Mikroorganismid ja insenerid ulatavad teineteisele käe

Mikroorganismid ja insenerid ulatavad teineteisele käe. 18.10.2024. Selleks, et kõneleda automatiseeritud bioinseneeria platvormist (ingl k.  Estonian biofoundry), on vaja heita sissejuhatuseks pilk bioinseneeriale endale. Bioinseneeria on teadusharu, mis sisaldab geeni- ja biotehnoloogiat. Lihtsustatult öeldes loovad bioinsenerid mikroorganisme, mis suudavad toota meile vajalikke molekule, näiteks toiduks ja raviks vajalikke valke (antikehasid, vaktsiine, ensüüme), toidu- ja kosmeetikatööstuses vajaminevaid pigmente, rasvasid, kütuseid, värve ja kemikaale (happed, alkoholid jm). Selliste mikroorganismide abil on võimalik toota kordades tõhusamaid ja väiksema ressursikuluga ühendeid kui praegu. Seetõttu on biotehnoloogia oluline alternatiiv, asendamaks praeguseid ressursimahukaid tööstusi. Lisaks on võimalik bioinseneeria abil luua nullkulu põhimõttel rajanevaid süsteeme, kus tööstuse kõrvalsaadustest luuakse uut väärtust. Näiteks saab konverteerida puidu hakkemassi spetsiifilisteks suhkruteks, mis, tõsi küll, sobivad toiduks vaid vähestele organismidele, ent kuid need organismid toituvad nö kõrvalsaadusest, toodavad need oma elutegevuse käigus meile vajalikke ja suure lisandväärtusega ühendeid. Biotehnoloogilistes protsessides, nagu näiteks õlle pruulimisel või saia kergitamisel, kasutatakse mikroorganisme ehk rakuvabrikuid, mis suudavad muundada lihtsad suhkrud või muu orgaanilise materjali meile vajalikeks ühenditeks. Et muuta mikroorganismid oma ülesannetes tõhusamaks, rakendatakse bioinseneeria laboris Disaini-Ehita-Testi-Õpi (DBTL) iteratiivset tsüklit, kuni jõutakse piisavalt produktiivse ja elujõulise mikroobitüveni. See võib aga nõuda sadade või tuhandete tüvede loomist ning katsetamist. Bioinseneeria tippkeskus Siin tulebki teadlastele appi Tartu Ülikooli Bioinseneeria instituudi poolt ellu kutsutud ja juhitud Eesti Bioinseneeria tippkeskus, et luua üha tõhusamate tulemusteni viivaid tingimusi. Tegemist on andmetel põhineva tehnoloogiaplatvormiga, mis võimaldab automatiseeritud rakuvabrikute disaini ja analüüsimist ning mis vähendab seeläbi rutiinse ja korratava laboritöö mahtu. Platvormi südameks on kõrge läbilaskevõimega vedelikke käitlevad robotid, mis võimaldavad miljoneid arvuti abil kontrollitud, mitmeid elusorganismide geneetiliseks mõjutamiseks vajaminevaid protsesse automiseerivaid manipulatsioone. See ei tähenda aga, et teadlased jääksid tööta. Automatiseeritud bioinseneeria platvorm toob kokku arvutiteadlased, insenerid, bioloogid, keemikud ja bioinformaatikud. Kui seni on igaüks neist omaette nokitsenud, siis see platvorm toob eksperdid kokku ja rakendab nad ühise eesmärgi nimel tööle. See nõuab igalt spetsialistilt valdkondadeüleseid teadmisi ja oskusi. Platvormi keskseks eeliseks on andmepõhisus. Kui traditsioonilises laboris pole piisavalt võimekust, et andmeid analüüsida, järeldusi teha ja protsesse parandada, siis automatiseeritud laboriseadmed võimaldavad viia läbi üha suuremamahulisemaid katseid, mis omakorda toodab rohkem teavet. Lisaks rakendab automatiseeritud bioinseneeria platvorm tehisintellekti ja masinõppe abi, andes võimaluse analüüsida suuri andmehulki ja nende põhjal parimaid järeldusi teha. Erinevate teaduskeskuste juurde loodud bioinseneeria platvormid on maailma mastaabis küllaltki uued nähtused, kuid neist on sellest hoolimata kujunemas innovatsiooni ja kõrgtasemel teaduse sümbolid. Bioinseneeria platvorm TalTechis Loodav Bioinseneeria keskus, mille üks haru asub ka Tallinna Tehnikaülikooli bioinseneeria ja biokeemia laborite juures, on ülemaailmse liidu Global Biofoundry Alliance üks enam kui kolmekümnest liikmest. Võrgustikku kuulumine aitab parandada teaduskeskuse nähtavust ja luua sidemeid teadlastega nii Euroopas, Ameerika Ühendriikides, Aasias kui ka mujalgi. Iga keskus on pisut erineva spetsialiseerumise ja kompetentsiga, kuid üheskoos pakuvad need võimalust jagada kogemusi, avalikku tehnoloogiat ja referentsmaterjale. Eesti platvorm on esimene omanäoline Baltikumis ning Ida-Euroopas ja üks esimesi Põhja-Euroopas. Lähimad sarnast tüüpi bioinseneeria platvormid asuvad Soomes ja Taanis. Taani platvorm on loodud Taani Tehnikaülikooli juurde ja kuulub Novo Nordiski Fondi Bioloogilise Jätkusuutlikkuse Keskuse alla (Novo Nordisk Foundation Centre for Biosustainability). Seda keskust rahastab Euroopa suurima turuväärtusega ettevõte, Novo Nordisk’i teadust toetav fond. Eesti automatiseeritud bioinseneeria platvormi loomise juures oli meie partneriks just Taani Tehnikaülikool, kes aitas meid oskusteabega ja tehnoloogiasiirdega. Lisaks asuvad platvormid USA-s (6), Kanadas (2), UK-s (5), Saksamaal (3), Austraalias (3), Hiinas (5), Lõuna-Koreas (3), Jaapanis (1), Singapuris (1), Indias (1) ja Mehhikos (1). Kui Tartu Ülikool keskendub oma platvormil tervete rakkude ja rakuvabrikute disainimisele, siis TalTechi bioinseneeria platvormil luuakse funktsionaalseid ensüüme, mida on võimalik kasutada nii Eestis kui ka mujal tekkivate tööstuslike kõrvalsaaduste lagundamiseks, lisaks ka toidutööstuses, ravimitööstuses, aga ka näiteks kemikaalide tootmiseks rakuvälistes keskkondades. Eesti bioinseneeria platvorm saab võimalikuks tänu Euroopa Horizon alamprogrammi Widening for Excellence projektile DigiBio, mille raames eraldatakse 15 miljonit eurot Euroopa Komisjonilt ja 15 miljonit eurot Eesti riigieelarvest.