Arvutuskeemia kasutab kvantmehaanikal ja molekulaarmehaanikal põhinevaid meetodeid modelleerimaks keemiliselt huvi pakkuvaid süsteeme ja protsesse. Meie uurimisgrupis on kasutusel peamiselt tihedusfunktsionaalide teoorial põhinevad meetodid, millega uurime reaktsioonimehhanisme ja molekulide struktuuri. Meie kompetents hõlmab ka anorgaaniliste koordinatiivsete ühendite ning nõrgalt seotud komplekside modelleerimist. Viimasel ajal oleme lisanud oma arsenali molekulaarmehaanika, masinõppe ja arvutusliku vedelikudünaamika. Kasutame mitmesuguseid arvutuskeemia tarkvarapakette, nagu Gaussian, Orca, Turbomole, CP2K, Amber, Gromacs, jt. Lisaks kohapealsetele arvutusressurssidele on meil ligipääs üle-Eestilisele ETAIS taristule, millest osa paikneb ka meie ülikooli linnakus.

Oleme arendanud molekulaarsete süsteemide kirjeldamise masinõppe mudeleid, mis oleksid invariantsed molekuli ruumiliste asendite kui ka aatomite ümbernummerdamise suhtes. Meil edasi arendatud lineariseeritud moment-tensor potentsiaalide mudel on näidanud üles kõrget täpsust, olles võrreldav kõige täpsemate sidestatud klastri kvantkeemiliste mudelitega, kuid ületades viimaste arvutuskiirust mitmeid suurusjärke.

Koostöös supramolekulaarse keemia uurimisgrupiga on üheks meie uurimisobjektiks hemikukurbituriilide aineklass, spetsiifiliselt selle tsükloheksano-variandid. Viimastel aastatel arvutuslikult uuritud nähtuste hulka kuuluvad neutraalsete ja iooniliste külalismolekulide seondumise viisid, võõrustaja-molekuli moodustumine mall-iooni ümber ning vastavate sünteesireaktsioonide mehhanismid.

Masinõppe, kvantmehaanika ja molekulaarmehaanika meetodite kombinatsioon on paljutõotav ka suurte anorgaaniliste katalüsaatori-komplekside potentsiaalse energia pindade täpsel kaardistamisel. Nimetatud süsteemid on liiga suured ja samas paindlikud, et neid saaks uurida standardsete tihedusfunktsionaalide meetoditega. Siinsed arendused võimaldavad uusi lähenemisi katalüütiliste reaktsioonide mehhanismide uurimisele.

Juht: Toomas Tamm

Doktorandid: Aleksandra Zahharova, Hanna-Eliisa Luts, Arian Lopušanski, Işılay Öztürk.

Link publikatsioonidele

Enantiomeerselt puhaste ainete vajadus farmaatsias, agrokeemias ja kosmeetikas kasvab pidevalt. Puhaste enantiomeeride saamiseks on põhimõtteliselt kolm võimalust: eraldamine looduslikust materjalist; eraldamine sünteesil saadud ratseemilisest segust ja asümmeetrilise sünteesi spetsiifilisi meetodite kasutamine.

Käeliste bioloogilist toimet omavate ühendite (näiteks ravimid) järeletegemine keemiku kolbides on tõsine väljakutse. Vajaliku enantiomeeri süntees lihtsatest mittekäelistest lähteühenditest nõuab spetsiifiliste asümmeetrilise sünteesi metoodikate ja võtete valdamist. Produkti soovitud konfiguratsioon tuleneb kiraalsest mõjurist, milleks on kas kiraalne reagent, kiraalne substraat, kiraalne katalüsaator või kiraalne abiühend.

Viimaste aastate rühma uurimised on suunatud tsüklopropanooli võimalikku kasutamist bioaktiivsete tsükliliste aminohapete sünteesil, mitmete klamüdotsiini analoogide sünteesi võimalused – uurimuste tulemuste alusel väljatöötatud meetod sobib üldiselt bioaktiivsete molekulaarraamatukogude loomiseks; fenoolide ja naftoolide dearomatiseerumisele erinevatel tingimustel jt.

Uurimused on tihedalt seotud Molekulaarse Rakutehnoloogia Tippkeskuse temaatikaga (Center of Excellence in Molecular Cell Engineering, CEMCE). Koos professorite A. Meritsa, M. Karelsoni ja T. Tensoniga uuritakse  erinevate ühendite bioaktiivsust ja nende võimalikke rakendusi.

• Margus Lopp, professor 
• Anne Paju, vanemteadur
• Anni Kooli, doktorant-nooremteadur
• Eleana Lopušanskaja, doktorant-nooremteadur
• Marek Kõllo, insener
• Aleksander-Mati Müürisepp, insener

Lopušanskaja, E.; Kooli, A.; Paju, A.; Järving, I.; Lopp, M. (2021). Towards ortho-selective electrophilic substitution/addition to phenolates in anhydrous solvents. Tetrahedron, 131935. DOI: 10.1016/j.tet.2021.131935.

