Tutvustus

Biomassi biokeemilise väärindamise teemaga keskendub peaasjalikult mullabakteritest pärinevate metalloensüümide uuringutele. Ligniin on polüfenoolne kompleksne polümeer, mille hulk taimses biomassis varieerub 10-50%. Erinevates puit- ja rohttaimedes on ligniini tselluloosiga võrreldes palju vähem, kuid oma fenoolsete omaduste tõttu nähakse ligniinis suurt potentsiaali alternatiivina naftakemikaalidele. Kuna keemiliselt on ligniin võrdlemisi tõrksa struktuuriga, tähendab see ühtlasi ka seda, et selle looduslik lagundamine ei ole sugugi lihtsate killast. Looduses saabki rääkida peaasjalikult neljast organismi tüübist, kes antud ülesandega toime tulevad – valge- ja pruunmädanikseened ning teatud gram-positiivsed ja gram-negatiivsed bakterid. Struktuuribioloogia ja ligniini biokeemia labor keskendub gram-positiivsete mullabakterite mudelsüsteemile, mille üheks eeliseks seentel põhineva mudelsüsteemi ees on nendest pärinevate ensüümide hea temperatuuritalvus ning võime töötada laias pH vahemikus. Lisaks võeti hiljuti uurimise alla erinevatest ekstreemsetes keskonnatingimustes elulevatest mikroobidest pärit ensüümid, millel oleks kõrge tööstuslik potentsiaal. Lisaks ensüümidele, mis lagundavad/modifitseerivad ligniini võeti luubi alla ka ekstremofiilsetest organismidest pärinevad süsivesikulist komponenti lagundavad ensüümid.

Eestis ainulaadselt rakendab KBI struktuuribioloogia ja ligniini biokeemia labor valkude röntkenkristallograafiat kui meetodit, mis võimaldab uurida ensüümide ratsionaalse parendamise võimalusi. Ühtlasi on antud labor Eestis ainus, mis tegeleb samas laboris ensüümide struktuuri-funktsiooni uuringutega ja teeb koostööd sünkrotroni kiirekanalitega nii USA-s (Cornell High Energy Synchrotron Source) kui ka Hispaanias (ALBA Synchrotron). Labor osaleb aktiivselt ka LignoCOST-i (CA17128) tegevustes, mille eesmärgiks on ligniini täieliku väärtusahela väljatöötamine laborist tööstuseni.

Liikmeskond

Dr. Tiit Lukk Rühma juht
Dr. Eve-Ly Ojangu
Dr. Kairit Zovo
Hegne Pupart Doktorant
Kannan Thirumalmuthu  Doktorant
Matthew Vince  Vahetusüliõpilane
Marcel Mäger Bakalaureuse tudeng
Ander Erik Bakalaureuse tudeng
Epp Väli Labori mänedžer

Vilistlased

  • Dr. Zeba Usmani
  • Elodie Mammar
  • Alexis Gallien
  • Melissa Ingela Bramanis
  • Merli Jõemaa

Valitud publikatsioonid

Zovo, K.; Pupart, H.; Wieren, V. W.; Gillilan, R. E.; Huang, Q.; Majumdar, S.; Lukk, T. (2022). Substitution of the Methionine Axial Ligand of the T1 Copper for the Fungal-like Phenylalanine Ligand (M298F) Causes Local Structural Perturbations that Lead to Thermal Instability and Reduced Catalytic Efficiency of the Small Laccase from Streptomyces coelicolor A3(2). ACS Omega. DOI: 10.1021/acsomega.1c06668

Usmani, Z.; Kulp, M.; Lukk, T. (2021). Bioremediation of lindane contaminated soil: Exploring the potential of Actinobacterial strains. Chemosphere, 278, #130468. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.130468.

Usmani, Z.; Sharma, M.; Awasthi, A. K.; Lukk, T.; Tuohy, M. G.; Gong, L.; Nguyen-Tri, P.; Goddard, A. D.; Bill, R. M.; Nayak, S. C.; Gupta, V. K. (2021). Lignocellulosic biorefineries: The current state of challenges and strategies for efficient commercialization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 148, #111258. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111258.

Tehniline võimekus

Rühma tegevusi aitab toetada kaasaegse infrastruktuuri olemasolu. Lisaks standardsetele mikrobioloogia ja molekulaarbioloogia meetodite kasutamisele (PCR masinad, inkubaatorid, elektroforeesi varustus) on labor varustatud ka heteroloogselt ekspresseeritud valkude puhastamiseks vajalike kromatograafia süsteemidega.

Valkude puhastus:

  • GE Healthcare AKTA Pure 25 süsteem
  • Cytiva AKTA Start
  • Avestin Emulsiflex C5

Valkude vedelikkromatograafia kolonnid:

  • Superdex 200 Increase 5/150 GL – analüütika
  • HiLoad 16/600 Superdex 200 pg
  • HisTrap FF (15x)
  • Hitrap Phenyl FF (5x)
  • HiPrep 26/10 Desalting (2x)
  • HiPrep DEAE FF 16/10

Ensüümikineetika:

  • Shimadzu UV-2700, termostateeritava küvetihoidjaga
  • Shimadzu UV-1900i

Valkude kristallograafia:

  • Art Robbins Instruments Crystal Gryphon
  • Rigaku Complact HomeLab difraktomeeter
  • Molecular Dimensions vibration free crystal incubators (2x)

Jooksvad projektid

MOBTT60 – Aktinomütseetide metalloproteiinide roll ligniini depolümeriseerimisel ja mulla keemias (ETIS e-profiil)

RESTA11 – Pleegitatud keemilis-termilise puitmassi (BCTMP) ja töötlemata sekundaarsete puitmassi voogude keemilise ja biokeemilise väärindamise tehnoloogiate väljaarendamine (ETIS e-profiil)

RESTA22 – Ligniini keemilise ja ensümaatilise väärindamise tehnoloogiad: ligniinist ja sellest eraldatud fenoolsetest fragmentidest arendatavad tooted – materjalide sünteesiks kasutatavad algühendid, vaigud, liimid, õlid, plastikud, ehitusmaterjalid (ETIS e-profiil)