Projekta nosaukums: Lipīdu atkritumu ilgtspējīga valorizācija: mikroorganismu pielietošana bio-virsmaktīvo vielu ražošanā (Waste2Surf)

Projekta Nr. 1.1.1.1/19/A/047

Finansējums avots: Eiropas Reģionālās attīstības fonda 1.1.1.1. aktivitāte “Praktiskas ievirzes pētījumi”, 3.kārta.

Projekta partneri: A/S “Biotehniskais Centrs”

Projekta periods: 01.10.2020. – 30.09.2023. (36 mēneši)

Projekta izmaksas: 647 877 EUR (t.sk. 374 472.90 EUR ERAF finansējums)

Projekta vadītājs: Profesors, Dr.sc.ing. Egils Stalidzāns, egils.stalidzans@lu.lv

Mērķis: izveidot biotehnoloģiskas ražošanas procesa izstrādes darbplūsmu, kur tiek ietverta ilgtermiņa ilgtspējības modelēšana, mikroorganismu celmu dizains un bioprocesa izveide rūpniecības bioatkritumu ilgtspējīgai biotransformācijai – lipīdu atkritumu (izlietota pārtikas eļļa, dzīvnieku tauki un citi), kas savākti pārtikas ražošanā un ēdināšanas sektorā, pārveidei augstvērtīgās bio-virsmaktīvajās vielās.

Kopsavilkums: Liela apjoma vērtīgo produktu ražošana no liela apjoma atkritumiem ir joma, kurā uz zināšanām balstītai bioekonomikas pieejai ir vislielākais potenciāls. Pasaulē ar katru gadu krasi pieaug radītais organisko atkritumu apjoms. Eļļas un tauku atkritumi (ETA) no pārtikas ražošanas un ēdināšanas sektoriem ir kļuvuši par nozīmīgu organisko atkritumu plūsmu pilsētās. Saskaņā ar Eiropas Savienības aplēsēm katrs cilvēks gadā saražo vidēji 8 litrus izlietotās cepameļļas. Visā pasaulē ik gadu tiek radīts apmēram 29 miljoni tonnu izlietotās cepameļļas gadā. Tikmēr ETA apsaimniekošana ir problemātiska, un to izmantošana aprobežojas ar bioenerģijas ražošanu. Projektā Waste2Surf tiek piedāvāts jauns ETA izmantošanas ceļš, t.i. kā zemas cenas izejviela, lai ražotu bio-virsmaktīvas vielas (BVV) – alternatīvu bioloģiski nedegradējamām sintētiskajām virsmaktīvajām vielām, kas sintezētas no naftas, neatjaunojama resursa, izmantojot ķīmiskus sintēzes ceļus, kas var būt videi bīstami.
Virsmaktīvās vielas ir viena no svarīgākajām ķīmiskajām vielām, ko izmanto gandrīz visos ikdienas produktos – tīrīšanas līdzekļos, kosmētikā, pārtikā, farmācijā u.c. Paredzams, ka 2024. gadā globālā virsmaktīvo vielu tirgus vērtība pārsniegs 41 miljardu eiro. Galvenās BVV priekšrocības ietver to atjaunojamo izcelsmi, bionoārdīšanos, zemu toksiskumu, labākas putošanas īpašības un stabilu aktivitāti dažādos apstākļos. Ņemot vērā to priekšrocības, BS ir milzīgs tirgus potenciāls, jo īpaši, ja tās ir ražotas no atkritumiem.

Projekts veicinās Viedās specializācijas stratēģijas (RIS3) prioritārās jomas “Zināšanu ietilpīga bioekonomika” attīstību, un projekta rezultātus izmantos vairākas mērķgrupas.