Kõllo, M.; Kasari, M.; Kasari, V.; Pehk, T.; Järving, I.; Lopp, M.; Jõers, A.; Kanger, T. (2021). Designed whole-cell-catalysis-assisted synthesis of 9,11-secosterols. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 17, 581−588. DOI: 10.3762/bjoc.17.52.

Kananovich, D.; Elek, G. Z.; Lopp, M.; Borovkov, V. (2021). Aerobic Oxidations in Asymmetric Synthesis: Catalytic Strategies and Recent Developments. Frontiers in Chemistry, 9. DOI: 10.3389/fchem.2021.614944.

Ivanova, L.; Rausalu, K.; Ošeka, M.; Kananovich, D. G.; Žusinaite, E.; Tammiku-Taul, J.; Lopp, M.; Merits, A.; Karelson, M. (2021). Novel Analogues of the Chikungunya Virus Protease Inhibitor: Molecular Design, Synthesis, and Biological Evaluation. ACS Omega. DOI: 10.1021/acsomega.1c00625.

Zubrytski, D. M.; Elek, G. Z.; Lopp, M.; Kananovich, D. G. (2020). Generation of Mixed Anhydrides via Oxidative Fragmentation of Tertiary Cyclopropanols with Phenyliodine(III) Dicarboxylates. Molecules, 26 (1), #140. DOI: 10.3390/molecules26010140.

Elek, G. Z.; Koppel, K.; Zubrytski, D. M.; Konrad, N.; Järving, I.; Lopp, M.; Kananovich, D. G. (2019). Divergent Access to Histone Deacetylase Inhibitory Cyclopeptides via a Late-Stage Cyclopropane Ring Cleavage Strategy. Short Synthesis of Chlamydocin. Organic Letters, 21 (20), 8473−8478. DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03305.

Ivanova, L.; Rausalu, K.; Ošeka, M.; Kananovich, D. G.; Žusinaite, E.; Tammiku-Taul, J.; Lopp, M.; Merits, A.; Karelson, M. (2021). Novel Analogues of the Chikungunya Virus Protease Inhibitor: Molecular Design, Synthesis, and Biological Evaluation. ACS Omega, 6 (16), 10884−10896. DOI: 10.1021/acsomega.1c00625.

Kooli, A.; Shalima, T.; Lopušanskaja, E.; Paju, A.; Lopp, M. (2021). Selective C-alkylation of substituted naphthols under non-aqueous conditions. Tetrahedron, 95, 132278. DOI: 10.1016/j.tet.2021.132278.

Bioinformaatika on oma loomult interdistsiplinaarne teadusvaldkond, mis ühendab bioloogia, arvutiteaduse, infotehnika, matemaatika ja statistika selleks, et analüüsida ja tõlgendada bioloogilisi andmeid ja nähtuseid.

TalTechi Bioinformaatika peamised uurimisvaldkonnad asuvad genoomikas ning mitmetasandilises andmestiku integratsioonis. Meie grupp omab laialdast oskustepagasit nii kogenud kui alles tärkavate ekspertide näol pildianalüüsis, masinõppes, de novo genoomikas, transkriptoomikas, arvutuslikus modelleerimises, molekulaarbioloogias, taimebioloogias ja -viroloogias ning vähigenoomikas. 

Hetkel oleme seotud mitmete kohalike ja rahvusvaheliste uurimisprojektidega, mis hõlmavad teemasid nagu toidu mikrobioloogia, antimikroobne resistentsus, puude-, marjade-, ja vähigenoomika. 

Meie uurimisgrupp on veel küllalt noor. Maailmas, kus teaduse arusaam bioloogilistest organismidest ja nende vastasmõjudest süsteemi tasemel on aina põhjalikum, ning kus arenev tehnoloogia muudab detailse andmehõive aina kiiremaks ja taskukohasemaks, on oluline tuua teaduritele ja tudengitele uusimad teadmised ja võimekused efektiivsete analüüsimeetodite kasutamiseks. Arendades oskusi, mis on olulised nii täna kui tulevikus, on meie sihiks anda oma panus TalTechi tõusvale teadus- ja õppetasemele.  

