Tööd alustas uudne bioringmajanduse projekt
Professor Maia Kivisaare uurimisrühm alustas alus- ja rakendusuuringute projektiga, mis loodab panustada sellesse, et põhiliselt fossiilsetel ressurssidel põhinevates tööstustes toimuks pööre jätkusuutliku bioringmajanduse suunas.
Professor Maia Kivisaare uurimisrühm alustas oktoobrist koostööd uues nelja-aastases Horisont Euroopa projektis BIOS (Biointelligentne DBTL-tsükkel, peamine tegur, mis toetab tööstuslikku ümberkujundamist säästvale biotootmisele), mis sai rahastuse hiljuti läbi viidud projektikonkursil "Digitaalsed ja uued tehnoloogiad" (Digital and Emerging Technologies for Competiteveness and Fit for the Green Deal).
Projekti on kaasatud Euroopa kuue riigi asutused ja seda juhib Stuttgarti Ülikool Saksamaal.
Projekti partneriteks on Euroopa mainekad ülikoolid ja teadusasutused, samuti ettevõtted. Lisaks Tartu Ülikoolile osaleb projektis Wageningeni Ülikool Hollandist. Kaasatud on Soome riigile kuuluv Tehnoloogiline Uurimiskeskus VTT, Prantsusmaa avalik-õiguslik põllumajandusteaduste uurimisinstituut (Institut National de Recherche Pour L'Agriculture, L'Alimentation et L'Environment (INRAE)) ning Saksa teadusorganisatsioon Fraunhofer'i Ühing. Äriettevõtete poolelt on projektis esindatud Ingenza Ltd ja Lucite International Suurbritanniast ning LifeGlimmer GmbH Saksamaalt.
TÜ geneetika kaasprofessor Riho Teras osaleb tööpaketis 4 (Biosensorid ja -mõõdikud). Ta juhib tööülesande 4.2 täitmist, kus eesmärk on luua vektorsüsteem, mille abil oleks bakteris võimalik paindlikult ekspresseerida terpeenide anabolismigeene. Kasutades ekskludoni ning erinevaid promootoreid, luuakse süsteem, mis on bakteri füsioloogiast tulenevalt isereguleeruv. Sellisel moel on võimalik bakteril vähendada stressitingimustes ekspressioonist tulenevat koormust, mis omakorda tagab väiksemad tootmiskulud.
TÜ mikroobigeneetika professor Maia Kivisaar juhib tööpaketis 5 (Laboratoorne evolutsioon ja stressitaluvus) kavandatud uuringuid, mis on seotud bakteri Pseudomonas putida produtsenttüvede optimeerimisega. Produtsenttüvedesse viiakse geenid, mis võimaldavad rakkudes sünteesida terpeene, polüolefiine või metüülakrülaati. Maia Kivisaare töörühma ülesandeks on selgitada välja nende ühendite sünteesiga seotud stressivastused. Laboratoorsete evolutsioonikatsete käigus isoleeritakse ja iseloomustatakse produtsenttüvede stressi taluvamad variandid. Saadud teabe põhjal on võimalik luua efektiivsemaid produtsenttüvesid.
Fossiilsete ressursside kasutamine, mis põhjustab atmosfääri CO2 taseme tõusu ja globaalseid kliimamuutusi, tuleks kiiresti asendada ringmajanduse rakendamisega, sh bioringmajandusega.
Bioringmajandus, mis muundab keskkonda säästvaid substraate mõõdukalt toimivates bioprotsessides, pakub palju lahendusi. Kuigi sünteetiline bioloogia pakub hulgaliselt võimalusi bakteritüvede geneetiliseks manipuleerimiseks, puuduvad seni kiired lahendusi selleks, kuidas optimeerida konstrueeritud produtsenttüved tingimustele, millega need tööstuses reaalselt kokku puutuvad. Seega jäävad esmalt paljulubavad uuendused sageli toppama, kuna kasutatava tehnoloogia rakendusi piirab bioloogiliste objektide keerukus. Tüvede ja bioprotsesside inseneritöö kiiruse ja edukuse suurendamiseks on vaja uudseid lähenemisviise.
BIOS projektis rakendatava biointelligentse lähenemisviisi eesmärk on kiirendada ja täiustada tüvede ja bioprotsesside tavapärast disaini-ehitamise-testimise (DBTL) tsüklit. Interdistsiplinaarne koostöö ühendab mikrobioloogia, molekulaarbioloogia, biokeemiatehnoloogia informaatika, automaatika ja masinaehituse.
Projekti raames arendatakse välja uuenduslikud mõõdikud, biosensorid ja bioajamid (bioactuators), et kasutada neid kahesuunaliseks suhtluseks bioloogilis-tehnilistes liidestes. Luuakse digitaalsed kaksikud (digital twins), jäljendades raku- ja protsessitasandit. Tehisintellekti integreerimine projekti mitte ainult ei paranda ennustamise kvaliteeti, vaid võimaldab ka hübriidõpet, suurendades sel viisil uudse biointelligentse DBTL tsükli (biDBTL) kiirust ja edukust. BiDBTL-i võimsust demonstreeritakse bakteri Pseudomonas putida produtsenttüvede konstrueerimisega, mis on mõeldud sünteesima terpeene, polüolefiine ja metüülakrülaati. Kõigil neil sel viisil toodetud produktidel on suur potentsiaal inimtekkeliste kasvuhoonegaaside jalajälje vähendamiseks.
BIOS sillutab teed ka detsentraliseeritud biotootmisele, rakendades autonoomseid, isejuhitavaid bioprotsesse.
Projekti konsortsium kogunes avaürituseks Brüsselis 5.-6. oktoobril 2022 (vt päisefoto).
Horisont Euroopa projektitaotlus nr 101070281, BIOS: The bio-intelligent DBTL cycle, a key enabler catalysing the industrial transformation towards sustainable biomanufacturing.
Samal teemal käisid 19.12.2022 Kuku raadio saatesarjas "Kuue samba taga" vestlemas molekulaar- ja rakubioloogia instituudi professor Maia Kivisaar ning kaasprofessor Riho Teras.