Projekta galvenās aktivitātes ietvers jaunas procesa izstrādes darbplūsmas izveidi, integrējot uz modeļiem balstītu metabolisko inženieriju, kas sastāv no BVV ražojoša rauga celmiem, bioprocesa attīstību atkritumu pārveidei produktā un ilgtermiņa dzīves cikla ilgtspējības novērtējumu attiecībā uz atkritumu-produkta-tirgus sistēmu. Atkritumu biokonversijas modeļu saraksts tiks sakārtots atbilstoši integrētam kritērijam, ņemot vērā vides ilgtspējību, ekonomiskos parametrus un sociālo ietekmi. Visbeidzot, tiks izstrādāta netradicionālu atdalīšanas un aerācijas metožu integrēšana automatizētajā bioreaktoru sistēmā. Bioreaktors tiks aprīkots ar progresīvu modeļprognozējošu fermentācijas kontroles sistēmu. Tādējādi tiks iegūta izmaksu ziņā efektīva un ilgtspējīga sistēma BVV iegūšanai no ETA, kas rezultēsies ar jaunas tehnoloģijas prototipu (TRL4).

Laboratorijas mēroga BVV ražošana tiks īstenota kopā ar industriālo partneri – pieredzējušu bioreaktoru ražotāju, 1996. gadā dibināto A/S “Biotehniskais centrs”.

 

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.10.2020. līdz 31.12.2020.

Pārskata periodā uzsākta projekta īstenošana ar padziļinātu zinātniskās literatūras analīzi par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pirmējām un izlietotām pārtikas eļļām un taukiem. Balstoties uz literatūras analīzi, izvēlēti pieci raugu celmi biovirsmaktīvo vielu ražošanai un uzsākts darbs pie to genotipu raksturošanas. Paralēli ir uzsākts darbs pie genoma mēroga stehiometrisko modeļu izstrādes – identificēta genoma mēroga stehiometrisko modeļu kopa organismiem, kas ražo soforolipīdus un mannosileritritola lipīdus. Modeļos ir identificēta vai ieviesta daļa no mērķproduktus ražojošajiem bioķīmiskajiem ceļiem. Uzsākts darbs pie laboratorijas eksperimentu metodikas izstrādes biovirsmaktīvo vielu noteikšanai, kā arī veikti vairāki eksperimenti biovirsmaktīvo vielu iegūšanai no eļļu un tauku atkritumiem. Ieviestas divas biovirsmaktīvo vielu kopējās aktivitātes standartmetodes (CTAB, eļļas izspiešanas metode). Metodes pārbaudītas gan uz standartvielām, gan ekstraktiem, kas iegūti no raugu eļļu fermentācijām.

Pārskata periodā tika arī uzsākta nepieciešamo materiālu un palīgiekārtu specifikāciju veidošana biovirsmaktīvo vielu fermentācijām, kā arī tika veikta kritisko procesa parametru un attiecīgo mērījumu principa identificēšana un svarīgāko procesa modeļa parametru saraksta veidošana, uz kuru balstīsies procesa matemātiskā modeļa izstrāde. Tāpat tika realizēts pirmais fermentācijas procesa mēģinājums laboratorijas bioreaktorā ar S. bombicola celmu.

Pārskata periodā pētnieku komanda uzsāka darbu pie apskata raksta sagatavošanas par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pārtikā izmantotajām eļļām un taukiem un ražošanas procesa ietekmes uz vidi vērtējumu. Tika veikti vairāki komunikācijas pasākumi, kā arī notika trīs projekta komandas sanāksmes, kurās apspriests projekta kopējais progress, riski, kas var kavēt projekta rezultātu sasniegšanu, un darbības šo risku mazināšanai.

Projekta informācija sadarbības partnera tīmekļa vietnē: https://www.bioreactors.net/wastetosurf

Projekta zinātniskais vadītājs: Egils Stalidzāns, e-pasts: egils.stalidzans@lu.lv

Projekta administratīvā vadītāja: Agnese Kukela, e-pasts: agnese.kukela@lu.lv

05.01.2021.

 

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.01.2021. līdz 31.03.2021.

