Euroopa teadusgrant hõlbustab bakterite abil kasulike kütuste tootmist | Teaduselu

Tere tulemast Eestisse! Euroopa teadusgrant on toonud kaasa põneva uue arengu, mis võib märkimisväärselt mõjutada meie tulevikku. Uued uuringud on näidanud, et bakterite abil on võimalik toota kasulikke kütuseid, mis võivad viia jätkusuutlikuma energiatootmiseni. See avab uusi perspektiive meie energiasektoris ja võib aidata kaasa keskkonnasõbralikuma tuleviku loomisele. Astugem koos samm edasi teaduse ja innovatsiooni suunas, et muuta maailm paremaks paigaks kõigile.

Tartu Ülikooli gaasfermentatsiooni tehnoloogiate kaasprofessor Kaspar Valgepea asub Euroopa Teadusnõukogu 2,3 miljoni euro suuruse grandi toel avardama arusaamist heitgaase söövatest bakteritest. Tal on kavas luua uus meetod suure hulga bakteritüvede geneetiliseks muundamiseks ja panna kokku valdkondatoetav teadmuskogu.

Atsetogeensed bakterid on mikroorganismid, kes on võimelised sööma nii heitgaase kui ka muid gaasistatud orgaanilisi jäätmeid, seejuures ka kõige tavalisemat olmeprügi.

Kui looduses esinevad bakteritüved suudavad toota üksikuid kasulikke ühendeid, siis bioinseneeria meetoditega saab bakteritüvede ainevahetuse ümber kujundada. Nii võiks selline gaasidega söödetud atsetogeen toota kütustes ja kemikaalides vajalikke ühendeid tõhusamalt ning märksa suuremas valikus.

Seda protsessi nimetatakse gaasfermentatsiooniks. Tegemist on tehnoloogiaga, mis on maailmas juba ka tööstuslikus kasutuses, kuid seni veel peamiselt etanooli tootmisel. 

Bakteri lahendamata mõistatus 

Atsetogeenseid baktereid kasutatakse seni piiratult muu hulgas põhjusel, et napib teadmisi selle kohta, millised geenid milliseid protsesse täpselt mõjutavad. “Meile huvipakkuvad atsetogeensed bakterid on algselt eraldatud ookeanipõhjast hüdrotermaal-lõõridest. Teisisõnu nad kasvavad hapnikupuuduses ning söövad mürgiseid ja plahvatusohtlikke gaase,” kirjeldas Kaspar Valgepea. Bakterite süvamereline päritolu teeb nende uurimise keeruliseks.

Seni on uute geneetiliselt modifitseeritud rakutüvede loomine käinud sisuliselt käsitööna ühekaupa ja olnud väga aeganõudev. “”Projekti eesmärk on kiirendada arusaamist gaasi söövatest bakteritest ja seeläbi muundada neid tootma tõhusamalt ja laiemas spektris erinevaid kemikaale ja kütuseid. Meie uurimistöö on väga aeglane ja kompleksne. Nüüd aga saime olulise tõuke juurde, kuidas Bioinseneeria instituudis seda valdkonda arendada,” sõnas Valgepea.

Nii pole uuritava atsetogeense bakteri (Clostridium autoethanogenum) umbes 4000 geenist enamiku puhul ikka veel selgust, mida need täpselt teevad. Samal põhjusel on puudus ka ülevaatlikust andmekogust, kus kirjeldataks, kuidas mõjutab eri geenide muutmine bakteri fenotüüpe mitmel tasandil.

Valgepea sõnul on selliseid andmekogusid loodud vaid üksikute enimuuritud mikroorganismide, näiteks soolekepikese Escherichia coli või pagaripärmi kohta. Isegi nende puhul kirjeldatakse andmekogudes aga kuni 160 rakutüve. 

Mõju kogu biotehnoloogia tulevikule 

Valgepea projekti uudsus seisneb selles, et viie aasta jooksul on tal kavas luua ligi 750 muundatud bakteritüve. Samuti plaanib ta koondada selle käigus kogutud andmed ja varasema atsetogeenide kohta käiva teabe avalikku teadmuskogusse (A-BASE). “See andmekogu oleks kõigile avalikult kasutatav. Neid andmeid saaks ära kasutada nii andmekaeve kui masinõppe läbi tõhusamate rakuvabrikute arendamiseks,” tõdes Valgepea.

Loodav tüvede geneetilise muundamise meetod sobiks ka teiste mikroorganismide jaoks, mistõttu on projektist oodatav mõju märkimisväärne kogu mikrobioloogia, sünteetilise bioloogia ja biotehnoloogia valdkondadele nii teaduses kui ka tööstuses. 

Valgepea arendatava meetodi eripära on, et suuremahulise rakutüvede kogu loomise kõrval soovitakse leida võimalus ka nende kasvatamiseks ja uurimiseks üksteisest eraldatult. Muudetavate geenide väljavalimisel keskenduvad teadlased kolmele tunnusele, mille uurimine on teiste bakteritüvede puhul olnud suure mõjuga. Nii on vaatluse all bakterite kasvuks hädavajalikud geenid, DNA transkriptsiooni mõjutavad tegurid ja valkude n-ö tumeaine, millel on bakteri ainevahetuse ümberkujundamisel märkimisväärne osa.

Nende tunnuste uurimisel kogunevaid andmeid on võimalik kombineerida andmekaeve ja masinõppega. Sel moel saab leida varasemast kiiremini kõige sobivamad mutatsioonid, et atsetogeensed rakuvabrikud saaksid toota senisest rohkem ja tõhusamalt ühendeid, mille tootmisel oleks traditsioonilises keemiatööstuses märkimisväärne keskkonnajälg. 

“Üks suuri väljakutseid praeguses maailmamajanduse mõjus keskkonnale on, et me peaksime liikuma süsiniku kaevandamisest süsiniku ringlussevõtu suunas. Hiljutine McKinzie instituudi raport ütleb, et 60 protsenti maailmamajanduse sisendtoormest on võimalik toota bioloogiliste süsteemidega. Gaasfermentatsiooni tehnoloogia on üks nendest, mis võib sellesse üleminekusse panustada,” selgitas Valgepea.

Tema juhtida on Tartu Ülikooli bioinseneeria instituudis üks vähestest laboritest maailmas, kus sellist projekti suudetaks ellu viia. ” Teaduslikus mõttes kindlasti selles valdkonnas kompetents areneb meie instituudis nüüd suure hooga. Loodetavasti see viib ka kohaliku tehnoloogiate rakendamisvõimekuse paremas suunas,” märkis Valgepea.

Euroopa Teadusnõukogult saadud väljakujunenud teadlase grandi suurus on veidi üle kahe miljoni euro. Projekt vältab viis aastat. 

Kokkuvõttes võib öelda, et Euroopa teadusgrant on oluline samm bakterite abil kasulike kütuste tootmise valdkonnas. See võimaldab teadlastel jätkata uuringuid ja arendada uusi meetodeid, mis võivad aidata kaasa keskkonnasõbralikumate ja säästvamate kütuste tootmisele tulevikus. Bakterite kasutamine energiaallikatena avab uusi võimalusi ja võib olla oluliseks abiks võitluses fossiilkütuste kasutamise vähendamiseks. Lisaks annab see võimaluse luua uusi töökohti ja toetada majandusarengut. Seega on Euroopa teadusgrant oluline panus kütuste tootmise valdkonnas ning võib tuua kaasa mitmeid positiivseid mõjusid nii keskkonnale kui ka ühiskonnale tervikuna.