Kas vetikatega saab koroonaviirust tõrjuda? Teadlased hakkavad uurima ja siis vastavad

Tallinna Ülikooli professor Rando Tuvikene hakkab koos teadlasrühmaga uurima merebiomassist pärit polüsahhariidide kasutamise võimalusi meditsiinis, lootes jõuda läbimurdeni võitluses inimkonda ründava koroonaviirusega. Desoainete prototüüpide väljatöötamisel ulatavad teadlastele abikäe erafirmad Chemi-Pharm, Vipis ja Furcella. Kirjutab Ants Vill.

Eesti Teadusagentuur (ETAg) korraldas juulis teadlaste ekspertgrupi ettepanekute alusel ideekorje konkursi, mille käigus esitatud 26 projektist leidis riigieelarvelist finantseerimist 13, kogusummas 2,14 miljonit eurot. Keskmiselt 100 000–200 000 euro suuruste grantidega tööd kulgevad viiruse SARS-CoV-2 tõrjumiseks viies peasuunas. Teadlased asuvad näiteks välja töötama senisest efektiivsemaid näomaske ja biolagunevaid koostisaineid viirusevastaste katete ning puhastusvahendite jaoks, meetodeid ja vahendeid raskesti puhastatavatele pindadele viirusevastase toime andmiseks, siseõhu puhastamiseks respiratoorsetest viirustest. Viiruse levikukiiruse prognoosimiseks tegeldakse andmete analüüsimise tööriistade loomisega. Samuti arendatakse roboteid tervishoiutöötajate töökoormuse ja nakkusriski vähendamiseks pandeemia olukorras.

Eraldi teema on leida viirusvastased ained, mida oleks võimalik kasutada tavatoodetes, nagu näiteks desinfitseerimisvahendid või kosmeetikatooted. Selle suunaga on seotud 200 000-eurone grant COVSG7, mille sai uurimisrühm, mida juhib Tallinna Ülikooli biopolümeeride keemia professor Rando Tuvikene.

Eksperdikomisjoni esimees, Tartu Ülikooli professor Irja Lutsar tõi esile, et esitati palju väga tugevaid taotlusi. „Mitmed neist plaanisid lahendada probleeme, mis on seotud nakkushaiguste vältimisega laiemalt ja mitte ainult koroonaviirusega. Tihedas konkursisõelas ja piiratud rahahulga juures jäid paraku nii mõnedki head taotlused seekord rahastuseta. Küll aga võiks sihitud grandivooru ka tulevikus teiste põletavate probleemide lahendamisel kasutada,“ ütleb Lutsar.

Pakilistel teemadel läbi viidavad projektid, toote- ja teenuseprototüübid, peavad valmis saama tuleva aasta lõpuks ehk uurimis- ja rakendustöödeks on napp 15 kuud. See erineb oluliselt tavalisest uurimistööde praktikast, kus praktiliste lahendusteni jõudmine võtab tavaliselt aastaid uurimis- ja arendustöid.

Teadusagentuuri uurimistoetuste osakonna juhataja Siret Rutiku sõnul on sihtgrantide eesmärk toetada teadlaste pikaajalise teadustöö tulemuste kiiret rakendamist. „Mõnikord jäävadki teadlaste töö tulemused kas rahanappusest või ettevõtjate huvi puudumisest rakendamata. Sihtgrantide toel elluviidavad projektid aitavad meid eeldatavasti nii koroonaviiruse vastu võitlemisel lähitulevikus kui ka sarnastes olukordades hoopis pikemas perspektiivis. Loodan väga, et teaduse olulisus ja hädavajalikkus meie kõigi igapäevaelus ei vaja enam tõestamist.“

Valmisolek oli olemas

Professor Tuvikese (39) juhitav teadlasterühm hakkab koostöös Tartu Ülikooli viroloogide, TÜ polüsahhariidide uurimisrühma (levaani uurijad), Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) ning mitme ettevõttega uurima, milliseid loodusliku päritoluga aineid, eelkõige polüsahhariide, saab kasutada desovahendite koosseisus kogu maailma kaitseasendisse sundinud ja praeguseks enam kui miljon inimelu nõudnud koroonaviiruse tõrjumiseks ning kahjutuksmuutmiseks.

Polüsahhariidid on ühed taimedes leiduvad enimlevinud ühendid. Palju eripäraseid polüsahhariide leidub ka merevetikates, professor Tuvikene on just nende uurimisega tegelenud juba väga pikka aega. „Meil on kavas käesolevas, viiruse inaktiivseks muutmise uurimuses kasutada enam kui 60 mitmesugust bioloogiliselt aktiivset ainet. Neist pooled olid meil kui võimalikud viirusetõrje omadustega ained sihikul juba enne seda, kui erakorraline programm välja kuulutati. See andis meile kiirete tähtaegade juures olulise ajavõidu,“ räägib ta. „Jah, meile sobis see väljakutse väga hästi, olme sellel teel juba tükk maad jõudnud ära käia.”

