Varakult tekkinud huvi keemia ja loodusteaduste vastu tõi Tõnis Laasfeldile peapreemia

Tõnis Laasfeld on Tartu Ülikooli keemia instituudi bioorgaanilise keemia teadur ja Proeksperti andmeteadlane. Tänavu 29. augustil kaitses ta Tartu Ülikooli keemia instituudis professor Ago Rinkeni ja Dr. Leopold Partsi juhendamisel keemia erialal edukalt doktoritöö „Pildianalüüsi ja tervikliku modelleerimise ühendamine retseptor-ligand kompleksi kineetika kirjeldamiseks“. Tõnis ise ütleb enda kohta, et ta on sild nii biokeemia ja arvutiteaduse kui ka akadeemia ja erasektori vahel. Intervjuu käigus uurisime Laasfeldilt kuidas ta sattus Tartu Ülikooli keemiat õppima, miks ta valis just biokeemia eriala ja mida ta arvab oma peapreemia võidust.

Kust pärineb Sinu huvi keemia vastu?

Esimene huvi ja kontakt keemiaga tekkis ilmselt juba koolieelikuna isaga Jules Verne’i „Saladuslikku Saart” lugedes, kus kasutati keemiat üksikul saarel ellujäämiseks. Näiteks kombineeriti meretaimedest pärit tuhast tehtud alust ja vaalarasv, millest saadi seebistamisreaktsiooniga nii seepi kui ka glütseriini. Glütseriinist tehti hiljem nitroglütseriin ja lasti baasi loomiseks koopasein õhku. Keemia olemusest siis küll päris täpselt aru veel ei saanud, aga igal juhul tundus selline asi äge ja üsna lähedane „maagiale”. Muidugi piisavalt põhjalikult seletatud maagia on eristamatu teadusest ja eks siis tekkis hiljem ka teaduslik huvi kõiksugustest reaktsioonidest aru saada

Miks Sa otsustasid tulla Tartu Ülikooli keemiat õppima?

Tartu ülikooli õppejõudude ja tudengitega ning Chemicumiga puutusin tihedalt kokku juba gümnaasiumi ajal tänu kõiksugustele olümpiaadidele. Siinsed inimesed, laborid ja õhkkond olid inspireerivad ning sisseastumise hetkeks mingit kahtlust või teist valikut tegelikult enam ei olnudki. Tohutu tõuke andis muidugi keemiaõpetaja Martin Saar, kelle tunnid olid erakordselt huvitavad ja lõbusad. Tema õppematerjalid olid tasemel ja pidevalt toimunud praktilised tööd viisid teadmised ja oskused paberilt praktikasse.

Milline on Sinu kõige meeldejäävam keemiaga seotud mälestus või huvitav seik kooliajast?

Kooliajast meenub näiteks see, kui käisime klassivenna, praeguse Eesti CERN-i koordinaatori, Robert Aarega keemialaboris tunni ajal ennast „olümpiaadiks ette valmistamas”, aga tegelikult läks pool aega salaja magneesiumi põletamisele ja muudele „äärmiselt teaduslikele” katsetele. Kord astus õpetaja Saar täpselt sellel hetkel laborisse, kui põlev tükk magneesiumit laborilaual maandus ning sinna kena augu põletas. Ilmselt on auk senini seal laborilauas alles. See oli ka ainus kord, kui Saarelt korralikult pahandada saime. Tegime oma järeldused ja edaspidi jäi keegi ukse juurde valvesse.

On Sul värvikaid mälestusi või lugusid, mis on keemia instituudis õppimisest meelde jäänud?

