Samapalju, kui laiub mastaapsus suurde maailma, ulatub see ka mikrokosmose avarustesse. Mikroorganismideks loetakse ainurakseid mikroskoopiliste mõõtmetega elusorganisme, mis jagunevad nelja klassi – bakterid, seened, archaea ja protist.
Kuigi imetillukesed, arvatakse mikroobide kogumassiks umbes poolt Maa biomassist. Nendega tegeleb ja neid uurib teadus nimega mikrobioloogia, millele alusepanijaks loetakse Madalmaade teadlast ja mikroskoobi leiutajat Antonie van Leeuwenhoeki. Aastal 1654 oma optikariistade poe avanud Leeuwenhoek leiutas ka kaasaegse mikroskoobi esiisa, mille abil ta avastas seni inimsilmale nähtamatute mikroorganismide maailma, mida kutsus „dierkens“ (lad k – animalculum). Oma avastusi jagas ta laiemale (teadus)maailmale aga alles 1716 aastal ilmunud suuremas kirjatükis.
Tema kaasaegne, inglane Robert Hooke, uuris samuti mikroskoobi abil rakke ja mikroobe ning avaldas 1665. aastal suure traktaadi „Micrographia“, mis oli ohtralt illustreeritud uuritava materjali piltidega.
Kui palju neid pisilasi maailmas on, on suur küsimus, kuid enamus teadlasi on nõus väitega, et siiani on teada-tuntud vaid umbes 1% kõigist neist. Seega arenguruumi on – ja kui ise ei leia, siis leiavad nemad aeg-ajalt tee meieni – selle näiteks kasvõi praegune pandeemia.
Mikroorganismid on kõige suutlikumad ja vastupidavamad olendid planeedil Maa. Neid on leitud kuumaveeallikatest, väävlifumaroolidest, ülihappelistest keskkondadest ja isegi ülikõrge radiatsioonitasemega tuumajäätmete hoidlatest.
Suure hüppe tegi mikrobioloogia areng XIX sajandi teises pooles. 1850. aastal avastas Prantsuse teadlane Louis Pasteur, et toiduainete ja veini riknemine pole isetekkiv nähtus, vaid selle põhjustajateks on inimsilmale nähtamatud mikroorganismid. Kolmkümmend aastat hiljem, 1880. aastal, avastas inglane Robert Koch, et mitmeid levinud nakkushaigusi nagu tuberkuloos, koolera, difteeria ja siberi katk tekitavad samuti mikroobid. 1876. aastal avastas Koch, et antraksit (siberi katk) põdevate kariloomade veres on suures hulgas mikroobe Bacillus anthracis. Kui ta süstis pisikese tilga haige looma verd tervele loomale, haigestus see koheselt antraksisse. Oma uurimuste tulemused sõnastas ta koos saksa bakterioloogi Friedrich Loeffleriga 1884. aastal nelja Kochi postulaadina:
- mingit kindlat mikroorganismi peab leidma suurtes hulkades haiguse all kannatavalt isendilt ja neid ei tohi olla tervetel isenditel;
- neid mikroorganisme peab saama eraldada nakatunud olendist ja kasvatada puhta kultuurina kunstlikus keskkonnas;
- kultiveeritud mikroorganism peab tekitama sama haiguse tema viimisel tervesse olendisse;
- sellest nakatunud olendist peab taas saama isoleerida patogeense mikroorganismi ning see peab olema identne algselt uurimise alla võetud mikroorganismiga.
Need postulaadid andsid suure panuse mikrobioloogia arengusse. Kaasajal on siiski leitud mitmeid kõrvalekaldeid ja anormaalsusi, mille põhjuseid polnud toona veel teada –kasvõi viiruste olemasolu.
Tegelikult on idee mikroobide olemasolust juba vägagi vana. India džainistid pakkusid juba viiendal sajandil e.m.a välja idee imeväikeste organismide – nigodade – olemasolust, kes elavad igal pool, sh taimede, loomade ja inimeste kehades.
Praeguse aastatuhande esimesel sajandil tuli sarnase ideega välja vana-Rooma õpetlane Marcus Terentius Varro oma teoses „Põllumajandusest“, kus ta mainib silmale nähtamatuid olendeid – animalcule´sid, mis võivad põhjustada haiguseid ja hoiatab oma elupaiga soode ligidusse valimise eest.
1020. aastal kirjutas üks keskaja kuulsamaid teadlasi Avicenna oma „Meditsiinikaanonis“, et tuberkuloos ja mitmed muud haigused võivad olla nakkuslikud.
Kaks sajandit enne Leeuwenhoeki kirjutas ka türgi teadlane Akshamsaddin, et on vale arvamus, et haigused tekivad lihtsalt eri inimestel, vaid et need levivad ühelt teisele nn seemnete abil, mis on tavasilma jaoks nähtamatud.