Üks ühendeid selles tõsiselt arvestatava viirusevastase toimega ainete pikas nimekirjas on furtsellaraan, mida toodetakse maailmas ainult ühes kohas – Saaremaal Kärlas aastast 1966 töötavas tehases.  

„Seda polüsahhariidi, mida kasutatakse seni peamiselt toiduainetööstuses tarrendaja ja paksendusainena, eraldatakse Läänemere ainsast punavetikast, mida on võimalik tööstuslikult kasutada. See vetikas on furtsellaaria (Furcellaria lumbricalis), mida tänapäeval leidub tööstuslikult kasutatavate kogumitena ainult ühes kohas maailmas – Väinameres Saaremaa ja Hiiumaa vahel,” räägib keemiateadlane Tuvikene, kelle teadlaskarjäärist suur osa on kulgenud vetikate, sealhulgas furtsellaaria uurimisele.

Mujal Läänemeres esineb seda vetikat hajutatud kujul. Meie ainulaadne, ligi 200 ruutkilomeetrine kasvukoht Kassari lahes 6–8 meetri sügavuses vees sisaldab vetikat märgkaalus hinnanguliselt 150 000–200 000 tonni. „Loomulikult tuleb seda varu ettevaatlikult kasutada, et mitte ülemäära välja traalida. Eesti riikliku vetikauurimise programmi käigus 1990. aastatel selgitati välja, kuidas vältida selle tööstuslikult kasutatava vetika hävimist ning millised on varude võimalikud otstarbeka kasutamise mahud ning viisid,” jutustab ta. „Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi teadlased käivad üle aasta uurimas, milline on vetikate seis ja määravad selle põhjal lubatud „püügilimiidid”.“

Viiruse ogade kinnimätsimine

Tuvikese uurimisrühma eesmärgiks Covid-viiruse puhul on leida põhjalike katsetamiste käigus enam kui 60 kandidaadi seast, mille hulgas on mitmeid vetikatest pärit, bioloogiliselt tähelepanuväärselt aktiivsete sulfaatrühmi sisaldavaid polüsahhariide, selline, mis muudaks viiruse nakatumisvõimetuks.

„Enamikku neist kaasatud ainetest pole varem selle viiruse peal testitud. Siin võib olla suur potentsiaal läbimurdeks nii teaduslikus kui ka rakenduslikus plaanis ehk SARS-CoV-2 leviku tõkestamiseks,“ kinnitab Tuvikene.

Mitmetel bakteriaalsetel ning merebiomassist pärinevatel sahhariididel on eelkõige oma spetsiifilisest molekulaarsest struktuurist tulenevad viirusevastased omadused. „Eriti sobivaks võiks olla sulfaatrühmi sisaldavad polüsahhariidid, mida võib leida ka merevetikatest,“ märgib ta ja lisab, et mõned sulfaaditud polüsahhariidid on võimelised inaktiveerima linnugrippi, HIV-i, herpese ja seagripiviirust. „Vahetult pärast meie projekti esitamist publitseeriti ühes tunnustatud rahvusvahelises teadusajakirjas uurimus, kus näidati, et vetikatest pärit sahhariidil fukoidaanil, mida esineb paljudes pruunvetikates, sealhulgas ka meil Läänemeres laialt levinud põisadrus, on laborikatsetes võime koroonaviirust inaktiveerida. Patsientide peal pole seda ainet küll veel testida jõutud,” tutvustab professor uudiseid.

„Koroonaviiruse pinnal on erilised valgud, ogavalgud, millega viirus end keharaku pinnale kinnitab ning sellest läbi tungib. Meie plaan on leida sellised ained, mis selle ogavalgu „kinni mätsivad” ehk mille molekulid kinnituvad viiruse pinnal ning ei lase ogavalkudel tavapäraselt funktsioneerida ja nii inaktiveerivad viiruse,” selgitab teadlane.  

Selleks sobivaid aineid saaks siis kasutada desinfitseerimiseks kasutatavates vahendites. „Kui näiteks selleks kõige paremini sobiva kangusega, 70-protsendine piiritus hävitab kätel enamiku viirustest, siis pärast ainele iseloomulikku kiiret lendumist desoaine mõju kaob. Meie plaan on, et näiteks polüsahhariide sisaldav desoaine moodustaks kätel õhukese kaitsva kihi, mis säilitaks viirusevastase toime pikemat aega,” tutvustab Tuvikene.

Ainete sobivust testitakse muu hulgas koostöös Tartu Ülikooli viroloogidega peagi seal avatava kolmanda ohutusastme viroloogialaboris BSL-3, mis on tõenäoliselt ainus koht Eestis, kus saab aineid katsetada n-ö elusa viiruse peal. Ainete molekulaarstruktuuri uurimiseks kasutatakse võimsaimat tänapäevast vahendit – tuumamagnetresonantsspektroskoopiat, uuringuid teostavad Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi teadlased. Desoainete prototüüpide väljatöötamisel tehakse koostööd eraettevõtetega: rahvusvahelise haardega Eesti ettevõttega Chemi-Pharm AS, desinfitseerivaid ninapihusteid tootva ettevõttega Vipis OÜ ja tavakosmeetikat tootva firma Furcella OÜ-ga.

