Video: Keemik arendab udarapõletiku varajaseks tuvastamiseks biosensorit
Tartu ülikoolis arendatakse bioloogilist andurit, mis tunneks piimas ära udarapõletikku tekitava bakter enne, kui need looma haigeks jõuavad teha.
Sellise süsteemi väljatöötamisega tegeles Tartu ülikooli magister Kaisa Mihklepp Toonika Rinkeni biosensorite uurimise ja väljatöötamise rühmas. Teadustöö tulemusi tutvustas ta Talveakadeemia tudengi teadusepäeval, kus žürii valis tema esitluse parimaks ja retsensendid hindasid selle aluseks olnud teadusartikli teise koha vääriliseks.
TÜ magister Kaisa Mihklepp rääkis tudengi teaduspäeval udarapõletiku biosensori arendamisest:
Terve lüpsilehm on kvaliteetse piima aluseks, kuid selle tootmise seab ohtu lehmade levinuim haigus mastiit ehk udarapõletik. Põletik piimalehma udaras põhjustab suurt majanduslikku kahju, sest ravikulud suurenevad, piima kvaliteet halveneb ning haigestunud lehmad tuleb karjast enneaegselt välja praakida.
Nii seisavad piimakarjapidajad silmitsi patogeenide põhjustatud haigusega, mis seab ohtu kvaliteetse piima tootmise. Udarapõletikust tekitatud kahju aitaks vähendada haiguse varajane avastamine bioäratundmissüsteemiga, mis oleks piimakarjakasvatajatel lihtne käsitleda.
“Praegu hakatakse udarapõletikku ravima alles siis, kui haigustunnused on loomapidajale juba silmaga näha. Selleks ajaks on haigus kaugele arenenud ja piimakvaliteet rikutud,” rääkis Mihklepp.
“Kui loomapidaja näeb, et loom on haige, viib ta piimaproovi laborisse, seal kulub haigustekitavate bakterite määramiseks kuus tundi. See pärsib varajast ravi alustamist ja toob kaasa suuremad ravikulud. Peale selle, kuna mastiiti tekitab bakter ja bakterihaiguseid ravitakse antibiootikumidega võib see soodustada resistentsete bakterite levikut. Lahendus oleks see, kui haigust tekitav bakter leitakse võimalikult vara ja tõhusamaks raviks määratakse just selle ühe bakteri mahasurumiseks mõeldud kitsa spektriga antibiootikum.”
Kuigi udarapõletikku tekitavaid patogeene on üle saja, moodustab kolme enamlevinud mikroobi (Streptococcus uberis, Escherichia coli ja Staphylococcus aureus) poolt tekitatud haigusjuhtumite arv ligikaudu poole kõikidest mastiidi- ehk udarapõletikujuhtudest.
Kuna sümptomite põhjal ei ole võimalik kindlaks teha, millise haigustekitajaga on tegemist, on jätkusuutlikuks arenguks ja looma tõhusaks ravimiseks kõikidel haigusjuhtudel oluline identifitseerida konkreetne patogeen. Haiguse diagnoosimine varajases faasis on vajalik, et vältida haiguse arenemist kliiniliseks vormiks.
Praegu rakendatakse patogeenide määramiseks peamiselt meetodeid, mille tulemuste teadasaamiseks kulub üldiselt üks kuni kaks päeva. Samal ajal tehakse suuri jõupingutusi uudsete tehnoloogiate väljatöötamiseks, mis võimaldaksid mastiiti võimalikult varajases faasis avastada ja õigeaegselt ravi alustada.
Paljutõotav väljavaade patogeenide kiireks määramiseks on mastiidisensorite väljatöötamine. Sellist sensorit saaks kasutada udarapõletiku kahtluse korral ning lisaks võimaldaks see kindlaks teha ka konkreetse haigust tekitava patogeeni.
Kaisa Mihklepp võrdleb sellist bioäratundmissüsteemi inimese meeleorganitega, mis edastavad keskkonnast ainult kindlat liiki signaali nagu näiteks lõhnu või helisid.
Mastiidisensorite keskseks osaks on antikehadel põhinev valikuline bioäratundmissüsteem, mis konkreetses töös tunneb ära ühe kindla bakteri – udarapõletikku põhjustava Streptococcus uberis'e.
“Kui meil oleks olemas sellised antikehad, mis tunneksid ära uberise, siis me saaksime need värvainega tähistada. Kui me paneks need seejärel kokku piimaprooviga, milles leidub see konkreetne bakter, tekkiks sensorsüsteemis värvusreaktsioon, mis annab meile haigustekitajast varakult märku,” rääkis Mihklepp.
Ent esmalt tuleb uberis'e vastaseid antikehi tootma õppida. Selleks peavad teadlased mitmete ennustavate programmide abil udarapõletikku tekitava bakteri pinnalt välja valima just sellised piirkonnad, kuhu antikehad kõige paremini seonduda tahaks.
Mihklepp on kolm sellist piirkonda juba valinud ja neid laboritingimustes ka taastootnud ning kaitsesüstimisega küülikute peal kasutanud. “Kuna küüliku jaoks on sellised ained võõrad, hakkab tema keha selle vastu antikehasid tootma. Kui antikehasid on küüliku organismis piisavalt, saab need looma vereseerumist eraldada. Sellele järgneb kontrollimine, kus vaadatakse, kas väljapuhastatud antikehad ka tegelikult uberisega seonduvad,” kirjeldas ta sobilike biosensorite loomist.
“Minu kolmest välja valitud piirkonnast üks näitas väga häid tulemusi ja on võimeline seonduma Streptococcus uberis’ega,” ütles keemik. “See loob eelduse, et lähiajal on võimalik mastiidisensorite kasutuselevõtt, millega farmerid saavad käepäraste vahenditega toorpiima analüüsida vähem kui kümne minutiga ja avastada udarapõletik juba väga varakult.”
Toimetaja: Katre Tatrik, Tartu ülikool