Grupijuht: Professor (asst.) Olli-Pekka Smolander

Grupi koduleht

Cellular, Extracellular and Extracellular Vesicular miRNA Profiles of Pre-Ovulatory Follicles Indicate Signaling Disturbances in Polycystic Ovaries || INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES (2020)
https://www.mdpi.com/1422-0067/21/24/9550

ELIMÄKI Locus Is Required for Vertical Proprioceptive Response in Birch Trees || CURRENT BIOLOGY (2020)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982219316112 

Molecular profile of the rat peri-infarct region four days after stroke: study with MANF || EXPERIMENTAL NEUROLOGY (2020)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014488620301199 

Droplet-based digital antibiotic susceptibility screen reveals single-cell clonal heteroresistance in an isogenic bacterial population || SCIENTIFIC REPORTS (2020)
https://www.nature.com/articles/s41598-020-60381-z 

Evolutionary Origin of the P2X7 C-ter Region: Capture of an Ancient Ballast Domain by a P2X4-Like Gene in Ancient Jawed Vertebrates || FRONTIERS IN IMMUNOLOGY (2020)
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2020.00113/full?report=reader 

Notum produced by Paneth cells attenuates regeneration of aged intestinal epithelium || NATURE (2019)
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1383-0 

Biomeditsiini labori uurimisobjektiks on Helicobacter pylori (HP) ja tema roll erinevate maksahaiguste kujunemisel. HP on Gram-negatiivne bakter, kes on kohastunud eluks inimese mao happelises keskkonnas. Eestis on bakteriga nakatunud umbes 70% täiskasvanud elanikkonnast. HP põhjustab maos põletikku ja haavandeid, kuid raskematel juhtudel võib patsientidel kujuneda välja ka maovähk. Lisaks maole suudab HP mõjutada ka teisi organeid, nende seas maksa.

Meie teadustöö põhisuunad on järgmised:

• Helicobacter pylori poolt indutseeritud invadosoomide roll maksakahjustustes. Oleme varasemalt näidatud, et HP kutsub nakatatud maksarakkudes esile invadosoomide tekke. Hetkel uurime, millised molekulaarsed mehhanismid on selle fenomeni taga, kasutades nii in vitro meetodeid kui transkriptoomi sekveneerimist.
• Helicobacter pylori indutseeritud maksakahjustuste kliinilised aspektid. Kasutame oma töös HP-ga nakatatud katsehiirte maksasid ja uurime, millist mõju avaldab bakter maksale erineva ajaperioodi jooksul. Lisaks analüüsime selliste markerite ekspressioonitaseme muutust nagu YAP1 ja CD44.
• Helicobacter pylori mõjutatud soolestiku mikrobioota roll maksahaiguste arengus. Kaasame uuringusse Eesti patsiendid, et kirjeldada siin ringlevaid HP tüvesid, nende mõju suu/mao/soole mikrobiootale ja maksale.

Uurimisrühma liikmed

Uurimisrühma juht: Pirjo Spuul

Doktorandid: Olga Smirnova, Kaisa Roots, Sadia Khalid

Magistrandid: Anastasiia Galitskihh, Johanna Kristina Tamm

Bakalaureusetudeng: Liisa Truu

 

Kontaktinfo

Pirjo Spuul, vanemteadur, biomeditsiini labori juhataja

e-mail: pirjo.spuul@taltech.ee

Aadress: Loodusteaduste maja, Akadeemia tee 15, ruum 140

CV: https://www.etis.ee/CV/PirjoSpuul/est

Varon, C. et al., (2021). Seminars in Cancer Biology, S1044-579X(21)00219-4. DOI: 10.1016/j.semcancer.2021.08.007

Durán, C. et al., (2021). Nature Communications, 12 (1), #1926. DOI: 10.1038/s41467-021-22135-x

Le Roux-Goglin, E. et al., (2012). European Journal of Cell Biology, 91 (3), 161−170. DOI: 10.1016/j.ejcb.2011.11.003

DNA replication is an essential process of genome duplication that has to be tightly regulated to ensure that each part of the genome is duplicated once and only once per cell cycle. DNA replication remains one of the main targets of cancer therapies as cancer cells tend to proliferate faster and are generally prone to replication stress. One way to make replication targeting drugs more efficient is to increase the number of replication forks in cancer cells. However, most of the replication initiation research to date has been done using model organisms such as yeast Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces pombe, or Xenopus laevis egg extracts. The human DNA replication system is, as expected, much more complex, and identifying human homologs of replication initiation factors using data from model systems has proven difficult, resulting in the need to re-evaluate every finding from a model system on a case-by-case basis.

The group currently leading research efforts in the following topics: i) The role of DNA polymerase epsilon in replication initiation in human cells, ii) developing a novel system to study DNA replication initiation in human cells based on proximity labelling, iii) the role and order of kinase activities in replication initiation.