Vetika mitmiksuhkur

Neile, kes pole kodus orgaanilises keemias, selgituseks: polüsahhariidid koosnevad monosahhariidide molekulidest, mille seovad pikkadeks lineaarseteks või hargnevateks ahelateks keemilised sidemed, glükosiidsidemed. Tavalisel suhkrul on selliseid sidemeid vaid üks, tegu on disahhariidiga. Polüsahhariidid on levinuimad taimse päritoluga ained, levinumaks polüsahhariidiks on tselluloos.

Polüsahhariidi furtsellaraani (toiduainetööstuses E407) potentsiaalsed rakendusvaldkonnad on laialdasemad, kui senine kasutamine näiteks Kalevi marmelaadikompvekkides „Mari” ja „Tiina” ning loomse tardaine, želatiini taimse asendajana.

Mitmesugused uuringud on andnud muid huvitavaid rakendusi: furtsellaraan on suurepärane õlleselitusaine, samuti on koostöös ühe meie kosmeetikafirmaga loodud tooteid, milles kasutatakse selle polüsahhariidi nahka pehmendavat toimet. „See, et vetikad sisaldavad nahahoolitsuseks sobivaid ained, selgus juba paar sajandit tagasi Iirimaal. Seal märgati, et võrke vetikatest puhastavatel kaluritel on käenahk nii heas seisus, nagu oleksid nad kasutanud kalleid kosmeetilisi kreeme. Tänapäeval teame, et vetikatest pärinevatel polüsahhariididel on teatav interaktsioon nahavalkudega ja see põhjustab mõningase kosmeetilise efekti,” räägib professor.

Tuvikene on uurinud vetikais sisalduvaid ained doktoriõppe teemana Tallinna Ülikoolis ja järeldoktorantuuris Tokyo mereteaduse ja -tehnoloogia ülikoolis. „Tallinna Ülikoolis on vetikaid põhjalikumalt uuritud 1999. aastast, selle teema tõi siia toonane professor Kalle Truus. Muide, punavetikas furtsellaaria on meil ainus töönduslik punavetikaliik. Samas, põhilised vetikatootjad on hoopis kaugemal – Hiinas, Indoneesias ja Filipiinidel. Eriti laia ja pikaajalist kasutamist on leidnud vetikad Jaapanis, kus näiteks sushi tegemisel kasutatavat nori vetikat on kultiveeritud juba 17. sajandist,” jutustab Tuvikene. „Vetikais esineb palju selliseid polüsahhariide, mida maismaataimedes pole, seetõttu on vetikate uurimine ühtaegu huvitav ja väga praktilise väljundiga teadusala.”

Vetikatega on Tuvikesel seotud tema senise teaduselu põnevaim seik. Tokyos teadustööd tehes uuris ta vetikaliiki, millest Jaapanis toodetakse kodumajapidamises kasutatavat orgaanilist liimainet. Ta uuris laboris, kuidas mõjutab selle liimaine – polüsahhariidi – omadusi väikeses koguses erinevate metallide soolade lisamine. „Ühel hetkel sattus seetõttu, et sool oli oma nõus paakunud, katseklaasi ülemäära suur kogus üht soola. Kuna äpardus juhtus õhtusel ajal, jäi vussi läinud proovi äraviskamise hommikuks. Üllatus oli suur, kui järgmisel päeval oli kogu katseklaas täidetud tugeva tarretisega. Juhuse kombel avastasin, et rohke soola lisamine kutsus seni vaid kleepainena tuntud polüsahhariidil esile tardaine omadused. Ja seda toatemperatuuril, ilma muidu tarretise tekitamiseks vajaliku kuumutamiseta! See on kõige uhkem tunne, mida teadlane võib kogeda – saada teada midagi täiesti uut,” meenutab Rando Tuvikene.

Vetikad viiruse vastu

Tallinna Ülikooli egiidi all toimuv ETAg-i grandiga rakendusuuring „Viirusevastase toimega sahhariidid: rakendused desovahendites, kosmeetikatoodetes ja farmatseutilistes formulatsioonides” peab välja selgitama spetsiifiliselt SARS-CoV-2 suhtes viirusevastase toimega polü- ja oligosahhariidid (sh fruktaanid, sulfaaditud galaktaanid, fukaanid, glükaanid) ning tuvastatakse sahhariidse materjali kasutusvõimalusi ja efektiivsust desovahendite, kosmeetikatoodete ja farmatseutiliste segude koostisosana, on kirjas projekti annotatsioonis.