Slide 1

Väljavõte

1 Taimed ja sünteetiline bioloogia Hannes Kollist Plant Signal Research Group University of Tartu, Estonia

2 1. TAIMEDE roll globaalsete probleemide lahendamisel 2. Taimsete signaalide uurimisrühm TÜs 3. Sünteetiline bioloogia ja taimed Taimede biosünteesirajad sünteetilistes organismides Taimed kui millegi tootmise platvorm Funktsionaalsed taimed

3 1. TAIMEDE roll globaalsete probleemide lahendamisel 2. Taimsete signaalide uurimisrühm TÜs 3. Sünteetiline bioloogia ja taimed Taimede biosünteesirajad sünteetilistes organismides Taimed kui millegi tootmise platvorm Funktsionaalsed taimed

4 Globaalsete probleemide lahendamise võtmeks on taimede efektiivsem kasutamine Kuidas tagada toit pidevalt kasvavale inimkonnale Kuidas tagada meie energiavajaduse katmine Kuidas elada ja toimetada nii, et kahjud loodusele oleksid minimaalsed. Peamine taimekasvatust limiteeriv tegur on VESI

5 1. TAIMEDE roll globaalsete probleemide lahendamisel 2. Taimsete signaalide uurimisrühm TÜs 3. Sünteetiline bioloogia ja taimed Taimede biosünteesirajad sünteetilistes organismides Taimed kui millegi tootmise platvorm Funktsionaalsed taimed

6 1 inimese 1 päeva toiduvaru tootmiseks kulub ~3000 liitrit vett Global water withdrawal (km 3 /yr) 70% of water usage is for agriculture Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture Water for Food, Water for Life: A Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture. London: Earthscan, and Colombo: International Water Management Institute.

7 Õhulõhed poorid, mis vahendavad taime gaasivahetust O 2 H 2 O H 2 O O 2 O 2 H 2 O H 2 O O 2 O 2 O 2 H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Stomatal pores CO 2 are responsible for plant gas-exchange. - uptake of CO 2 - release of O 2 - loss of water via tranpiartion. sould be able to react both for changes inside the leaf and in the ambient environment

8 Hormoon abtsiishape isoprenoid Vahisalu et al. 2008, Nature Wrzaczek et al. 2009, PNAS Vahisalu et al. 2010, Plant Journal Xue et al. 2011, EMBO J Gonzalez-Guzman et al. 2012, Plant Cell Laanemets et al. 2013, New Phytologist Merilo et al. 2013, Plant Physiology Merilo et al. 2014, New Phytologist Closing gaps: linking elements that control stomatal movement Kollist et al. (2014) New Phytologist

9 Isoprenoidid ehk terpenoidid Üks suuremaid looduslike ühendite klasse Enamasti taimset päritolu Olulised isoprenoidid: karotinoidid, klorofüll, taimehormoonid (giberelliinhappe, abstsiishape) jne. Spetsiifilised isoprenoidid: limoneen, mentool, artemisiniin, taksool, kumm, etc. Paljusid isoprenoide kasutatakse tööstuslikult - farmaatsiatööstuses - toiduainetetööstuses - kosmeetikatööstuses

10 Isoprenoidide biosünteesiraja võimendamine Dr. Sue Wang

11 Lindberg & Ratcliffe 2014 Photo: Theodor Fahrendorf NovaGreen, Berlin Arengufond Biotöötlus - taimsete rakukultuuride ja/või vetikate kasutamine erinevate ainete biosünteesiks

12 1. TAIMEDE roll globaalsete probleemide lahendamisel 2. Taimsete signaalide uurimisrühm TÜs 3. Sünteetiline bioloogia ja taimed Taimede biosünteesirajad sünteetilistes organismides Taimed kui millegi tootmise platvorm Funktsionaalsed taimed

13 Gripiravim Oseltamivir e. Tamiflu

14 Gripiravim Oseltamivir e. Tamiflu Kuni 2005 a eraldati Tamiflu tootmiseks shikimaathapet Hiina tähtaniisist Aasias kasvav igihaljas taim (Illicum verum), mille vilju kasutatakse vürtsina. Alates 2004 a alustasid paljud riigid Tamiflu varude loomist, mis tekitas tõsise tooraine puuduse, mis praeguseks on lahendatud shikimaathapet toodetakse peamiselt rakuvabrikutes. USA varus Tamiflud 1.3 miljardi $ eest UK varus Tamiflud 930 miljoni $ eest

15 Taimed kui biosünteesi platvorm meditsiinis Ebola ravim - ZMapp (plantibodies) Qiu et al. 29 August 2014 Reversion of advanced Ebola virus disease in nonhuman primates with ZMapp Veel katsefaasis olev ravim, mis koosneb kolmest monoklonaalsest antikehast Antikehade valmistamiseks kasutati tubaka (Nicotiana benthamiana) taimi Miks kasutada taimi vaktsiini tootmiseks: 1. Kiire 2. Odav 3. Potentsiaalselt lihtsam transport abivajajateni

16 Maamiine detekteerivad taimed Aresa Biodetection, Denmark

17 Arengufond

18

19

20 Traditsiooniline Sünteetiline Nature 2014, Development: Time to leave GDP behind. Costanza et al.

21 Sünteetiline taimebioloogia Eestis 1. Eksperimentaalkasvuhooned 2. Minibioreaktorite platvormid nii Tallinnas kui Tartus 3.