Group leader: Tatiana Moiseeva, senior research scientist

Members:
Sameera Vipat, PhD student
Hele Anderspuk, Master's student
Sigvard Vällo, Bachelor's student

Group website: https://moiseevalab.com/

Link publikatsioonidele

Immunoloogia töögrupi peamine uurimissuund on leukotsüütide aktivatsioon ja selle reguleerimine. See on ülioluline nii terves organismis kui ka immuunvastuse ajal. Nende mehhanismide väärtalitlus on võtmeteguriks kasvajate, põletikuliste- ja autoimmuunhaiguste korral ning mõjutab tugevalt ka võimet patogeenidega võidelda.
Oleme uurimiseks valinud kaks regulaatorite perekonda, mille immuunregulatoorseid funktsioone on vähe uuritud – RGS (G valgu signaliseerimise regulaatorid, peamine uurimisobjekt RGS16) ja P2X (puriinergilised retseptorid, peamised uurimisobjektid P2X4 ja P2X7). Kasutades koos nii in vitro kui in vivo mudeleid, viime läbi funktsiooni kaotamise ja lisamise katseid, et iseloomustada nende geenide poolt vahendatud mehhanisme. Samuti kasutame võrdlusmeetodeid hindamaks nende geenide olulisust immuunsüsteemi evolutsiooni kontekstis. Näitasime et P2X7 retseptor tekkis P2X4 sarnase retseptori ja ballast domääni ühinemisel (Rump et al 2020a)
Iseloomustame mehhanisme, läbi mille RGS16 mõjutab eksperimentaalse autoimmuunse entsefalomüeliidi (EAE), hulgiskleroosi loommudeli, kulgu ja  RGS16 poolt reguleeritud signaaliradu. Kirjeldame P2X4 rolli ATP-vahendatud eosinofiilide (ja ka teiste rakutüüpide) aktiveerimisel koostöös PERHi-ga ning P2X4 geeni varieeruvust Eesti populatsioonis koostöös Eesti Geenivaramuga (Ph.D. projekt, kaasjuhendaja O. Smolander). 

Näitasime, et SARS-CoV-2-NP glükolüseerimine varjutab immunodominantseid epitoope. Paljudel juhtudel võib see viia valenegatiivsete seroloogiliste testideni. SARS-CoV-2-NP deglükolüseerimine suurendas märkimisväärselt positiivsete testide arvu (Rump et al 2020b).

Juht: Sirje Rüütel Boudinot, vanemlektor, Tallinna Tehnikaülikool 
Akadeemilised liikmed:
Doktorandid: Airi Rump, Kadri Orro, Roland Martin Teras
Teadurid: Viiu Paalme
Mitteakadeemilised liikmed: Emilia Di Giovanni (Erasmus tudeng, University of Palermo)

Juhendamisel väitekirjad
•  Airi Rump, doktorant, (juh) Sirje Rüütel Boudinot; Olli-Pekka Aukusti Smolander, Impact of the purinergic receptor P2X4R on inflammation and autoimmunity (Puriinergilise retseptori P2X4R olulisus põletiku- ja autoimmuunprotsessides), Tallinna Tehnikaülikool, Loodusteaduskond, Keemia ja biotehnoloogia instituut 

•  Kadri Orro, doktorant, (juh) Sirje Rüütel Boudinot; Toomas Neuman, Analysis of human skin cell population interactions using non-invasive method (Inimese naharakkude populatsioonide interaktsioonide uurimine mitteinvasiivsel meetodil), Tallinna Tehnikaülikool, Loodusteaduskond, Keemia ja biotehnoloogia instituut. 

•  Roland Martin Teras  doktorant, (juh) Sirje Rüütel Boudinot; Dr Jüri Teras. Title of his doctoral thesis topic is “Validation of molecular markers for malignant melanoma of the skin and relevant aspects of surgical therapy of malignant melanoma and soft tissue tumors” Tallinna Tehnikaülikool, Loodusteaduskond, Keemia ja biotehnoloogia instituut

Uurimisrühma liikmete aruandeaastal juhitud olulisemad projektid/lepingud:
Estonian Research Council grant COVSG34, 2020-2021 (grandi hoidja Vitali Syritski, Department of Materials and Environmental Technology)
Projekti pealkiri eesti keeles 
Uued diagnostilised SARS-CoV-2 viirusnakkuse tuvastamise meetodid kliiniliseks ja portatiivseks kasutamiseks
Projekti pealkiri inglise keeles 
Novel diagnostic tools for detection of SARS-CoV-2 infection for clinical and point-of-care use
 

J. Suurvali, M. Pahtma, R. Saar, V. Paalme, A. Nutt, T. Tiivel, M. Saaremae, C. Fitting, J.M. Cavaillon, and S. Ruutel Boudinot, RGS16 restricts the pro-inflammatory response of monocytes. Scand J Immunol 81 (2015) 23-30.

M. Teras, E. Viisileht, M. Pahtma-Hall, A. Rump, V. Paalme, P. Pata, I. Pata, C. Langevin, and S. Ruutel Boudinot, Porcine circovirus type 2 ORF3 protein induces apoptosis in melanoma cells. BMC Cancer 18 (2018a) 1237.

