See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9192
ETF9192 "Oomikameetodite arendamine bakterite kvantitatiivsete süsteemibioloogiliste uuringute jaoks (1.01.2012−31.12.2015)", Raivo Vilu, Tallinna Tehnikaülikool, Matemaatika-loodusteaduskond.
ETF9192
Oomikameetodite arendamine bakterite kvantitatiivsete süsteemibioloogiliste uuringute jaoks
Development of omics'-methods for quantitative systems biology studies of bacteria
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.12. Bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringud, näiteks biotehnoloogia, molekulaarbioloogia, rakubioloogia, biofüüsika, majandus- ja tehnoloogiauuringudT490 Biotehnoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201214 400,00 EUR
01.01.2013−31.12.201314 400,00 EUR
01.01.2014−31.12.201414 400,00 EUR
01.01.2015−31.12.201514 400,00 EUR
57 600,00 EUR

Projekti eesmärgiks on välja töötada kvantitatiivselt usaldatavad proteoomika, transkriptoomika, metaboloomika meetodid ning rakendada neid koos muutus-staatsete bakterite kultiveerimismeetodite ja rakkude suuruste määramismeetoditega, et saada andmed rakkude füsioloogiliste seisundite muutuste kohta sõltuvalt kasvutingimustest, mis võimaldaksid omakorda modelleerida rakkude ainevahetuse muutusi, uurida metabolismi regulatsiooni ja luua sellega alus rakkude ab initio disainimiseks. Projekti käigus lahendatakse oomika-meetodite abil saadud andmete kvantitatiivse sobivuse küsimused, seejuures kontrollitakse lisaks n.ö. tavalistele kaliibrimismeetoditele, sisestandardite kasutamisele jms. andmete omavahelist sobivust erinevate rakkude ainevahetuse mudelite abil (metaboolsete voogude mudelid, üherakumudelid). Bakterirakkude füsioloogia alused töötati oma põhiosas välja nn. Copenhagen'i koolkonna poolt rohkem kui 50 aastat tagasi. Prof. Maaloe ja tema kastöötajate poolt saadud andmed olid aluseks nii bakterirakkude kasvukiiruse regulatsiooni põhiseoste mõistmisel, kui rakutsükli teooria väljatöötamisel. Seejuures oli juba autoritele näha, et nende poolt kasutatud klassikaliste meetodite piirangud seadsid piirid ka saadud andmete usaldatavusele ja üldisusele. Käesolevas projektis planeeritakse uurida bakterite E. coli füsioloogilise seisundi muutusi sõltuvalt kasvutingimustest kasutades muutus-staatseid läbivoolukultuure, mis võimadavad kontrollitult muuta keskkonnatingimusi ning oomika-meetodeid koos rakkude suuruste mõõtmistega ning saadud tulemuste alusel kinnitada ja täpsustada juba teadaolevaid fakte ja mehhanisme ning avastada uusi rakkude kasvu ja rakutsükli regulatsioonimehhanismide kohta. Saadud andmed ja väljatöötatud mudelid on aluseks bakterirakkude ab initio disaini võimaldava süsteemibioloogia platvormi arendamiseks. Nimetatud platvorm peaks võimaldama lahendada ka sünteetilise bioloogia ülesandeid, mis on muutunud majanduslikult tähtsaks seoses vajadusega üle minna fossiilsetelt kütustelt biokütustele, naftakeemialt taastuvale toormele põhinevale keemiale jne.
The aim of the project is development of quantitatively reliable proteomics, transcriptomics, metabolomics methods and use them together with the advanced changestat continuous culture methods and cell size measurements to obtain data on relationship between the physiological state of bacterial cells (E. coli but also others) and environmental conditions (growth rate, pH, temperature). These data will be used for modeling of the intracellular metabolism using different models - metabolic flux analysis, single cell models which will be used for the development of the systems biology platform for the studies of bacteria, for the development of methods of ab initio cell design. Quantitative fitting of the data obtained will be tested in addition to the usual methods (calibration, use of internal standards etc.) also through modeling. Basic knowledge of bacterial cells physiology used currently is based on the results of Copenhagen School obtained more than 50 years ago. Professor Maaloe and his coworkers elucidated the relationships between the cell size and growth rate of the bacteria, very important fact about the increase of number of ribosomes on the increase of the growth rate, their results were the basis for the development of cell cycle theory etc. However, already authors of this classical research saw the limitations due to the microbiological and simple biochemical methods used. Besides solving experimental problems of obtaining quantitatively reliable omics-data for the determination of physiological states of growing bacterial cells, the other aim of the project is to study regulation of growth and cell cycle mechanisms in detail, their dependence on the growth conditions. The eventual aim of the project is development of the systems biology platform of bacterial cells which enable also to solve one of the big problems of synthetic biology - ab initio cell design. Practical benefits from cell design are obvious if we keep in mind great tasks associated with necessary transition from fossil fuels to biofuels and from oil base feedstock to renewable feedstock.
Süsteemibioloogia ja sünteetiline bioloogia arendamine ja juurutamine on 21. sajandi bioloogia tunnuseesmärgid. Alates 2000. aastast on tohutu kiirusega arendatud ja juurutatud suure läbilaskevõimega nn. oomika-meetodeid, mis on toonud kaasa revolutsioonilised muutused nii biotehnoloogia alusuuringute kui protsesside optimiseerimisel. Käesoleva projekti eesmärgiks oli luua absoluutselt (numbriliselt) usaldatavate andmete saamiseks proteoomika, metaboloomika ja transkriptoomika meetodid ning need juurutada kahe kõige rohkem uuritud bakteri E. coli kui L. lactis'e näidete varal kasutades rakkude kasvatamiseks originaalseid muutusstaatseid kultiveerimismeetodeid. Eksperimentide käigus saadud kvantitatiivseid tulemusi kasutades loodi nimetatud organismide originaalsed üherakumudelid (Single Cell Models) ning nende baasil näidati terve rea tähtsate füsioloogiliste protsesside mehhanisme – saagiste, valkude ringkäigu (turnover), rakuprotsesside regulatsiooni tasemeid jne uudseid iseärasusi. Piimhappebakterite kasvuprotsesside uuurimiseks arendati edasi originaalseid mikrokalorimeetrilisi meetodeid, mille abil saadi tähtsaid uudseid tulemusi nende kasvu iseärasuste kohta nii piimas kui tahketes maatriksites. Projekti tuleb lugeda väga edukaks. Saadud tulemused publitseeriti kahekümneühes 1.1.-artiklis ja ühes 1.2. artiklis ning kaitsti kümme doktori- ning kaks magistritööd. Saadud tulemuste publitseerimine jätkub ka 2016. ja 2017. aastal. Saadud tulemuste baasil alustati koostööd DuPont'iga piimhappebakterite tootmisprotsesside optimeerimiseks ning Genomatica'ga 1,4-butaandiooli tootmise optimeerimiseks.