Pārskata periodā darbs projektā turpinājās ar padziļinātu zinātniskās literatūras analīzi par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pirmējām un izlietotām pārtikas eļļām un taukiem. Balstoties uz literatūras analīzi, tika veikta laboratorijas eksperimentu sērija, pārbaudot biovirsmaktīvo vielu ražošanu dažādu oglekļa un slāpekļa avotu klātbūtnē. Tika turpināts meklēt un pielāgot dažādas analītiskas metodes biovirsmaktīvo vielu on site kvantificēšanai tieši kultivēšanas šķīdumā (barotnē), pēc iespējas samazinot ekstrakcijas soļu skaitu. Tika pārbaudītas kālija jodīda, stalagmometrijas un Victoria Pale Blue metožu izmantošanas iespējas biovirsmaktīvo vielu kvantificēšanai. Paralēli tika turpināts darbs pie genoma mēroga stehiometrisko modeļu izstrādes. Modelēšana tika koncentrēta uz Yarrowia lipolytica genoma mēroga modeļa testēšanu un piemērošanu virsmaktīvo vielu ražošanas simulācijai, pievienojot trūkstošos metaboliskos ceļus, kas detalizēti parāda rapšu eļļas komponenšu uzņemšanu organismā. Tika uzsākta modeļa validācija ar publicētiem eksperimentālajiem datiem.

Biovirsmaktīvo vielu fermentācijas procesa darbplūsmas izveidei tika turpināta nepieciešamo materiālu un palīgiekārtu specifikāciju veidošana, kā arī identificēti skābekļa kontaktora un biovirsmaktīvo vielu atdalīšanas membrānu raksturojošie parametri. Balstoties uz apkopoto informāciju no zinātniskas literatūras avotiem, tika uzsākta tirgus izpēte, kuras mērķis ir identificēt potenciālos iekārtu/elementu piegādātājus. Papildus tam tika realizēti divi fermentācijas eksperimenti ar Starmerella bombicola. Vienā no eksperimentiem izdevās veiksmīgi nostimulēt soforolipīdu sintēzi.

Pārskata periodā tika veikts padziļināts atkritumu eļļu sastāva un priekšapstrādes ietekmes uz ražošanas procesu un galaproduktu izvērtējums. Tāpat arī tika apkopota informācija par biovirsmaktīvo vielu raksturojošām īpašībām un pielietojumiem, lai noteiktu iegūstamo biovirsmaktīvo vielu potenciālos pielietojuma ceļus. Veikta aprites cikla analīzes datu inventarizācija. Projekta komanda turpināja darbu arī pie apskata raksta sagatavošanas par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pārtikā izmantotajām eļļām un taukiem, to īpašībām un izmantošanas iespējām. Visbeidzot tika izstrādāta, aprakstīta un iesniegta publicēšanai ilgtspējīgas metaboliskās modelēšanas koncepcija.

05.04.2021.

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.04.2021. līdz 30.06.2021.

Pārskata periodā tika veikti laboratorijas un modelēšanas eksperimenti biovirsmaktīvo vielu ieguves raksturošanai lipīdiem bagātā fermentācijas vidē. Raugu fizioloģijas laboratorijā tika turpināti eksperimenti, lai pielāgotu analītiskas metodes biovirsmaktīvo vielu un oglekļa avotu (lipīdu/glikozes) on site kvantificēšanai tieši kultivēšanas šķīdumā (barotnē), pēc iespējas samazinot nepieciešamo apstrādi. Tika pārbaudīta glikozes oksidāzes un antrona-sērskābes testa piemērotība biovirsmaktīvo vielu kvantificēšanai, kā arī veikti raugu augšanas testi eļļu (arī izlietoto pārtikas eļļu) un papildus pievienotā oglekļa un slāpekļa avota klātbūtnē. Tika novērtēta rauga biomasas augšana dažādos apstākļos (svaigas/izlietotas eļļas un atšķirīgu slāpekļa avotu klātbūtnē) un noteikta biovirsmaktīvo vielu ražošana dotajos apstākļos, kā arī izejvielu (eļļu) un saražoto biovirsmaktīvo vielu ķīmiskais sastāvs. Biotehniskā centra fermentācijas laboratorijā tika realizēti vairāki eksperimenti, kuri vērsti uz biomasas/produkta atdalīšanu (filtrēšanu) fermentācijas procesa gaitā, kā arī tika realizēti biovirsmaktīvo vielu atmazgāšanas un iekoncentrēšanas eksperimenti ar diviem tangenciālas filtrācijas sistēmas variantiem (10 un 20 kDa membrānam). Eksperimentu rezultātā tika savākti nepieciešamie eksperimentālie dati par bioloģiskās sistēmas veiktspēju biovirsmaktīvo vielu ražošanā.