Teras M, Rump A, Paalme V, Rüütel Boudinot S: Porcine Circovirus Type2      ORF3 protein            induces apoptoses in melanoma cells (abstract 2018- No  P.B1.03.15; Page 221; A-1919-ECI) Amsterdam, (2018b):       https://www.eci2018.org/fileadmin/user_upload/documents/ECI_2018_Abstra            ct_Book_web_21082018.pdf

Paalme, V.; Rump, A.; Mädo, K.; Teras, M.; Truumees, B.; Aitai, H.; Ratas, K.; Bourge, M.; Chiang, C.-S.; Ghalali, A.; Tordjmann, T.; Teras, J.; Boudinot, P.; Kanellopoulos, J.; Rüütel Boudinot, S. (2019). Human peripheral blood eosinophils express high level of the purinergic receptor P2X4. Frontiers in Immunology.10.3389/fimmu.2019.02074

Rump, A.; Smolander, O.-P.; Rüütel Boudinot, S.; Kanellopoulos, J. M; Boudinot, P. (2020).  Evolutionary origin of the P2X7 C-ter region: capture of an ancient ballast domain by a P2X4-like gene in ancient jawed vertebrates. Frontiers in Immunology, 11, 113−113. DOI: 10.3389/fimmu.2020a.00113. 

Teras, J.; Kroon, H. M.; Thompson, J. F.; Teras, M.; Pata, P.; Mägi, A.; Teras, R. M.; Rüütel Boudinot, S. (2020). First Eastern European Experience of Isolated Limb Infusion for In-Transit Metastatic Melanoma Confined to the Limb: Is it still an Effective Treatment Option in the Modern Era? European Journal of Surgical Oncology.  Vol 46, Feb 2020, p272-276. 

Rump, A.; Risti, R.; Kristal M.-L.; Reut, J.; Syritski, V.; Lõokene, A., Rüütel Boudinot, S. (2021). Dual ELISA using SARS-CoV-2 N protein produced in E. coli and CHO cells reveals epitope masking by N-glycosylation. Biochemical and Biophysical Research Communications, 534, 457−460. DOI: 10.1016/j.bbrc.2020b.11.060

Kanellopoulos J, Almeida-da-Silva CLC, Rüütel Boudinot S and Ojcius DM (2021) Structural and Functional Features of the P2X4 Receptor: An Immunological Perspective. Front. Immunol. 12:645834. doi: 10.3389/fimmu.2021.645834

Oleme Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia teaduskonna toidutehnika ja inseneribioloogia labor. Meie uurimistöö on keskendunud globaalsele bioloogilise jätkusuutlikkuse väljakutsetele, sealhulgas toidu ja sööda, aga ka biokeemiliste ainete ja materjalide kestlikule tootmisele. Oma töös arendame uusi biopõhiseid protsesse, kus kasutame rakuvabrikuid erinevate orgaaniliste jäätmete, näiteks toidu- ja puidutööstuse jäätmete, muundamiseks lisandväärtusega toodeteks.

Tuginedes oma uurimisrühma multidistsiplinaarsetele oskustele, oleme loonud rakutehase projekteerimise ja bioprotsesside optimeerimise tsükli Design-Build-Test-Learn. Uute rakuvabrikute loomisel kasutame metaboolset modelleerimist; töötame välja uusi sünteetilise bioloogia tööriistu rakuvabrikute tõhusamaks konstrueerimiseks; ja kasutame protsessi iseloomustamiseks ja optimeerimiseks meie labor-skaalas bioreaktori platvormi. Lisaks kasutame 3D printimist „elavate materjalide” arendamiseks, mis parandavad biotehnoloogial põhinevaid tootmisprotsesse.

Neid lähenemisviise kombineerides on meie eesmärk tõlkida fundamentaalteaduslikud tulemused tööstuslikes biotehnoloogia rakendustes, ehitades tõhusamaid tootja-rakke. Arendame koos oma rahvusvaheliste ja kohalike partneritega ringmajanduse kõiki väärtusahelaid, et tagada minimaalse jäätmevooga lisandväärtusega toodete jätkusuutlik tootmine.

Liikmed:

Petri-Jaan Lahtvee, Professor/Juht
Nemailla Bonturi, Vanemteadur
Rahul Kumar, Vanemteadur
Isma Belouah, Teadur
Srdjan Gavrilovic, Teadur
Paola Monteiro, doktorant
Alina Rekena, doktorant
Andreia Axelrud, insener
Gintare Liudžiūte, Biotech spetsialist
Artjom Tšitšerin, HS tudeng
Juliano Sabedotti De Biaggi, doktorant
Luisa Czamanski, doktorant