Muidugi, neid on palju. Ülikooli ajast meenub näiteks Teadusbussi aeg. Etenduse jaoks oli vaja disainida uus demonstratsioonkatse ning otsustasime teha tiitrimist fenoolftaleiiniga, aga „trikiga”. Fenoolftaleiin on ülimalt aluselises keskkonnas värvitu, kergelt aluselises fuksiaroosa, happelises jälle värvitu ja väga happelises keskkonnas oranž. Seega sai ainult „lahust A” järjest „lahusesse B” tilgutades teha läbi värvitu-roosa-värvitu-oranž ülemineku. „Lahus B” oli muidugi küllastunud naatriumhüdroksiid ja „lahus A” oli kontsentreeritud väävelhape. Lahjendatud kujul värviüleminekud aga ei tööta. Muidugi olime ettevaatlikud ja midagi halba ei juhtunud. Kodus mingil juhul seda katset järele teha ei tasu. Juhendajale Jürgen Vahterile katse meeldis, mille peale  Maris-Johanna Tahk oli kergelt üllatunud, sest et ta kartis, et ehk on see katse liiga „basic ”. Arvestades lahuste koostist olime kõik naerust kõveras. Kusjuures ma ei ole näinud, et keegi teine seda katset varem või hiljem korranud oleks. Seda võib võtta kui head näidet, kus jäigalt reegleid järgides oleks jäänud äge asi tegemata. Oli ka teisi juhtumisi, näiteks „võimalus” etenduse ajal käia bussi unustatud suurt hapnikuballooni toomas ning sellega siis vahetunni ajal kolmandale korrusele sprintida, et etenduse saaks ikka pauguga lõpetada. Ei kujuta ette, mida etendusel mitteosalenud õpilased sellest vaatepildist täpselt arvata võisid, aga silmad olid küll suured.

Kust pärineb Sinu huvi biokeemia vastu? Kuidas Sa sattusid bioorgaanikasse?

Tegelikult on mul huvi igasuguse keemia ja loodus- ning täppisteaduste suhtes üldisemalt. Osaliselt tekkis huvi „Elukeemia” valikkursusest. Alles hiljem sain teada, et selle kursuse autoriteks olidki bioorgaanilise keemia õppetooli liikmed. Gümnaasiumis käisin nii keemia, füüsika, matemaatika, bioloogia kui ka informaatika olümpiaadidel ja kõik ained olid huvitavad ning huvi oli kõigega mingil moel edasi tegeleda. Biokeemias on juba ühendatud keemia ja bioloogia. Õppetoolide tutvustusi kuulates sai selgeks, et bioorgaanilise keemia õppetoolis on olemas igasugused võimsad mikroskoobid, mille ehitamiseks ja kasutamiseks on vaja tunda heal tasemel füüsikat ja optikat. Bakalaureusetööna oli võimalik teha projekti, kus sai kirjutada ka tarkvara ning rakendada tulemuste matemaatilist modelleerimist. Seega oli bioorgaanilise keemia õppetoolis võimalik kõik huvialad panna toimima ühtse tervikuna ja see sobis mulle ideaalselt. Tagasivaatavalt osutus bakatöö isegi veidralt prohvetlikuks –  lõin meetodi, millega sai reaalajas jälgida, kuidas viirus rakke nakatab ja eksponentsiaalselt levib. Kui rakkudele agaroosist kiht peale valada, siis levib viirus ainult lokaalselt ja saadakse klassikaline viiruslaigu meetod. Agaroosi kiht toimis samamoodi nagu isolatsioon koroonapandeemia ajal – lokaliseeris nakkuse, aga täielikult ei peatanud. Samas vaadates 2020 aasta veebruari algul koroonaviiruse leviku graafikuid ja enda bakatöö graafikuid oli täiesti selge, et asi läheb hulluks väga kiiresti ja enamikule ootamatult.  

Kuidas Sa jõudsid oma doktoritöö teemani?

Teema kujunes välja päris pika aja jooksul. Osaliselt tekkis nii bakalaureuse kui ka magistritöö käigus huvitavaid tulemusi ja ideealgeid, millega aga lõpuni ei jõudnud ja mis peamiselt olid seotud mikroskoopiapiltide massilise kvantitatiivse analüüsiga. Teisalt hakkasid magistriõpingute ajal toimuma teaduses suured läbimurded masinõppes ja tehislike närvivõrkude alal, mis töötasid eriti hästi pildianalüüsi jaoks. Samal ajal alustas ka PerkinElmer Tartu ülikooliga pikaajalist koostööd ning probleemistik oli täpselt sama – kuidas heleväljamikroskoobi piltidelt rakke tuvastada ja mõõta? Sai selgeks, et biokeemias tekkinud probleemid ja arvutiteadusest tulevad lahendused tuleb omavahel kokku panna. Lisaks oli Dr. Max Kelleri rühm Regensburgi ülikoolist sünteesinud hulga huvitavaid G-valk seotud retseptorite ligande, mille käitumine retseptorile seostumisel ei allunud tüüpilisele retseptoriteooriale ning oli kange tahtmine aru saada, kuidas siis reaalselt ravimianaloogi sidumine retseptorile toimub. Selleks aga oli vaja jällegi matemaatilist modelleerimist. Nii sai ka süsteemibioloogia doktoritöö teemasse sisse. Lõpuks õnnestus matemaatilisi mudeleid muidugi luua ka veel mikroskoopiapiltidelt tehtud mõõtmiste baasil, nii et kõik „jupid” leidsid oma loogilise koha.

