În episodul 8 al seriei de interviuri realizate în parteneriat cu SciResCareer vom discuta despre strategii de evoluție adaptativă, iar pentru aceasta am invitat tot un beneficiar al inițiativei I8. Doamna Dr. Ana-Maria Tănasă a fost unul dintre cercetătorii din echipa proiectului EVOSCO, implementat în cadrul Universității din București, Facultatea de Biologie. În calitatea sa de responsabil din partea UB, am rugat-o să răspundă la câteva întrebări legate de proiect, ce vizează principalele rezultate obținute, dar și dificultățile întâmpinate în implementarea acestuia.

Titlul proiectului: Strategii de evoluţie adaptativă în laborator pentru ameliorarea acumulării de lipide în microorganisme oleaginoase și producția de uleiuri de origine microbiană folosind reziduuri agroindustriale, cod proiect 162/31.07.2023 Contract de finanțare nr. 760238

Director de proiect: George Aggelis (Universitatea din Patras, Universitatea din București)

Care a fost scopul principal al proiectului, ce problematică v-ați propus să adresați prin implementarea acestuia? Scopul acestui proiect este de a dezvolta strategii de Evoluție Adaptativă în Laborator (EAL) pentru generarea de tulpini oleaginoase hiperproductive și testarea acestora în vederea conversiei unor reziduuri agro-industriale la produse cu valoare adăugată, în cazul acesta reprezentate de lipide. La nivel global, gestionarea în mod eficient și prietenos cu mediul a multor reziduuri rezultate din activități agricole și industriale reprezintă în continuare o provocare semnificativă, astfel că se caută soluții de integrare a acestora în fluxuri care respectă principiile de economie circulară. Astfel, proiectul și-a propus să aplice un tip de metodă care să ghideze o evoluție accelerată a unor specii de drojdii cunoscute ca fiind producătoare de lipide, favorizând obținerea de noi tulpini capabile să acumuleze cantități mai crescute de lipide. Aceste tulpini, odată obținute, sunt testate și integrate în procese care utilizează deșeuri agro-industriale pentru sinteza de lipide neutre, ce pot fi utilizate în industria de biocombustibili sau în diferite alte aplicații.

Care au fost obiectivele majore ale proiectului și în ce măsură considerați că au fost atinse până la momentul de față? Vor fi ele îndeplinite odată cu finalizarea proiectului? Un prim obiectiv principal al acestui proiect îl reprezintă cultivarea drojdiilor oleaginoase Yarrowia lipolytica și Rhodosporidium toruloides, precum și a unei specii din categoria fungilor filamentoși cu capacitate de acumulare a lipidelor neutre, Cunninghamella echinulata, în condiții alternante limitative de azot (care favorizează acumularea de lipide), și condiții limitative de carbon (favorizând proliferarea celulelor cu conținut ridicat de lipide). În urma acestui proces izolăm astfel noi tulpini ale acestor microorganisme, pentru care trebuie validată, în primul rând, capacitatea de a acumula mai multe lipide decât tulpina inițială. Acest obiectiv, ce a fost îndeplinit până in momentul de față, stă la baza altor activități esențiale în proiect. Astfel ne-am propus două direcții complementare: una centrată pe înțelegerea la nivel fundamental a procesului evolutiv, prin secvențierea și analiza genomurilor și profilului de expresie genică a noilor tulpini față de tulpina „parentală”, precum și un obiectiv orientat către obținerea unor aplicații practice, relevante economic, bazat pe utilizarea celor mai promițătoare tulpini evoluate în producerea de lipide, utilizând reziduuri agro-industriale, conform principiilor menționate anterior. Deși aceste obiective au venit însoțite de propriile provocări pe care a trebuit să le depășim, toate vor fi îndeplinite până la finalizarea proiectului.

Care considerați că sunt cele mai importante rezultate științifice obținute în cadrul proiectului (publicații, brevete, prototipuri etc.)? Cele mai importante rezultate abia acum vor începe să apară, dar dacă ar fi să menționez câteva: o publicație pe care tocmai am trimis-o spre evaluare către un jurnal de referință – este un review de 70 pagini despre microorganisme ce produc lipide mai puțin cunoscute care, după cunoștințele noastre, prezintă aceste lipide dintr-o perspectivă inedită, subliniind rolul esențial pe care microorganismele, prin lipidele pe care le sintetizează, îl au în societatea umană. De asemenea, avem în lucru scrierea unei cereri de brevet european, și a unui brevet național. Cu siguranță urmează și alte publicații, dar sunt încă în faza de scriere, mai ales deoarece experimentele desfășurate în cadrul proiectului sunt experimente foarte lungi Cu o durata de pana la câteva luni.