Grupi veebileht
 

2021
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2021.659472/full
https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pmic.202000093
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.1c00754
https://journals.asm.org/doi/10.1128/AEM.03100-20
2020
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2020.01008/full
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mabi.202000121
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.0c00335
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.20.957662v1
https://www.mdpi.com/1996-1073/13/4/795
https://link.springer.com/article/10.1007/s00253-020-10386-5
https://www.mdpi.com/2071-1050/12/1/272
2019
https://www.mdpi.com/1996-1073/12/19/3683
2017
https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(17)30088-1
https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/msb.20167411
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00253-017-8432-0
https://www.nature.com/articles/s41598-017-01141-4
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359511316311692
2016
https://www.molbiolcell.org/doi/full/10.1091/mbc.E16-03-0187
2015
https://academic.oup.com/femsyr/article/15/1/1/543127
https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-55013-3_4
2014
https://www.microbiologyresearch.org/content/journal/micro/10.1099/mic.0.078089-0#tab2
 

Analüütilist keemiat võib nimetada mitmete teadusdistsipliinide tähtsaks lahutamatuks osaks, kuna kõik meetodid mis tegelevad ainete identifitseerimise, kvantifitseerimise ja iseloomustamisega keerulistes maatriksites on seotud analüütilise keemia rakendamisega.
Instrumentaalanalüüsi uurimisrühm tegeleb kaasaegsete analüüsimeetodite arenduse ja rakendamisega ühiskonna oluliste probleemide lahendamisel (toidu- ja keskkonnaohutus, keelatud kemikaalide tuvastamine, ravimijäägid keskkonnas, bioakiivsed ained toiduainetes ja ravimtaimedes ning nende toime rakkudele, ravimid kliinilistes proovides, mikro- ja makroelemendid toidus ja looduslikes objektides) kasutades tipptaseme analüüsiseadmeid (gaas- ja vedelikkromatograafia, massispektromeetria, spektroskoopia, kapillaarelektroforees jne.). Selle juures on fookuses saadavate analüüsitulemuste kvaliteedi ja usaldusväärsuse kindlustamine ning erinevate statistiliste meetodite rakendamine katsete planeerimisel ja katseandmete töötlemisel. 

Jooksvad projektid:
•    AKKI – Analüütilise keemia kvaliteedi infrastruktuur on meede, mille raames arendatakse ja rakendatakse moodsaid keemilise analüüsi metoodikaid ning tagatakse analüüsitulemuste kvaliteet teadus-, järelevalve- ja tööstuslaborite jaoks.
•    EAG arendusprojekti raames disainitakse universaalne kaasaskantav analüsaator, mis ühendab kapillaarelektroforeetilist lahutamist ja fluorestsentsipõhist detekteerimist. Töö käigus arendatakse nii proovi ettevamistamise kui ka lahutusmetoodikad erinevate narkootiliste ainete tuvastamiseks süljes.
•    ResTA projekti fookuses on lignotselluloosse biomassi töötlemine, fraktsioneerimine ja funktsionaliseerimine uute nutikate materjalide saamiseks ja nende protsesside iseloomustamine erinevate analüüsimeetoditega. 
•    KIKi rahvusvahelise projekti käigus töötatakse välja mandariinimahla pressijääkide väärindamise tehnoloogiad eesmärgiga leevendada Gruusia puuviljamahla tööstuse keskkonna jalajälge kasutades ringmajanduse põhimõtteid. 
•    Instrumentaalanalüüsi ruumides tegutseb ka akrediteeritud Keemilise analüüsi teadus- ja katselaboratoorium, mille eesmärgiks on rakendada ülikoolis välja kujunenud kõrgetasemelist teaduspotentsiaali koostöös riigi asutuste ja eraettevõtetega.
Uurimisrühm ootab lõputöid tegema magistrante ja bakalaureuseõppe tudengeid. Igaaastaselt avaldame ka doktoritööde teemasid. 

Tutvu laboriga nende kodulehel

 

Personal:

Dr. Merike Vaher, vanemteadur
Dr. Mihkel Koel, juhtivteadur
Dr. Mihkel Kaljurand, emeriitprofessor
Dr. Maria Kulp, vanemteadur
Dr. Maria Kuhtinskaja, dotsent
Dr. Jekaterina Mazina-Šinkar, teadur
Dr. Piret Saar-Reismaa, teadur
Dr. Olga Bragina, teadur
Dr. Martin Ruzicka, teadur-järeldoktor
Piia Jõul, doktorant – nooremteadur
Tiina Kontson, doktorant
Pille-Riin Laanet, doktorant –nooremteadur
Vyacheslav Bolkvadze, doktorant
Kristiina Leiman, spetsialist

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914019312950?via%3Dihub
https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1934578X20951417
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/AY/D0AY02002H
https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sscp.202000016
https://www.mdpi.com/1420-3049/26/16/4918/htm

Meie teadustegevused keskenduvad uute, efektiivsete, ohutute ja keskkonnasõbralikke kemikaalide ja koostiste loomisele. Me tegeleme orgaaniliste ühendite sünteesiga järgides jätkusuutlikkust ning rohelise keemia ja tehnoloogia printsiipe.