Sama ideega tuli Euroopas välja itaallane Girolamo Fracastoro, kelle järgi võivad nakkuslikud epideemiad levida üksteisele ülekantavate „seemnete“ abil ja seda nii otsekontaktidega kui nende puudumisel ka õhu kaudu.
Mastaabid mikroorganismide maailmas
Suurimaks on meilgi levinud trompetikujulise kehaga ainurakne tõrilane (lad k Stentor), mis kasvab kuni 2 mm suuruseks. Sinna lähedale ulatuvad ka amööbid oma ca 0,5 mm läbimõõduga.
Toome kõrvale mikroorganismide suuruste võrdlustabeli, kus enamuse moodustab kaasaja kuum teema ehk viirused.
Mis või kes on viirused? Enamus maailma mikrobiolooge ei taha viiruseid elusolendite listi kaasata – puuduvad ju neil paljud n-ö elusolendiks defineerimise alused nagu iseseisev paljunemine ilma võõrrakke kasutamata (nad suudavad ennast replitseerida ainult elusorganismide – taimed, loomad, ka bakterid – rakkudes), reageerimisvõime puudumine ümbritsevale keskkonnale jne. Kuid minu isiklikku arvamist pidi on ikkagi tegemist ELUSolenditega selles mõttes, et nad suudavad ennast taastoota, ükskõik siis mis meetoditega. Teame ju ka paljusid sümbioosseid seeni, mis suudavad end elus hoida ja paljuneda ainult koostöös mingi kindla puuliigi juurestikuga, andes puule vajalikke toitaineid ja saades vastu endale vajalikku.
Viiruseid ja neist põhjustatud nakkushaigusi uurib mikrobioloogia haru viroloogia. Praeguseks on identifitseeritud enam kui 9000 viirust, kuid nende erinevate vormide üldarvu hinnatakse miljonitesse.
Aga nüüd pilk mastaapidesse. Suurused on siin nanomeetrites (üks miljardik meetrit ehk tuhandik mikromeetrit (mikron) ehk miljondik millimeetrit).
Maailmas senituntutest on pisimad ultrabakterid, millest veel palju teada pole. Ja siis tulevadki viirused – pisim seniavastatutest on sigade circoviirus oma vaid 17 nm läbimõõduga. Tillud on ka hepatiidiviirused – 30-50 nm.
Tavaline gripiviirus on juba kolakas – 100 nm ehk 0,1 μm ja samas suurusjärgus kui omapärane vahegrupp bakterite ja viiruste vahel – riketsiad. Veidi suurem on meie praegune pandeemiatekitaja ja tema eellane SARS – 120 nm.
Viirustemaailm aga kogub end – marutõveviirus kasvab 180 nm-ni ja herpeseviirus isegi 200 nm peale. Aga see pole veel piiriks: klamüüdiaviirus 300 nm, rõugeviirus 360 nm ja ebolaviirus koguni 970 nm.
On veelgi rasvasemaid isendeid – pandoviirus 1 μm ja suurim siiani tuntutest pizzaviirus koguni 1,5 μm. Ja siin hakkab juba bakterite pärusmaa – pneumokokk (kopsupõletiku tekitaja) rasvub kuni 1,3 μm läbimõõduni, esimene seeneriigi esindaja Penicillum kasvab 4,5 μm-ni ja piimameister Lactobacillum on õite rasvane – 9 μm.
Ja nüüd aina kasvu – treponeematekitaja on 17 μm, botulismitekitaja Clostridium 18 μm ja süüfilisemõnu pakkuv kahkjas spirohheet 250 μm. Näiteks võib kolibakteri Escherichia coli bakterrakku mattuda enam kui tuhat bakteriofaagi.
Võitlus viirustega
Üks esimesi kurjadest viirustest, millega inimkond rinda pistis, oli rõugeviirus Variola. See oli äärmiselt raskekujuline haigus, mis viis hauda kuni 60% nakatunud täiskasvanutest ja kuni 80% lastest. Seda haigust asus uurima inglise arst ja teadlane Edward Jenner, kes nimetataksegi immunoloogia isaks.
Kuigi toonaste vahenditega, sh mikroskoobid, haigusetekitajad näha ei suudetud, tegi ta järeldusi praktilistest katsetest. Nimelt avastas ta, et lüpsinaised, kes lehmadega kokkupuutel said neilt palju kergema kuluga lehmarõugete Variola vaccinae (lad k vacca – lehm) nakkuse, aga seejärel oli neil tekkinud immuunsus ka inimrõugete vastu.
Esimene edukas vaktsineerimine toimus 14. mail 1796, kui Jenner viis lehmarõugete preparaati tema aedniku 8aastasele pojale. Kergete haigusnähtude järel oli poiss saavutanud vastupidavuse ka rõugepreparaadi vastu.