Modelēšanas uzdevumos tika turpināts darbs pie genoma mēroga stehiometrisko modeļu izstrādes, kā arī uzsākts darbs pie kinētisko modeļu struktūras izveides. Pārskata periodā tika turpināts darbs ar Yarrowia lipolytica genoma mēroga modeļa adaptācijas, kā arī uzsākts darbs ar Starmerella bombicola stehiometriskā modeļa izveides, balstoties uz pieejamajiem sekvenēšanas datiem. Sākotnējo metabolisko rekonstrukciju kvalitātes uzlabošanai modeļu izveidē tiek izmantota dažāda sekvenēšanas datu analīzes programmatūra. Paralēli tika uzsākta kinētisko modeļu struktūras izveide virsmaktīvo vielu ražošanai, izmantojot Starmerella bombicola un Yarrowia lipolytica modeļus. Biovirsmaktīvo vielu ražošanas shēmas ietekmes uz vidi aspektu noteikšanai tika izvērtēti un veidoti dažādi scenāriji, kuru aprites cikli tiks salīdzināti tālākās izpētes procesā. Pamatmodelim tika izveidota detalizēta struktūra, paredzot atsevišķu ietekmes uz vidi novērtējumu barotnēm, raugu fermentācijai un dažādu veidu fermentēšanas režīmam. Vienlaikus tika uzsākts darbs pie datu ieguves un apkopošanas par izlietoto pārtikas eļļu apsaimniekošanas procesu raksturojošajiem sociālajiem un ekonomiskajiem parametriem.

Sadarbojoties laboratorijas un modelēšanas grupu pētniekiem, tika pabeigts darbs pie zinātniskā raksta sagatavošanas par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pārtikā izmantotajām eļļām un taukiem. Raksts tika iesniegts žurnālā Fermentation (ISSN: 2311-5637, IF(2020)=3.975).

07.07.2021.

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.07.2021. līdz 30.09.2021.

Pārskata periodā aktīvi turpinājās eksperimentālais darbs gan raugu fizioloģijas laboratorijā, gan projekta partneru A/S “Biotehniskais centrs” fermentācijas laboratorijā. Raugu fizioloģijas laboratorijā tika izstrādāta metode ar kuras palīdzību ir iespējams ātrāk un ērtāk noteikt saražoto biovirsmaktīvo vielu klātbūtni ar lipīdiem bagātā fermentācijas vidē. Metodē tiek izmantota vairāku metožu kombinācija, kas pielāgota tieši glikolipīdu formas biovirsmaktīvo vielu noteikšanai. Radītā metode tiek aprakstīta un kalpos par pamatu jaunai zinātniskajai publikācijai. Pētnieku grupa pārskata periodā ir izstrādājusi arī biomasas kvantificēšanas metodi, balstoties uz šūnu skaitu uz mL. Tika veikts Starmarella bombicola augšanas novērtējums, izmantojot glikozi, gilcerīnu un taukskābes, kā augšanas substrātus. Katrā no šiem eksperimentiem noteikts biomasas specifiskais augšanas ātrums, izmantojot izstrādāto biomasas kvantificēšanas metodi.

