklis kasutatakse safranit ja endrini üksnes näidetena, et illustreerida võrgupõhise lähenemise võimalusi. Autorid ei tee nende kohta uusi kliinilisi järeldusi ega väida põhjuslikke seoseid.

Safran (krotsiin) – näide potentsiaalselt kasulikust ühendist

Uuringus tuuakse välja, et krotsiin (crocin), mis on safrani (Crocus sativus) peamine bioaktiivne koostisosa, oli üks kõige enam teiste ühenditega seotud aineid kogu kokkupuutemaastiku võrgustikus (1084 seost). Selle põhjuseks ei ole mitte tema keemiline ehitus, vaid asjaolu, et ta mõjutab paljusid samu geene ja bioloogilisi radu nagu paljud teised ühendid. Varasemate uuringute põhjal on krotsiini seostatud mitmete tervist toetavate omadustega, sealhulgas:

antioksüdantse toimega,
kasvajavastase toimega,
antidepressiivse toimega.

Oluline on aga see, et käesolev uuring ei tõenda neid toimeid uuesti, vaid kasutab krotsiini näitena ühendist, mille bioloogiline mõju ulatub paljudesse molekulaarsetesse võrgustikesse. Vastavad tervisemõjud põhinevad varasemal kirjandusel, millele autorid viitavad.

Endrin – näide keskkonnamürgi ja haiguste seosest

Endrin on organokloorne insektitsiid, mida kasutati varem põllumajanduses ning mis on tänapäeval enamikus riikides keelatud. Artiklis võrreldakse Euroopa riike, kus endrini keskkonnasisaldus on erinev. Näitena tuuakse:

Itaalia, kus mõõdeti uuringu andmestikus kõrgeimad endrini tasemed;
Prantsusmaa, kus need olid madalaimad.

Seejärel vaadeldi haigusi, mille molekulaarsed sihtmärgid paiknevad võrgustikus endrini mõjutatavate valkude lähedal. Autorid leidsid, et Itaalias oli nende haiguste esinemissagedus üldiselt kõrgem kui Prantsusmaal, mis oli kooskõlas nende võrgumudeli ennustustega.

Samas rõhutavad autorid, et:

tegemist on populatsioonitasandi korrelatsiooniga, mitte tõendiga, et endrin neid haigusi põhjustab;
eesmärk oli näidata, et molekulaarse võrgustiku põhjal saab ennustada, milliste haigustega teatud keskkonnamõjud võivad seotud olla;
selline lähenemine aitab suunata edasisi uuringuid, kuid ei asenda epidemioloogilisi ega toksikoloogilisi tõendeid.