Kui varasemalt kasutati juba nn variolatsiooni ehk immuunsuse tekitamist tavarõugete nõrgestatud versiooniga, siis Jenneri meetod osutus oluliselt ohutumaks ja tõhusamaks. XIX sajandi algusest kasutati seda laialdaselt terves Euroopas.
Viiruste olemus jäi tundmatuks veel pikaks ajaks. Louis Pasteur püüdis marutõveviirust uurides seda kinni pidada ülipeene Pasteur- Chamberlandi filtriga, ent see pahalast kinni ei pidanud. Alles sajandi lõpul aastal 1892 kirjeldas vene teadlane Dmitri Ivankovski mittebakteriaalset patogeeni, mis tekitab tubakataimedel nakkust ning kuus aastat hiljem, 1898 avastas hollandi teadlane Martinus Beijerinck tubaka mosaiikviiruse. Tema oli ka termini „viirus“ kasutuselevõtjaks.
XX sajandi alguses avastas inglane Frederick Twort grupi viiruseid, mis nakatavad baktereid ja mida kaasajal kutsutakse bakteriofaagideks. Algselt tekki nende vastu suur huvi, leidmaks vahendeid selliste bakteriaalsete nakkushaiguste nagu tüüfus ja koolera vastu. Kuid penitsilliini avastamine lükkas need uuringud tulevikku ja alles pärast paljude haigustekitajate antibiootikumiresistentsuse avastamist tõusid bakteriofaagid taas uurijate huviobjektideks.
Algselt kasvatati viiruskultuure ainult elustaimedes või -loomades. Aga juba XX sajandi esimeses pooles alustati kultiveerimiskatsetega koekultuuridel ja 1950tel aastatel oli see peamiseks lastehalvatusvaktsiini tootmise teeks.
Esimene inimese silmast silma kohtumine viirusega toimus aastal 1931, kui saksa teadlased Ernst Ruska ja Max Knoll leiutasid elektronmikroskoobi ja asusid sellega seninähtamatut submikroskoopilist maailma uurima. Eelmise sajandi teine pool oli viroloogide kuldajastuks – avastati suurel hulgal uusi viiruseid ning tehti kindlaks nende ehitus. 1963. aastal avastati esimene hepatiidiviirus ja 1983. aastal avastas Pasteuri instituudi teadlaste grupp eesotsas Luc Montagnier´ga XX sajandi katkuks kutsutud AIDSi tekitaja HI-viiruse.
Kaasaegsed vaatlused elektronmikroskoopidega ja kristalliseeritud viiruste röntgenkiirtega uurimine on näidanud, et suurem osa viirustest on enam-vähem kerakujulised. Kuid on ka pikkade filamentidega nn filoviiruseid (ebola, Marburgi viirus). Nende alla 100 nm paksune keha võib aga ussikujuliselt ületada isegi mikromeetri piiri.
Viiruse olulisimaks osaks on pärilikkuseinfo kandja DNA (desoksüribonukleiinhape) või siis RNA (ribonukleiinhape). See on omakorda kaetud valgulise kattekihiga (kapsiid), moodustadeski viriooni ehk viiruskeha. Kui see virioon tungib peremeesorganismi rakku, heidab ta oma valgukatte minema ja tema geneetiline materjal (DNA või RNA) püüab asendada peremeesorganismi oma, sundides teda tootma aina uusi viiruseid. Mingi aja järel ohver-rakk puruneb ja värske pesakond virioone asub taas uusi saakloomi jahtima.
Viirusepideemiaid on vaktsineerimisega suudetud alla suruda. Rõuged kuulutati aastal 1981 maailmas likvideerituks, kuid ikka tekib siin-seal „sutsakaid“. Kuid loodus tühja kohta ei salli ja tänu intensiivistunud transpordivõimalustele levivad ka uute viirustüvede poolt tekitatud epideemiad pandeemiatena üle maailma.
Esimeseks selliseks viienda kategooria pandeemiaks oli nn Hispaania gripp, mis viis aastatel 1918-1919 hauda 50 -100 miljonit inimhinge ehk kuni 5% toonasest Maa elanikkonnast. Pandeemialähedasi mõõte on võtnud peamiselt siiski Aafrika territooriumiga piirdunud ebolapuhangud.
Siiani kestvaks ja üheks ohvriterikkamaks kaasaegseks pandeemiaks on HI-viiruse põhjustatud AIDSi epideemia, mis on WHO hinnangul tapnud üle 25 miljoni inimese ja tema tapatöö ei näita pidurdumise märke.
Uusimateks tegijateks meie liivakastis on SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) ja selle edasiarenenud versioon COVID-19 (SARS-CoV-2), millega maadleme juba viimased kaks aastat. Oktoobri lõpu seisuga on kogu maailmas manustatud üle 7 miljardi vaktsiinidoosi ja ehk väsib ja muteerub viirus ise või surutakse ta alla kaitsemeetmete ja vaktsineerimisega.