A/S “Biotehniskais centrs” fermentācijas laboratorijā ir turpinājusies pilotiekārtas pilnveidošana. Uzstādītais tangenciālās filtrācijas modulis labi strādā, un iespējams izfiltrēt  100 mL/min. Iepirkuma rezultātā ir iegādātas vairākas reaktora fermentācijas/ekstrakcijas sistēmas sastāvdaļas, t.sk. peristaltiskie sūkņi, virsmaktīvo vielu uzkrāšanas tvertne, membrānas un ir uzsākts sistēmas montāžas darbs. Pārskata periodā tika realizēti vairāki S. bombicola kultivācijas/fermentācijas eksperimenti, kuros tika noteikti procesa kinētiskie parametri. Uz minēto parametru bāzes tiek veidoti iespējama softsensora algoritma varianti. Analizējot realizēto eksperimentu rezultātus tika konstatēts, ka fermentācijas vides uzputošanos ir iespējams daļēji (vai pilnībā) novērst, uzturot vides pH līmeni pie zemām vērtībām (<3.5). Tas, savukārt, dod iespēju virsmaktīvo vielu ražošanas nolūkā neizmantot gāzes kontaktorus.

Projekta sadaļās, kas attiecas uz modelēšanu turpinās darbs ar stehiometriskajiem un kinētiskajiem modeļiem, kuru vienlaicīga izmantošana uzlabo simulēto rezultātu ticamību. Tiek veidots S. bombicola genoma mēroga modelis, kas nepieciešams organisma inženierijas potenciāla novērtēšanai. Tiek izskatīti arī jaunākie Yarrowia lipolytica genoma mēroga modeļu varianti. Kinētisko modeļu struktūras tiek paplašinātas dažādu substrāta komponenšu pievadei.

Biovirsmaktīvo vielu ražošanas shēmas ietekmes uz vidi aspektu noteikšanai tika izvērtēti papildus aspekti, kas var ietekmēt modeļa rezultātus. Pastiprināta uzmanība pievērsta bioloģisku procesu aprites cikla modelēšanas specifiskajām niansēm. Tiek meklēts optimālais risinājums, lai modelis būtu piemērots fermentēšanas procesu modelēšanai. Uzsākts arī darbs pie atkritumu eļļu sistēmdinamikas modelēšanas, veidojot sistēmas konceptuālo modeli un cēlonisko cilpu diagrammu.

Pētnieciskais darbs ir rezultējies divos sagatavotos un publicētos zinātniskos rakstos:

  1. Liepins, J, Balina, K, Soloha, R, Berzina, I, Lukasa, LK & Dace, E 2021, 'Glycolipid biosurfactant production from waste cooking oils by yeast: Review of substrates, producers and products', Fermentation, vol. 7, no. 3, 136. par raugu izmantošanu biovirsmaktīvo vielu ražošanai no pārtikā izmantotajām eļļām un taukiem.
  2. Stalidzans, E & Dace, E 2021, 'Sustainable metabolic engineering for sustainability optimisation of industrial biotechnology', Computational and Structural Biotechnology Journal, vol. 19, pp. 4770-4776. par ilgtspējīgas metabolisma inženierijas koncepciju, kas ļauj novērtēt un optimizēt biotehnoloģiskās ražošanas ilgtspēju, to atvasinot no izmantotā mikroorganisma vielmaiņas iezīmēm.

Projekta aktivitātes un rezultāti tika prezentēti nozares profesionāļiem COST akcijas Yeast4Bio: Non-conventional yeasts for the production of bioproducts (CA18229) sanāksmē (29.09.2021, attālināti).