Care este impactul proiectului asupra resursei umane implicate în proiect? Proiectul EvoSCO a contribuit la dezvoltarea științifică a patru doctoranzi, doi dintre aceștia obținând titlul de doctor pe parcursul perioadei de implementare. Ceilalți noi doctoranzi sunt înscriși la Școala Doctorală de Biologie, Universitatea din București în anul II, având ca principală temă studiul microorganismelor oleaginoase. Pentru toți aceștia, a fost o oportunitate unică să colaboreze și să beneficieze de îndrumare din partea unui cercetător de top cum este Profesorul George Aggelis, ce a contribuit semnificativ la construirea acestei direcții de cercetare pe plan global. Totodată în cadrul proiectului și-au desfășurat activități un număr de nouă postdoctoranzi cu diferite grade de implicare și specializare în activități științifice, dar și manageriale.   

Ce elemente de noutate aduce acest proiect față de nivelul de cunoaștere existent la nivel național sau internațional? Obținerea de microorganisme cu diverse trăsături îmbunătățite aplicând conceptul de evoluție adaptativă în laborator este o metodă implementată la nivel internațional, doar că abordările experimentale din proiectul EvoSCO sunt diferite de tot ce există în literatura de specialitate, ceea ce constituie un element de noutate. La nivel molecular, studiile de genomică și trascriptomică, prin secvențieri bazate pe tehnica Nanopore (bazată pe obținerea de citiri lungi și foarte lungi), realizate pe microorganismele din proiect, reprezintă un alt element de noutate. Testele la nivel de bioreactor vin să întregească proiectul în vederea brevetării, prin utilizarea unor hidrolizate pe reziduuri din industria textilă, ca sursă de carbon pentru microorganismele îmbunătățite, contribuind astfel și la dezvoltarea biotehnologiei la nivel național, dar și la dezvoltarea acestor abilități de către studenții doctoranzi și masteranzi.  

Ce impact a avut sau estimați că va avea proiectul asupra comunității științifice (colaborări, vizibilitate, direcții noi de cercetare)? Acest proiect a reprezentat pentru noi, sub atenta îndrumare a d-lui Prof. Aggelis, o oportunitate unică de a ne specializa în direcții pe care nu am avut până în acest moment oportunitatea să le aprofundăm, deși cumva au fost tangențiale activităților noastre de cercetare de până acum: producerea biotehnologică de lipide la scară de bioreactor, secvențierea și analiza de date transcriptomice și, desigur, versatila abordare a evoluției adaptative în laborator. Cea din urmă a avut probabil cel mai mare impact asupra modului în care întreaga echipă privește, la un nivel fundamental, design-ul experimental și dezvoltarea de noi procese biotehnologice. Este o tehnică extrem de versatilă a cărei rezultate nu se confruntă cu rezistența pe care o întâmpină, pe plan legislativ, obținerea de microorganisme modificate genetic prin tehnici țintite. Un alt impact semnificativ al proiectului a fost asupra nivelului de tehnologizare: am reușit achiziția tuturor echipamentelor necesare secvențierii unor tipuri de probe complexe și analizei datelor generate, cele mai importante fiind un secvențiator Oxford Nanopore ce folosește cea mai recentă tehnologie disponibilă și o stație de lucru performantă ce va putea face față oricăror provocări bioinformatice pe care le vom putea avea pentru mult timp de-acum încolo. De asemenea, am dotat complet un laborator pentru genetica și biotehnologia microorganismelor care cuprinde atât echipamente de cultivare cât si echipamente de vizualizare si extracție a compușilor lipidici de interes. Nu în ultimul rând, am reușit achiziționarea si punerea la punct a unul flux de lucru ce are drept element central un bioreactor de 4L, dotat cu sistem de monitorizare si ajustare în timp real a parametrilor de cultivare, care practic simulează o parte din procesul biotehnologic la scară de laborator, și fără de care nu se poate progresa experimental în vederea tranziției la scară pilot. Toate aceste echipamente ne permit să demarăm experimente și să contribuim mai mult în viitoare proiecte, dar și să diversificăm și să aprofundăm subiectele abordate pe plan didactic, putând astfel pregăti mai bine studenții Facultății de Biologie și Masterului în Genetică aplicată și Biotehnologie pentru piața muncii. Aceste echipamente, împreună cu resursa umană dezvoltată și publicațiile rezultate din proiect coordonate de d-nul Profesor Aggelis, vor contribui semnificativ la creșterea vizibilității internaționale a grupului de cercetare și a Universității din București.

