Kuldmedali pälvinud tudengid õpivad Tartu Ülikoolis loodusteaduste ja tehnoloogia ingliskeelsel õppekaval Science and Technology ning tegutsevad ülikoolis Eesti sünteetilise bioloogia keskuse juures, mis loodi neli aastat tagasi Euroopa Komisjoni toetatud ERA Chair projekti SynBioTEC raames. Rahvusvahelisel sünteetilise bioloogia võistlusel iGEM osalemine on osa keskuse tegevusest õppekava innovaatilisemaks muutmisel. Võistkond töötab projekti kallal terve aasta, mis kulmineerub lõppvõistlusega Bostonis järgneva õppeaasta sügisel.

iGEM (International Genetically Engineered Machine Competition) on 2003. aastal alguse saanud rahvusvaheline võistlus, mille eesmärgiks on anda tudengitele võimalus lahendada igapäevaseid probleeme sünteetilise bioloogia abil. Eestit on alates 2017. aastast esindanud Tartu Ülikooli võistkond iGEM Estonia.

Eelnevate aastate projektide raames keskenduti etüleeni bioloogilisele tootmisele ning keskkonnasõbraliku päikesekreemi valmistamisele. Käesoleval aastal lahendati aga üht laboritöös ning biotootmises väga laialdaselt esinevat probleemi.

Nimelt kasutatakse mitmete keemiliste ühendite, mille hulka kuuluvad näiteks ka ravimid, tootmiseks keemilist sünteesimist. See on energiakulukas ja oma toksiliste jäätmete tõttu keskkonnale äärmiselt kahjulik protsess. Praegusele tehnoloogiale on vaja leida uusi ning efektiivseid alternatiive ka seetõttu, et tööstusliku keemilise sünteesi algmaterjalid on üldjuhul pärit naftast või põlevkivist. Ent globaalse soojenemise tõttu muutub nende kasutamine peagi küsitavaks. Lisaks sellele nõuab keemiline süntees väga spetsiifilisi tingimusi ja on ka ajakulukas.

Nimetatud põhjuste tõttu kasutatakse keemilise sünteesi alternatiivina aina enam geneetiliselt muundatud rakke ehk rakuvabrikuid, kus toimub keemiliste ühendite biotootmine. Üks kõige laialdasemalt rakuvabrikuna kasutatavaid organisme on pagaripärm Saccharomyces cerevisiae.

Pärmide kasutamine tootmisprotsessides on tõhus ja odav, kuid siiski kaasneb sellega ka mõningaid piiranguid. Neist peamine on väärtusliku ühendi rakkudest kätte saamine. Nimelt ümbritseb pärmirakku kahest kihist koosnev tugev sein, mistõttu on rakkude sees toodetavaid keemilisi ühendeid raku jäiga seina tõttu raske kätte saada.

Tõhusa lahenduse leidmine muudaks kogu biotootmise oluliselt kiiremaks ja odavamaks. See oligi põhjus, miks Eesti iGEM-i meeskond seadis enda eesmärgiks leida lahendus just pärmi rakuseina lagundamise probleemile. Selleks arendasid tudengid võistluse raames välja uudse pärmitüve, mis on bakterist pärit geenide abil ümber programmeeritud. "Viisime kaks bakteri geeni pärmi rakkudesse ning uue süsteemi töökindluse tagamiseks modifitseerisime neid," selgitas tudengite mentor ja molekulaarbioloogia teadur Ilona Faustova.

Bakteritelt "laenatud" süsteem muudab pärmi rakukesta sünteesimist ning selle tulemusena hakkavad rakud iseeneslikult lõhkema (vt joonist). Sellest tuleneb ka projekti akronüüm "POP Culture", mis viitab pärmikultuurile, mille rakud hakkavad peale nimetatud geenide aktiveerimist popkorni meenutavalt paisuma ja hiljem lõhkevad. Uudne pärmitüvi võimaldab keemiliseks sünteesiks vajaminevate rakuvabrikute tehnoloogias märgatavalt kokku hoida nii aega kui ka raha ja seda nii teaduslaborites kui ka suurtootmises.

Juhendaja sõnul on tudengite teadustöö tulemused muljetavaldavad ning see võib viia edaspidi revolutsioonini biotootmises. "Projektis saavutatud tulemus paneb aluse uuele lähenemisviisile tööstuses, mis on oluliselt efektiivsem ja keskkonnasõbralikum," selgitas Faustova.

Tema sõnul on Eesti sünteetilise bioloogia tulemused silma jäänud ka mitmetele rahvusvahelistele teadlastele ning sünteetilise bioloogia ettevõtetele.

Eesti kontekstis on töö tulemused rakendatavad puidu biotehnoloogias, kuna puidust toodetavaid suhkruid saab kasutada tööstuslike pärmide söötmena bioreaktorites. Üheks Euroopa suurimaks puidusuhkrute tootjaks pürgiva eesti ettevõtte Graanul Investiga on Tartu Ülikooli juures tegutseval Eesti sünteetilise bioloogia keskusel juba koostööleping. Tartus on kiirelt arenemas ka puidukeemia ja biotöötluse labor ning käivitatud on ka ühisdoktorantuuri projekt. Loodetavasti leiavad Tartus konstrueeritud sünteetilised pärmid tulevikus kindla koha Eesti puidu tööstusliku väärindamise protsessides.

iGEM-i sünteetilise bioloogia võistluse kuldmedal on lisaks suurele saavutusele teadusmaailmas märk ka teaduse populariseerimise edukusest ühiskonnas. "Täna näeme, et teadlaste ja ühiskonna vahel puudub neid ühendav sild. Teadlased on muutunud inimeste jaoks kaugeteks, kuid enda teadust populariseeriva tegevusega toome selle inimesele lähemale," rääkis tudengite juhendaja ja jätkas: "Teadlastele peab olema tähtis teaduse kommunikeerimine ühiskonnale, et tekiks arusaam, miks meile teadust vaja on. Samuti on oluline noortele näidata, et teadlase elukutse on atraktiivne. Selleks, et Eestis oleks järeltulev põlvkond edukaid tippspetsialiste ja teadlasi, peame selle nimel juba praegu tööd tegema."

Vanemteadur Ilona Faustova sõnul on sünteetilisel bioloogial potentsiaal saada üheks Eesti tunnusmärgiks, millega maailmakaardil silma paista.