Projekta informācija sadarbības partnera tīmekļa vietnē: https://www.bioreactors.net/wastetosurf
Projekta zinātniskais vadītājs: Egils Stalidzāns, e-pasts: egils.stalidzans@lu.lv
Projekta administratīvā vadītāja: Agnese Kukela, e-pasts: agnese.kukela@lu.lv

05.10.2021.

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.10.2021. līdz 31.12.2021. 

Projekta pārskata periodā aktīvi norisinājās darbs gan ar metabolisma matemātiskās modelēšanas metodēm, gan arī ietekmes uz vidi modelēšana. Tāpat savas aprises sāk iegūt arī sistēmdinamikas modelis, taču nepieciešams turpināt darbu pie modeļa pilnveidošanas un potenciālo scenāriju izstrādes. Pārskata periodā aktīvi turpinājās eksperimentālais darbs gan raugu fizioloģijas laboratorijā, gan projekta partneru A/S “Biotehniskais centrs” fermentācijas laboratorijā.  

Raugu fizioloģijas laboratorijā ar modeļvidēm veiksmīgi tika aprobēts biovirsmaktīvo vielu fermentācijas/ekstrakcijas sistēmas prototips. Pārbaudīts antrona un DNS metožu specifiskums (lipīdi, virsmaktīvas vielas). Sagatavots protokols par metožu pielietošanu biovirsmaktīvās vielas noteikšanai lipīdiem bagātā fermentācijas vidē. Uzsākts darbs pie rekombinanto celmu metodes – tiek veikta literatūras analīze, lai izvēlētos optimālo Starmerella bombicola transformācijas un rekombinantu atlases metodes. 

Projekta partneru A/S “Biotehniskais centrs” fermentācijas laboratorijā notiek darbs pie biovirsmaktīvo vielu fermentācijas un ekstrakcijas sistēmas optimizēšanas. Tika noteikti optimālie darbības parametri (spiediens, plūsmas ātrums) soforolipīdu un biomasas atdalīšanai no fermentācijas vides. Pārskata periodā tika realizēti vairāki S. bombicola kultivācijas/fermentācijas eksperimenti, kuros tika noteikta biovirsmaktīvo vielu sintēzes dinamika. Uz minēto parametru bāzes tiek veidoti gan procesa matemātiskais modelis, gan softsensora algoritms. Tiek realizēti skrīninga eksperimenti ar mērķi noteikt rauga ekstrakta sastāvdaļas, kuras stimulē soforolipīdu biosintēzi S. bombicola šūnās. Tika eksperimentāli noteikts, kā rauga ekstraktā ietilpstošās aminoskābes realizē metabolisma novirzīšanu uz biovirsmaktīvo vielu sintēzes ceļu. Tiek veikti eksperimenti, lai noteiktu, kuras aminoskābes un pie kādam koncentrācijām stimulē biosintēzi. 

Projekta sadaļās, kas attiecas uz modelēšanu turpinās S. bombicola genoma mēroga modeļa izveides process. Sadarbībā ar raugu fizioloģijas laboratoriju turpinās piemērotāko Yarrowia lipolytica modeļu izvēle un apvienošana. Lai noteiktu bioloģisko virsmaktīvo vielu ražošanas ceļu, tiek identificēti kinētisko modeļu parametri ar parametru novērtēšanas metodēm COPASI vidē, balstoties uz publicētajiem un projekta ietvaros iegūtajiem eksperimentālajiem datiem. Uzsākta uz stehiometrisku un kinētisku modeļu sinerģiju balstīta celmu projektēšana, veicot pieejamo modeļu optimizāciju saskaņā ar izstrādātajiem risinājumu ranžēšanas kritēriju prototipiem. 