- Orgaanilise keemia alal keskendume puhaste ja keskkonnasäästlike meetodite väljatöötamisele väikeste molekulide sünteesiks ja funktsionaalsete materjalide saamiseks, mida kasutame biomeditsiinilistes ja keskkonnasõbralikes rakendustes.
- Meditsiinilise keemia uuringud hõlmavad vastumürkide ja vähivastaste ainete ratsionaalset disaini. Innovaatilised viisid ravimite sisseviimiseks on baseeritud funktsionaliseeritud nanoteemantide ja säästvate mikro/nanoemulsioonidele.
- Biolagunevust (OECD 301D CBT) kasutatakse selleks, et identifitseerida madalama mürgisusega või mineraliseeruvaid produkte ning seeläbi kasutada jätkusuutlikke meetodeid (“benign-by-design”).
- Biomassi väärindamise tulemuseks on ligniinipõhised tooted. Uurime uusi vorme (mitselle, geele, kilesid ja emulsioone), millel on reguleeritavad biolagunevused ning antibakteriaalsed või viirusevastased toimed.
- Inimloodud geneetiliste ravimite/muundamiste kõrvalmõjude ärahoidmine hõlmab (I) vastumürkide  ja saaste puhastuskomplektide arendamist, mis on vajalikud esmareageerijatele ja vabatahtlikele; (II) desinfitseerivate ainete loomist, mis jäävad pinnale ja inaktiveerivad baktereid ja viirusi.

Meie teadustöösse on kaasatud kõikide tasemete tudengid, sealhulgas rahvusvahelised üliõpilased, kes tegelevad praktiliste töödega või osalevad projektides.

Juht: Yevgen Karpichev, PhD, vanemteadur (Email: yevgen.karpichev@taltech.ee )

Liikmed: Denys Bondar (doktorant-nooremteadur), Nandish K. Nagappa (doktorant), Oleg Silenko (külalisdoktorant), Ella Duvanova (Dora Pluss külalisdoktorant), Michael Astorga (DAAD), Munkhtuul Enkhbat (DAAD).

 

1.    Banjare, M. K.; Kamalakanta, B.; Banjare, R. K.; Pandey, S.; Ghosh, K. K.; Karpichev, Y. Molecular Interactions between Novel Synthesized Biodegradable Ionic Liquids with Antidepressant Drug. Chem. Thermodyn. Therm. Anal., 2021 (3-4), 100012.  https://doi.org/10.1016/j.ctta.2021.100012

2.    Trybrat, O. O.; Yesypenko, O. A.; Shishkina, S. V.; Rusanov, E. B.; Karpichev, Y.; Kalchenko, V. I. (2021). 25-Propyloxy-26,27-dibenzoyloxy-calix[4]arene as Precursor for the Synthesis of Inherently Chiral Calixarenes. Eur. J. Org. Chem., 2021 (28), 3912−3919. DOI: https://doi.org/10.1002/ejoc.202100624

3.    Usmani, Z.; Sharma, M.; Karpichev, Y.; Pandey, A.; Kuhad, R.Ch.; Bhat, R.; Poonia, R.; Aghbashlo, M.; Tabatabaei, M.; Gupta, V. K. Advancement in valorization technologies to improve utilization of bio-based waste in bioeconomy context. Renew. Sustain. Energy Rev., 2020 (131), 109965. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109965 .

4.     Velihina, Ye.; Scattolin,Th.; Bondar, D.; Pil'o, S.; Obernikhina, N.; Kachkovskyi, O.; Semenyuta, I.; Caligiuri, I.; Rizzolio, F.; Brovarets, V.; Karpichev, Y.; Nolan S. P. Synthesis, In silico and In vitro Evaluation of Novel Oxazolopyrimidines as Promising Anticancer Agents. Helv. Chim. Acta, 2020, 103 (12), #e2000169. https://doi.org/10.1002/hlca.202000169

5.     Usmani, Z.; Sharma, M.; Gupta, P.; Karpichev, Y.; Gathergood, N.; Bhat, Rajeev; Gupta, V. K. Ionic liquid based pretreatment of lignocellulosic biomass for enhanced bioconversion. Bioresour. Technol., 2020 (304), 123003. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123003

6.    Suk, M.; Haiß, A.; Westphal, J.; Jordan, A.; Kellett, A.; Kapitanov, I.V.; Karpichev, Y.; Gathergood, N.; Kümmerer, K. Design rules for environmental biodegradability of phenylalanine alkyl ester linked ionic liquids. Green Chem., 2020 (22), 4498−4508. https://doi.org/10.1039/D0GC00918K

7.     Pandya, S.; Kapitanov, I. V.; Usmani, Z.; Sahua, R.; Sinha, D.; Gathergood, N.; Ghosh, K. K.; Karpichev, Y. An Example of Green Surfactant Systems Based on Inherently Biodegradable IL-derived Amphiphilic Oximes. J. Mol. Liquids, 2020 (305), 112857. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112857

Professor Tõnis Kangeri uurimisrühma laiem tegevusala on asümmeetriline orgaaniline süntees. Tegeldakse nii bioaktiivsete ühendite totaalsünteesi kui ka kitsamalt eri liiki asümmeetriliste kaskaad- ja katalüütiliste reaktsioonide uurimisega. Seejuures keskendutakse asümmeetrilistele organokatalüütilistele reaktsioonidele, pöörates tähelepanu nii kovalentsetel sidemetel põhinevale aminokatalüüsile kui ka mittekovalentsetel interaktsioonidel baseeruvale vesiniksideme katalüüsile.