Mis Sind selle juures paelus?

Paeluvaid asju oli palju. Näiteks meeldis vahel mõelda, et katse tulemust nähes olen vähemalt mõne minuti või tunni jooksul esimene kogu universumi ajaloos, kes seda konkreetset ägedat asja maailma kohta teab. Isegi kui teaduse tegemine tundub mingil hetkel juba igapäevane, siis see mõte tuletab ikka meelde, kui unikaalse asjaga iga teadlane tegeleda saab. Muidugi oli paeluv ka suurem eesmärk luua uut teadmist ja tehnoloogiat selleks, et oleks võimalik arendada uusi ja paremaid ravimeid, mis võiks päästa miljoneid. Muidugi osalevad ühe ravimi väljaarendamises ja eelnevas alusteaduses tuhanded teadlased, aga isegi kui miljonid elud jagada tuhandete teadlaste peale laiali, siis on väga selge, et sellel teadusel on tohutu mõju paljude inimeste eludele.

Kas Sa mäletad oma esimest fluorestsentsmikroskoobi pilti? Mis seal peal oli?

Esimese fluorestsentsmikroskoopiapildi tegin bakaõppe teisel aastal, Sf9 rakuliinist, mida oli värvitud ilusa oranžilt fluorestseeruva membraanivärviga DiI. Õnneks mäletab laboripäevik peaaegu kõike. Kõige esimesel pildil rakke praktiliselt näha ei olnud, kuna sügavkülmast võetud DiI lahus agregeerub ning seda on vaja enne kasutamist tükk aega ultrahelivannis hoida. Tegelikult tekkis just selle katse tegemisel idee, et äkki ei olegi lihtsalt rakkude tuvastamiseks ja mõõtmiseks alati fluorestsentsvärvi vaja ning äkki saab masinõppega helevälja piltidelt sama info kätte. Nii saaks säästa nii aega kui aineid. Hiljem see ka õnnestus ja sellele ideele toetuvad osaliselt päris mitu doktoritöö aluseks olnud artiklit.

Kuidas nägi välja Sinu doktoritöö tegemine? Oli vaevaline protsess või pigem nauditav? Millised raskused tooksid esile?

Doktoritöö kirjutamine kestis tõsisemalt kusagil kaks kuud, millest viimane nädal läks ikka nii, et iga päev nägin päiksetõusu ära. Aga suruma ennast ei pidanud, mõte lihtsalt jooksis ja ei peatunud enne hommikut. Töö kirjutamist ikkagi nautisin. Kirjutamine oli küll pingeline, aga samas oli hea põhjus kõik muud projektid ja segajad täielikult kõrvale lükata ja teatud ideedega sai nii minna ikkagi väga sügavale. Peamine probleem oli see, et kuidas balansseerida farmakoloogia, masinnägemise ja tarkvara kirjeldamise vahel ning siduda need teemad niiviisi, et kahe või kolme osaga töö asemel moodustuks loogiline tervik.. Huvitaval kombel sai kõige esimesena tehtud joonis töös hoopis kõige viimaseks. Arvan, et lõpuks õnnestus teemade sidumine päris hästi.

Mis tunne oli saada peaauhind oma doktoritöö eest?