Pārskata periodā izstrādāts aprites cikla modeļa pamats jeb bāzes scenārijs. Ar modeļa palīdzību tiek modelēta fermentācijas procesa ietekme uz vidi un noteikti ražošanas posmi, kuros rodas ietekme uz vidi. Modelī ir definēti parametri, kurus mainot, modeli iespējams pielāgot attiecīgajam fermentācijas procesam. Uzsākts darbs pie aprites cikla novērtējuma atskaites sagatavošanas. Pārskata periodā uzsākts darbs pie sistēmdinamikas modeļa veidošanas un notiek datu apkopošana, lai noteiktu likumsakarības, kas nosaka pētāmās sistēmas dinamiku. 

Pārskata periodā tika iesniegtas divas tēzes starptautiskajai zinātniskajai konferencei "Conference for Young Scientists on Biorefinery Technologies and Products", kas notiks š.g. 27.-29.aprīlī: www.btechpro.lv/&nbsp;

 

Projekta informācija sadarbības partnera tīmekļa vietnē: https://www.bioreactors.net/wastetosurf  

Projekta zinātniskais vadītājs: Egils Stalidzāns, e-pasts: egils.stalidzans@lu.lv 

Projekta administratīvā vadītāja: Agnese Kukela, e-pasts: agnese.kukela@lu.lv 

14.01.2022. 

Projekta pārskats par paveikto laika periodā no 01.01.2022. līdz 31.03.2022.

Projekta pārskata periodā ir turpināti eksperimenti, lai noteiktu optimālākos fermentācijas vides apstākļus soforolipīdu iegūšanai fermentācijas ceļā. Bioloģisko virsmaktīvo vielu ražošanas process iegūst arvien konkrētākas aprises. Pārskata periodā turpinājās kinētisko un stehiometrisko modeļu izveides un optimizācijas aktivitātes. Turpinās darbs arī pie procesa ietekmes uz vidi modelēšanas, modelis tiek adaptēts, lai atbilstu eksperimentu rezultātiem. Ir izstrādāta arī ietekmes uz vidi novērtējuma atskaite bāzes scenārijam.

Raugu fizioloģijas laboratorijā veikti laboratorijas testi ar dažādiem raugiem, izmantojot gan svaigas eļļas, gan ceptas eļļas. Veicot testus, tika konstatēts, ka Starmarella bombicola savu dzīvotspēju nezaudē, savukārt Yarrowia lipolitica šūnas pēc piektās eksperimenta dienas iet bojā. Tika noteikta arī S. bombicola vitamīnu auksotrofija. Testu rezultātā tika noskaidrots, ka biotīna klātbūtne ir kritiski nepieciešama S. bombicola augšanai. Tiek veikta literatūras analīze soforolipīdu ražošanas ceļam S. bombicola metabolismā, lai celmā varētu veikt ģenētisko inženieriju. Dzēšot Ura3 gēnu, S. bombicola vairs neražo uracilu. Tika analizēts arī oglekļa avotu patēriņš. Tiek secināts, ka vislabāk patērē glikozi, fruktozi un glicerīnu. Šī ir svarīga informācija, meklējot gēnu, ko inženierijas procesā izslēgt. Uzsākts eksperiments, lai ar 5-FOA izslēgtu ura3 gēnu. Izslēdzot ura3 gēnu, uracils būs mākslīgi jāpievieno, taču tas ļaus regulēt organisma darbību.

