Keskkonnareostuse, vähkkasvajate ja mikrobioomi seosed looduses

Läänemeri kui looduslik laboratoorium

MARI-ANN LIND

Vähk on sagedasim inimelusid nõudev haigus ning vähi esinemissagedus on maailmas kasvujoonel. Vähi tekkeriski suurendavad tänapäeva maailmale omased tegurid, näiteks suitsetamine, vähene kehaline aktiivsus, aga ka keskkonnas esinevad saasteained. Seosed reostuse ja vähi tekke vahel on leidnud kinnitust inimeste ja laboriloomadega tehtud uuringutes. Kuid reostus ei mõjuta ainult inimesi, vaid kogu elusloodust. Üllatuslikult on kasvajate teke vabalt elavatel loomadel peaaegu uurimata valdkond. Ometi on kasvajaid leitud kõikidelt vaadeldud liikidelt. Kasvajate ja neoplaaside ehk ebanormaalsete rakukogumite esinemist on seostatud keskkonnareostusega mitmetel veekeskkonnas elavatel liikidel. Huvitaval kombel on mõnel pikka aega reostusega kokku puutunud liigil kasvajate esinemissagedus eeldatust väiksem, mis osutab sellele, et neil on tekkinud kohastumus, mis kaitseb neid vähi eest. Vähi eest kaitsevad loomi teatud geenivariandid, kuid huviorbiiti on tõusnud ka organismi sees ja pinnal elavate mikroorganismide kogumi ehk mikrobioomi võimalik roll.¹

Inimtegevuse tagajärjel satub keskkonda suur hulk saasteaineid, mis ohustavad reostunud aladel elavaid liike. Paljud reoained on kartsinogeense ehk vähki põhjustava toimega, näiteks raske­metallid ja orgaanilised saasteained – polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud. Euroopa turul on antud kasutusluba ligikaudu 100 000 kemikaalile ning paljude kemikaalide mõju loodusele ei ole veel teada. Olukorra teeb veelgi tõsisemaks see, et tavaliselt esineb keskkonnas sadu ja tuhandeid erisuguseid saaste­aineid. Seni on rohkem keskendutud korraga ühe saasteaine mõju uurimisele, kuid tähtis on uurida ka keskkonnas esineva „kemikaalikokteili“ koosmõju. Loomad suudavad saasteaineid lagundada, eraldada või muutumatul kujul kehast väljutada, kuid mõnikord tekivad organismis lagundamise käigus veelgi mürgisemad vaheühendid. Tõsiseks probleemiks on kujunenud mikro­plast, mis on heaks pinnaseks biofilmide ehk bakterikolooniate tekkimisele ning mikroplasti vahendusel levivad kergemini ka haigustekitajad. See soodustab viirustega seotud vähkkasvajate levikut. Reostuse mõjuga liituvad tihti ka muud inimtekkelised stressiallikad, nt valgusreostus, urbaniseerumine, elupaikade kadu ja killustumine, kliimamuutused. Mitmel rindel võitlemine nõrgestab organismi ning seetõttu organismi kasvajarakkude tuvastamise ja kõrvaldamise võime väheneb, soodustades kasvajate sagedasemat esinemist.^1,2

Reostus ja vähk

Läänemeri pakub häid võimalusi uurimaks reostuse ja kasvajate seoseid ning kasvajavastase kohastumuse teket. Esiteks sellepärast, et Läänemere reostustase on väga kõrge. Tihtipeale nimetatakse Läänemerd maailma kõige saastunumaks mereks. Kuna Läänemeri on suhteliselt madal ning veevahetus Taani väinade kaudu toimub aeglaselt, on Läänemeri reostuse suhtes kergesti haavatav. Teisalt ulatub Läänemeres inimtekkelise reostuse ajalugu tagasi juba tööstusrevolutsiooni algusaega ja see on võimaldanud loomade kaitsemehhanismidel evolutsioneeruda. Hoolimata ulatuslikust pikaajalisest reostusest esineb Läänemeres võrdlemisi erineva reostusastmega alasid. Tihti on saastunumad alad suuremate sadamalinnade lähistel ning tööstus- ja põllumajanduspiirkondades. Puhtamad alad jäävad vähesema inimtegevuse, aga ka karmimate keskkonnakaitse meetmetega piirkondadesse.³ Puhtamatelt ja reostunud aladelt pärit loomade võrdlemine võimaldab uurida reostuse mõju kasvajatele ja kohastumuse tekkele. Läänemeri on selles mõttes justkui looduslik laboratoorium.

