Robotkäega laboriseade jälgib rakkude elu ööpäevaringselt
Tallinna Ülikooli loodus- ja terviseteaduste instituudis võeti kasutusele uudne automatiseeritud laboriseade, mis võimaldab jälgida rakkudes ja mikroorganismides toimuvaid muutusi reaalajas – tundide ja vajadusel isegi päevade vältel.
Uus Tecan Spark Motion süsteem ühendab mikroplaadilugeja, sisseehitatud mikroskoobi, inkubaatori ja robotkäe. Teadlane saab katse käivitada ning süsteem hoiab proove sobivates tingimustes, liigutab neid automaatselt mõõtmisele ja kogub etteantud ajavahemike järel andmeid. Nii saab üheainsa hetkepildi asemel jälgida tervet protsessi ning näha, kuidas rakud või mikroorganismid aja jooksul muutuvad ja uuritavatele ainetele reageerivad.
„Kui tavapärane rakukatse annab meile sageli justkui ühe foto, siis selle seadmega saame vaadata tervet filmi,“ kirjeldab RAKERA Tallinna Ülikooli poolse taristuprojekti juht, biopolümeeride keemia professor Rando Tuvikene. „Näeme, kuidas rakud kasvavad, liiguvad ja reageerivad erinevatele ainetele ning millal ja kui kiiresti muutused aset leiavad.“ Sisseehitatud mikroskoop võimaldab jälgida eukarüootsete rakkude kuju ja liikumist, erinevad optilised mõõtesensorid aga annavad teavet rakkude elujõulisuse, kasvu ja biokeemiliste protsesside kohta. Süsteem sobib nii inimese ja loomade rakuliinide kui ka bakterite ja pärmide uurimiseks ning võimaldab jälgida nende reaktsiooni erinevatele ühenditele ja keskkonnatingimustele.
Sellisel võimekusel on arvukalt praktilisi rakendusi. Seadmega saab uurida näiteks haavade paranemist soodustavaid preparaate, hinnates nende mõju rakkude migratsioonile ja kasvule, samuti põletikku pärssivate või muude bioaktiivsete ühendite toimet. Mikrobioloogias saab jälgida mikroobide kasvudünaamikat ning selgitada, kuidas erinevad ühendid nende kasvu pärsivad või soodustavad. See loob uusi võimalusi prebiootikumide, antimikroobsete ainete, looduslike ühendite ja biomaterjalide toime uurimiseks ning toidu- ja keskkonnamikrobioloogia alasteks uuringuteks
„Oluline on, et me ei pea enam piirduma küsimusega, kas mingi aine toimib või mitte,“ ütleb Tuvikene. „Saame uurida, kui kiiresti toime tekib, millises kontsentratsioonivahemikus see avaldub ja kuidas rakud või mikroorganismid sellele aja jooksul reageerivad. Veelgi olulisem on, et eri tüüpi mõõtmisi kombineerides saame hakata paremini mõistma ka seda, miks mingi aine toimib ja millised rakulised või biokeemilised protsessid selle toime taga on. Uute biomaterjalide, tervisetoodete ja bioaktiivsete ühendite arendamisel on selline teave toime dünaamika ja mehhanismide kohta väga väärtuslik.“
Süsteemi oluline eelis on automatiseeritus. Robotkäsi liigutab mikroplaate inkubaatori ja mõõteseadme vahel vastavalt etteantud programmile ning katsed võivad jätkuda ka öösel ilma pideva käsitsi sekkumiseta. See võimaldab teha pikaajalisi ja suuremahulisi eksperimente, koguda senisest tihedamalt mõõteandmeid ning vähendada käsitsi tehtavast tööst tulenevat varieeruvust.
Uus aparatuur on osa Eesti teadustaristu teekaardi objektist RAKERA, mis koondab Eesti raku- ja molekulaarbioloogia alast oskusteavet ning arendab Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Tallinna Ülikooli, Eesti Maaülikooli ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi ühiskasutuses olevat aparatuurikompleksi. Seetõttu ei ole uus süsteem mõeldud üksnes Tallinna Ülikooli teadlastele. RAKERA ühiskasutuse põhimõte loob võimalusi ülikoolide ja teadusasutuste uurimisrühmade koostööks ning võimaldab kombineerida erinevate asutuste kompetentsi ja aparatuuri. Teadlase jaoks tähendab see võimalust kavandada keerukamaid eksperimente ilma, et kogu vajalik taristu peaks paiknema ühes laboris või ühes ülikoolis.
Tallinna Ülikoolis hakatakse seadet kasutama nii kõrgetasemelises teadustöös kui ka rakendusuuringutes. Selle baasil on kavas arendada analüüsi- ja arendusteenuseid ettevõtetele ning teistele huvilistele. Seadme võimalusi saavad tulevikus kasutada näiteks biomaterjale, kosmeetika- ja tervisetooteid, funktsionaalseid toidukoostisosi, prebiootikume või antimikroobseid lahendusi arendavad ettevõtted, kellel endal vastav laboritaristu puudub.
Tuvikese sõnul on oluline ka võimalus siduda keemiline ja bioloogiline uurimistöö. Näiteks võib uue biopolümeeri või loodusliku ühendi puhul esmalt määrata selle keemilise struktuuri ja füüsikalis-keemilised omadused ning seejärel hinnata selle mõju rakkudele või mikroorganismidele. Selline terviklik lähenemine aitab liikuda aine kirjeldamisest edasi selle bioloogilise toime, toimemehhanismide ja rakenduspotentsiaali mõistmiseni.
Uuel seadmel on oluline koht ka õppetöös. Tallinna Ülikooli tudengid saavad kaasaegsete raku- ja mikrobioloogiliste analüüsimeetoditega tutvust teha juba bakalaureuseõppe tasemel ning süvendada neid oskusi magistri- ja doktoriõppes iseseisva uurimistöö käigus. „Peame tunnetuslikult väga väärtuslikuks seda, et tudeng õpiks teadust mitte ainult õpikust või arvutiekraanilt, vaid saaks ise katseid kavandada, mõõta ja tulemusi tõlgendada,“ ütleb Tuvikene. „Tehisintellekti ajastul, mil informatsiooni leidmine, teksti loomine ja ka osa andmeanalüüsist muutuvad järjest lihtsamaks, suureneb meie hinnangul praktilise laborikogemuse väärtus. Tahame, et tudengid puutuksid juba õpingute ajal kokku tipptasemel taristu ja töövõtetega, mida kasutatakse nii kaasaegses teaduses kui ka ettevõtete arendustöös. Selline kogemus annab neile tööturule jõudes olulise eelise – nad ei tunne kaasaegset laborit üksnes teoorias, vaid oskavad selles ka praktiliselt tegutseda.“
Nii täidab uus laboriseade korraga mitut eesmärki: võimaldab teha senisest keerukamaid raku- ja mikrobioloogilisi uuringuid, tugevdab koostööd Eesti teadusasutuste vahel, loob võimalusi ettevõtluskoostööks ning annab tudengitele praktilise kokkupuute kaasaegse teadustaristuga.