Projekta partneru A/S “Biotehniskais centrs” fermentācijas laboratorijā uzbūvēts otrs biovirsmaktīvo vielu fermentācijas/ekstrakcijas sistēmas prototips, kas ticis veiksmīgi aprobēts fermentācijas procesos ar piebarošanu. Tika noteikti optimālie darbības parametri (plūsmas ātrums) soforolipīdu/biomasas atdalīšanai no fermentācijas vides. Pārskata periodā tika realizēti vairāki S. bombicola kultivācijas/fermentācijas eksperimenti, kuros tika noteikta biovirsmaktīvo vielu sintēzes dinamika. Uz minēto parametru bāzes tika izveidots procesa matemātiskais modelis un tiek veidots softsensora algoritms. Tiek realizēti skrīninga eksperimenti ar mērķi noteikt rauga ekstrakta sastāvdaļas, kuras stimulē soforolipīdu biosintēzi S. bombicola šūnās. Tika eksperimentāli noteikts, kā rauga ekstraktā ietilpstošās aminoskābes realizē metabolisma novirzīšanu uz biovirsmaktīvo vielu sintēzes ceļu. Tiek veikti eksperimenti, lai noteiktu, kuras aminoskābes un pie kādām koncentrācijām stimulē biosintēzi. Tika realizēti S. bombicola fermentācijas procesi, izmantojot dažādus sintētiskus/kompleksus barotnes sastāvus, kā arī iniciētas biovirsmaktīvo vielu sintēzes, un novērtēti procesa kinētiskie parametri. Uz kinētisko parametru bāzes tika izveidots un pilnveidots procesa kontroles algoritms.

Projekta sadaļās, kas attiecas uz modelēšanu, ir izveidots S. bombicola modeļa sākotnējais variants, kurš tiks precizēts, ņemot vērā eksperimentālos rezultātus. Turpinās divu Y. lipolytica virsmaktīvās vielas ražojošu celmu genoma mēroga modeļu adaptācija projekta vajadzībām. Tiek analizēti arī citu virsmaktīvās vielas ražojošo organismu modeļi, izskatot iespēju tos iesaistīt optimizācijas darbplūsmā. Tiek detalizēti analizēti Y. lipolytica metaboliskie ceļi, kuri piedalās virsmaktīvo vielu ražošanā. Iegūtie metabolisma stacionārie stāvokļi tiek pārcelti uz genoma mēroga stehiometriskajiem modeļiem, lai noskaidrotu ceļu darbināšanas iespējas, ņemot vērā biomasas ražošanu. Izstrādāts kompleksa optimizācijas kritērija ietvars COBRA programmatūrā, kas ļauj novērtēt organisma stacionārā stāvokļa plūsmu atbilstību. Iegūtās stacionāro stāvokļu plūsmas tiek testētas kinētiskajos modeļos.

Pārskata periodā veikta pārtikas eļļu izmantošanas plūsmas izpēte un sākotnējā modeļa izveide. Veikta ietekmes uz vidi novērtējuma modeļa struktūras optimizācija. Modelī ir identificēti posmi, kuros rodas vislielākā ietekme uz vidi un sadarbībā ar partneriem tiek meklēti risinājumi/scenāriji ietekmes samazināšanai. Atlasīti ietekmi uz vidi raksturojošie indikatori. Tiek veikta izpēte par iespējām tos izmantot viena raksturlieluma iegūšanai, izmantojot normalizācijas un svēršanas metodes.

Pārskata periodā tika īstenoti vairāki komunikācijas pasākumi, kā arī sniegta prezentācija vienā un iesniegti jauni pieteikumi dalībai divās starptautiskās zinātniskās konferencēs. Projekta rezultāti tika prezentēti LU 80.starptautiskajā zinātniskajā konferencē ar vienu referātu. Par projektu tika stāstīts Latvijas Radio raidījumā "Zināmais Nezināmajā”. Papildus tam tika īstenota dalība valsts mēroga pasākumā profesionāļiem un plašākai sabiedrībai, sniedzot prezentāciju Vidzemes Inovāciju Nedēļas 2022 ietvaros organizētajā pasākumā "Kas vienam lieks – otram prieks! Vai varam to attiecināt arī uz ražošanas blakus produktiem un bioatkritumiem?". Pārskata periodā tika arī organizēts informatīvais vebinārs par projekta rezultātiem un turpmāk plānotajām aktivitātēm projekta mērķa sasniegšanai, kā arī starptautiska apmācību darbnīca Biomodelling spring 2022. Projekta informācija sadarbības partnera tīmekļa vietnē: https://www.bioreactors.net/wastetosurf 

18.04.2022.

Pēdējās izmaiņas veiktas