Kord juba merre sattunud reostus on visa kaduma. Paljud reoained sadestuvad põhjamudasse, kus need püsivad väga pikka aega. Seetõttu on reostusest eriti ohustatud merepõhjas elavad liigid. Heaks uurimisobjektiks on Läänemeres elavad lestad (Platichthys spp). Lestad elavad merepõhjas ning on võrdlemisi paiksed. Läänemere piires esinevad selgelt eristatavad lestavormid, kes mõne aasta eest arvati eri liikideks.^4,5 Samuti on leitud, et Läänemeres elavatel lestadel esineb vähkkasvajaid maksas ja nahal. Huvitaval kombel on Läänemeres elavatel soomuslestadel (Limanda limanda) naha- ja maksakasvajad märksa levinumad kui läänemere lestadel. Kasvajaid leiti lausa kuni 30 protsendil uuritud kaladest (Tartu ülikooli loomaökoloogide avaldamata andmed). See osutab, et läänemere lestad on paremini kohastunud kasvajatega toime tulema. Näiteks on geenides tekkinud kasulikud mutatsioonid, vähikaitsega seotud geenid on populatsioonis laiemalt levinud või on muutunud vähikaitse geenide avaldumise tase. Peale organismi enda geenide on huviorbiiti tõusnud ka mikrobioom, mis n-ö laiendab organismi kasutuses olevate geenivariantide arvu. Mikrobioom võib seejuures nii kasvajate eest kaitsta kui ka vähiteket soodustada olenevalt sellest, millised mikroobiliigid mikrobioomis esinevad.

Mikrobioom aitab kohastuda

Mikrobioomil on suur osa organismi normaalses toimimises. Muu hulgas on mikrobioom vajalik immuunsüsteemi optimaalseks tööshoidmiseks ning mikrobioom lagundab ka kehavõõraid aineid. Mitmeid haigusi seostatakse häiritud mikroobikooslusega. Samuti on vähi puhul leitud, et ebaoptimaalne mikrobioom on kasvajate teket soodustav asjaolu. Vähi ja mikrobioomi seoste otsimine on vähiuuringutes üks kiiremini arenevaid suundi. Mikrobioom võib vähi teket nii soodustada kui ka pärssida. Näiteks uuritakse probiootikumide kasutamist vähiravi toetamisel, kuna on leitud, et osa baktereid toodab vähki pärssivaid aineid. Keskkonnareostus mõjutab suurel määral mikrobioomi koosseisu. Seetõttu on tõenäoline, et vähi esinemine looduses võib olla seotud inimtekkelisest reostusest tingitud muutustega mikrobioomis. Mikrobioom on võimeline ka saasteaineid lagundama, aga mõnikord on laguproduktid veelgi mürgisemad.^1,2

Mikrobioom mõjutab organismi fenotüüpi – organismi vaadeldavaid tunnuseid, mis kujunevad tema geenide ja keskkonnatingimuste koostoimes. Mikrobioom on justkui organismi laiendatud genoom, võimaldades muutuvas keskkonnas kiiremat kohastumist. Teisalt on mikroobide pärandumine ühest põlvkonnast teise väga varieeruv, mistõttu mikrobioomi rolli uurimine kohastumuse tekkimisel pakub teadlastele tõsise väljakutse. On leitud ilmekaid näited, kuidas mikrobioom kujundab peremehe fenotüüpi ja kohastumist uudse keskkonnaga. Taimekahjuritest putukad (Riptortus pedestris) on saavutanud resistentsuse pestitsiididele tänu keskkonnas esineva pestitsiide lagundava mullabakteri Burkholderia ühte sidumisele oma kõhu mikrobioomiga. Kreosooditehase (kreosoot on puidu immutamiseks kasutatav tõrvalaadne aine, millel on vähki põhjustav mõju) lähistel elavatel metshamstritel (Neotoma spp.) on iseloomulik kõhu mikrobioom, mis sisaldab fenoolseid toksiine lagundavaid baktereid.

Hamstripopulatsioonidel, kel ei ole olnud kreosoodiga kokkupuudet, selline mikroobikooslus puudub. Kui aga kreosoodiga kohastunud hamstrite mikrobioomi siirati reostumata piirkonnast pärit hamstritele, siis suurendas siiratud mikrobioom nende ellujäämust kreosoodiga kokku puutudes.

Need näited ilmestavad, et loomad on võimelised omastama keskkonnast mikroobe, mis võimaldavad suurendada organismi fenotüübilist variatiivsust ning leida variante, mis suurendavad ellujäämise tõenäosust.⁶ Reostus mõjutab mikrobioomi, viies mikrobioomi tasakaalust välja, ja mitteoptimaalne mikrobioom soodustab terviseprobleemide, sh vähi teket. Teisalt, kui keskkonnas esineb reostusaineid lagundavaid baktereid, siis nende liikide liitmine mikrobioomi hulka mõjutab looma kohanemist reostunud keskkonnaga. Arvatavasti on vajalik, et esmalt kohaneksid reostusega keskkonnas esinevad mikroobikooslused, misjärel need bakterid satuvad keskkonnast organismi ja mõnel juhul osutuvad loomale kasulikuks.