Tunne oli muidugi suurepärane ja seda enam, et konkurents oli tihe. Loodusteaduste kategoorias oli väga tugevaid töid esitatud ka näiteks Harvardi ülikoolist. Ühelt poolt näitab see, et valik Tartu ülikooli kasuks on ennast õigustanud ja teiselt poolt seda, et kui mingi teemaga ikka südamega ja süstemaatiliselt tegeleda, siis see paistab välja. Kindlasti on see tunnustus kogu valdkonnale ja õppetoolile ja  innustus selle valdkonnaga edasi tegeleda. Teistpidi vaatan seda auhinda ka kui suunist – ilmselt on midagi tehtud üsna õigesti ja neid oskusi ja lähenemisi tuleb ilmselgelt nooremale generatsioonile edasi õpetada, et teaduslik meetod areneks ja järjepidevus ei katkeks.

Millega praegu tegeled? Kuidas tunned ennast oma töökohal? Tunned, et keemia instituudi haridus valmistas Sind ette? Tunned, et saaksid haridusega vabalt ka mujale?

Praegu tegutsen Keemia instituudis teadurina ning jätkan G-valk seotud retseptorite uurimist, samal ajal olen ka ühes Eesti vanimas IT ettevõttes Proekspert andmeteadlane. Proeksperdis tegelen peamiselt kosmosetehnoloogiaga koostöös Euroopa Kosmoseagentuuriga. Keemia ja seotud teadused pole selleks mitte ainult kasulikud vaid fundamentaalselt vajalikud kõikjal – näiteks multispektraalse kaameraga satelliit kosmoses ja laboris olev fluorestsentsmikroskoop toetuvad samale fotofüüsikale, aga päiksepaneelide optimaalset paigutust ja hulka masinõppega arvutades on vaja teada hästi globaalseid trende energeetikas, rohetehnoloogias, arvestada elektriautode ja vesinikutehnoloogia arenguga jne. Seega läheb mingil ühel või teisel kujul kasutusse kõik õpitu olgu see siis biokeemia või mõni teine keemiaharu. Keemia instituudis saadud haridus valmistas kindlasti selleks hästi ette ja siit on sirgunud palju andmeteadlasi – näiteks Dr. Karl Kaupmees, Dr. Jaanus Liigand, Jaanus Burk, Ott Kekišev jpt. Arvan, et keemia doktorantuuri läbimine valmistab üsna hästi ette ükskõik milliseks tööks innovaatilises valdkonnas. Isegi kui tegemist pole keemiaga, siis tundmatus ja teadmatus ei ole hirmutavad vaid väljakutsuvad, probleemide asemel hakkad nägema lahendusi ning puuduolevad oskused õpib töö käigus kiiresti ära.

Kuidas sattusid keemia haridusega andmeteadlaseks?

Tegelesin mitu aastat lõputöid tehes programmeerimisega. Mingi hetk hakkasin andmeteaduse kohta rohkem lugema ja avastasin, et pigem kattub mu enda tegevus rohkem andmeteaduse kui lihtsalt programmeerimisega. Doktorantuuris hakkasin süstemaatilisemalt tegelema neurovõrkudega koostöös Dr. Dmytro Fishmaniga ning PerkinElmeriga. Sealt edasi oli ühel hetkel vaja Proeksperdis kompetentsi pildianalüüsiga, ise tahtsin näha kuidas  IT sektor töötab ning sealt see koostöö algas. Muidugi oli selline teemavahetus hea võimalus mõningaid keemialaboris tekkivaid ideid valideerida – leiad seosed keemia ja andmeteaduse vahel mingil üldistustasemel. Kui jõuad sobiva üldistustasemeni, siis see annab kätte ka suuna kätte, kui detailselt või üldiselt teatud tehnoloogia või ideega edasi tegeleda, et see oleks laialt rakendatav, aga ei muutuks ka liiga ebakonkreetseks. „Tulevikus ilmselt jään edaspidigi „sillaks” nii biokeemia ja arvutiteaduste vahele, kui ka akadeemia ja erasektori vahele tegema nn tehnosiiret“, ütles Tõnis. 

Küsimusi bioorgaanilise keemia teadurile Tõnis Laasfeldile esitasid keemia instituudi turundus- ja kommuniakatsioonispetsialistid Maikki Moosus ja Romet Peedumäe.