Care au fost principalele provocări/dificultăți resimțite în implementarea proiectului? Fiind pentru echipa noastră unul dintre cele mai mari proiecte din care am făcut parte, implementarea activităților, pe care le-am construit cu o doză serioasă de ambiție, a reprezentat o provocare semnificativă în sine, Un aspect important și uneori extrem de provocator este faptul că experimentele cerute în cercetarea biotehnologiilor microbiene se bazează pe experimente lungi, ce pot necesita de la câteva zile la uneori chiar și câteva luni de efort susținut, în cazul de față, deseori cu monitorizare necesară zilnic fără excepții. Un alt mare impediment, tot legat de aceste experimente lungi, este că determină un grad de uzură crescut pentru echipamentele utilizate, iar  defectarea acestora, un risc deseori inevitabil, necesită resurse și reacții rapide,  cum ar fi relocarea temporară a unor teste pentru care a fost necesar să obținem acces la echipamente ce pot opera în aceleași condiții. Fiind un proiect de dezvoltare a resursei umane, un aspect cu care ne-am confruntat pe tot parcursul acestuia a fost reprezentat de modificări neașteptate în structura echipei și dificultatea de a găsi resurse umane cu pregătire și cunoștințe tangențiale în domeniul proiectului.

Un alt aspect care s-a desfășurat si se desfășoară extrem de greoi sunt achizițiile de echipamente, luând în calcul și faptul că anul 2025 și începutul anului 2026 au fost extrem de tulburi in ceea ce privește politica și economia națională dar și internațională.

Ce urmează după finalizarea proiectului? Cum veți continua cercetarea sau valorificarea rezultatelor obținute? Ce oportunități de dezvoltare a proiectului preconizați? Atât pe parcursul proiectului, cât și în continuare, am participat și vom participa în propuneri de proiecte în competiții europene și naționale, sub coordonarea d-lui Prof. Aggelis sau prin colaboratorii noștri anteriori acestui proiect Deja parte din echipa EvoSCO va avea un rol în dezvoltarea unui Centru de Excelență centrat în jurul activităților agro-industriale. Microorganismele oleaginoase erau parte din subiectele de cercetare ale grupului și, cu ocazia proiectului EvoSCO aceste cercetări au luat si vor lua și mai mare amploare și adâncime. Asa cum spuneam anterior lucrăm la scrierea unor cereri de brevet, la scrierea mai multor publicații științifice pe care le vom trimite spre evaluare în reviste de specialitate, cu prestigiu în domeniul biotehnologiei. Vom continua să scriem articole și să diseminăm rezultatele obținute în cadrul EvoSCO și după încheierea proiectului, dat fiind faptul că acesta s-a soldat până în acest moment cu o multitudine de date valoroase și, așa cum se întâmplă de cele mai multe ori, mai considerăm necesare experimente pentru validarea rezultatelor. Totodată, vrem să fim siguri ca publicațiile rezultate din urma proiectului sunt de o calitate crescută și, deși modelul actual după care se ghidează cercetarea la nivel global ar vrea sa indice opusul, lucrurile bine făcute întotdeauna necesită mai mult timp.

Prof. dr. George Aggelis – scurtă prezentare

Directorul proiectului EvoSCO este d-l Profesor George Aggelis, este unul dintre pionierii studiilor în domeniului lipidelor microbiene, începând activitatea sa în domeniu acum peste 35 de ani, în Franța, în timpul stagiului de elaborare a studiilor doctorale. Până în prezent, a publicat două cărți, patru capitole de carte, 17 lucrări de sinteză, 159 articole științifice și un brevet de invenție,  participând totodată la numeroase conferințe și întâlniri naționale și internaționale, beneficiind de recunoaștere internațională semnificativă. A participat la 33 de proiecte de cercetare și este membru activ al consiliului editorial a patru reviste internaționale. Actualmente este Profesor la Universitatea din Patras, are o serie de colaborări cu universități din peste 8 țări, inclusiv Universitatea din București în cadrul acestui proiect.

Informații suplimentare sunt disponibile pe site-ul proiectului.