Uuritud on ka mikroobide võimet teha kahjutuks toksilisi aineid. Näiteks inimestel ja rottidel, kellele manustati Lactobacillus plantarumi tüve CCFM8610, oli kaadmiumi sisaldus veres ja organites väiksem kui kontrollgrupis.⁷ Samuti on võrreldud reostunud aladelt pärit loomade mikrobioomi reostamata aladelt pärit loomadega ning tuvastatud mikroobe, mis võimaldavad elada ka saastunud keskkonnas. Näiteks on Ameerika Ühendriikides Elizabethi jões elavad hammaskarbilised kalad (Fundulus heteroclitus) kohastunud elama kreosoodivabriku lähistel äärmiselt reostunud põhjasetetes. Jõe puhtamates piirkondades elavatel kaladel kohastumust reostuse suhtes tekkinud ei ole. Reostunud ja puhastelt aladelt pärit kalade mikrobioom erines märkimisväärselt ning arvatavalt aitab mikrobioom reostusega toime tulla.⁷ Ka teiste kalaliikide mikrobioomist on leitud saasteaineid lagundavaid aineid, kuid konkreetsemalt ei ole uuritud, kas reostunud aladele iseloomulik mikrobioom on seotud ka kasvajate esinemise tõenäosusega ning pakub kaitset vähi eest. See on üks uurimisküsimustest, millega tegelevad Tartu ülikooli loomaökoloogid Tuul Sepa juhtimisel, kasutades mudelina Läänemere eri reostustasemega aladel elavaid lesti.

Läänemere pikaajaline reostus ja erinevad reostusastmed sobivad väga hästi reostuse ja vähkkasvajate vaheliste seoste uurimiseks ning väljaselgitamiseks, kuidas tekivad kasvajavastased kaitsemehhanismid. Vähi uurimine vabalt elavatel loomadel on vajalik looduskaitse seisukohalt, et mõistaksime, kuidas reostus mõjutab loomi, millised liigid on haavatavamad, mis tegurid mõjutavad kasvajate teket ning kas ja kuidas tekivad kasvajavastased kaitsemehhanismid. Keskkonnareostus mõjutab ka inimesi. Laboriloomade peal on hea katsetada mõne konkreetse kemikaali mõju, selgitada välja geenide või valkude funktsioone. Tihtipeale on laboriloomad aretatud kindla uurimisküsimusega tegelemiseks ning nende geneetiline mitmekesisus on võrreldes vabalt elavate loomadega hulga väiksem. Seetõttu jäävad tihti märkamata laia ulatusega pikaajalisemad evolutsioonilised protsessid ja ökoloogilised nüansid. Inimesed sarnanevad rohkem vabalt elavatele loomapopulatsioonidega. Mõistmine, kuidas arenevad looduses kasvajavastased kaitsemehhanismid, aitab edasi arendada inimeste vähiravi, aga praegu on see uurimissuund veel alles algusjärgus.

Tartu ülikooli loomaökoloogia doktorant Mari-Ann Lind on programmi L’Oréal Baltic „Naised teaduses“ noorte talentide tänavuse auhinna laureaat.

1 Mathieu Giraudeau, Tuul Sepp, Beata Ujvari, Paul W. Ewald, Frédéric Thomas, Human activities might influence oncogenic processes in wild animal populations. – Nat. Ecol. Evol.2018, 2, 1065–1070.

2 Ciara Baines et al., Linking pollution and cancer in aquatic environments: A review. – Environ. Int. 2021, 149, 106391.

3 Helcom. State of the Baltic Sea–Second HELCOM holistic assessment 2011–2016. in Baltic Sea Environment Proceedings 2018, 155.

4 Evald Ojaveer, Ervin Pihu, Toomas Saat, Fishes of Estonia. Estonian Academy Publishers 2003.

5 Momigliano, G. P. Denys, H. Jokinen & J. Merilä, Platichthys solemdali sp. nov. (Actinopterygii, Pleuronectiformes): a new flounder species from the Baltic Sea. – Front. Mar. Sci. 2018, 5, 225. Platichthys solemdali sp. nov.(Actinopterygii, Pleuronectiformes): a new flounder species from the Baltic Sea. – Front. Mar. Sci. 2018, 5, 225.

6 Lucas P. Henry, Marjolein Bruijning, Simon K. G. Forsberg, Julien F. Ayroles, The microbiome extends host evolutionary potential. – Nat. Commun. 2021, 12, 5141.

7 Qixiao Zhai et al., Increased Cadmium Excretion Due to Oral Administration of Lactobacillus plantarum Strains by Regulating Enterohepatic Circulation in Mice. – J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 3956–3965.