Mitmed uuritud reaktsioonidest on kaskaadreaktsioonid, st järjestikku toimub mitu reaktsiooni ja ühes sünteesietapis tekib mitu uut keemilist sidet. See tõstab reaktsioonide aatomefektiivsust, vähendab läbiviidavate etappide arvu ja muudab meetodi keskkonnasõbralikumaks. Metallkatalüüsi korral eelistatakse kasutada laialtlevinud ja vähetoksilist metalli kaltsiumi. Sünteetilist uurimistööd toetavad nii spektroskoopilised, kristallograafilised ja kromatograafilised eksperimendid kui ka teoreetilised kvantkeemilised arvutused. Vesiniksideme katalüüsi alast kogemust rakendatakse uute halogeensideme katalüsaatorite disainil ja katalüüsil.

Läbiva teemana iseloomustab uurimistööd jätkusuutliku ja rohelise keemia printsiipide rakendamine asümmeetrilises sünteesis. Uurimine on suunatud reaktsioonide efektiivsuse ja selektiivsuse tõstmisele eelkõige katalüüsi, kaskaadreaktsioonide, 100%-lise aatomefektiivsusega ümberasetusreaktsioonide ja vähetoksiliste metallkatalüsaatorite kasutamise läbi.

Katalüüsi rühma kuuluvad Tõnis Kanger, Kadri Kriis, Andrus Metsala, Kristin Erkman, Estelle Silm, Aleksandra Murre, Kaarel Hunt, Harry Martõnov ja Annette Miller.

Grupi veebileht

Hunt, K. E.; García-Sosa, A. T.; Shalima, T.; Maran, U.; Vilu, R.; Kanger, T. Org. Biomol. Chem., 2022, Advance Article DOI link

Kriis, K.; Martõnov, H.; Miller, A.; Erkman, K.; Järving, I.; Kaasik, M.; Kanger, T. Multifunctional Catalysts in the Asymmetric Mannich Reaction of Malononitrile with N-Phosphinoylimines: Coactivation by Halogen Bonding versus Hydrogen Bonding. J. Org. Chem. 2022, XXXX, XXX, XXX-XXX. DOI link

Silm, E.; Järving, I.; Kanger, T. Asymmetric organocatalytic Michael addition of cyclopentane-1,2-dione to alkylidene oxindole. Beilstein Journal of Organic Chemistry 2022, 18, 167−173. DOI link

Murre, A.; Erkman, K.; Järving, I.; Kanger, T. Asymmetric Chemoenzymatic One-Pot Synthesis of α-Hydroxy Half-Esters. ACS Omega 2021, 6, 31, 20686–20698. DOI link

Kimm, M.; Järving, I.; Ošeka, M.; Kanger, T. Asymmetric Organocatalytic [2,3]‐Wittig Rearrangement of Cyclohexanone Derivatives. Eur. J. Org. Chem. 2021, 3113–3120. DOI link

Kaasik, M.; Martõnova, J.; Erkman, K,: Metsala, A.; Järving, I.; Kanger, T. Enantioselective Michael addition to vinyl phosphonates via hydrogen bond-enhanced halogen bond catalysis. Chem. Sci., 2021, 12, 7561-7568. DOI link

Trubitsõn, D.; Martõnova, J.; Kudrjašova, M.; Erkman; K.; Järving, I.; Kanger T. Enantioselective Organocatalytic Michael Addition to Unsaturated Indolyl Ketones. Organic Letters, 2021, 23 (5), 1820−1824. DOI link

Kõllo, M.; Kasari, M.; Kasari, V.; Pehk, T.; Järving, I.; Lopp, M.; Jõers, A.; Kanger, T. Designed whole-cell-catalysis-assisted synthesis of 9,11-secosterols. Beilstein Journal of Organic Chemistry 2021, 17, 581−588. DOI link

Trubitsõn, D.; Kanger, T. Enantioselective Catalytic Synthesis of N-alkylated Indoles. Symmetry 2020, 12, 1184. DOI link

Kaasik, M.; Kanger, T. Supramolecular Halogen Bonds in Asymmetric Catalysis. Frontiers in Chemistry 2020, 8, 599064. DOI link

Trubitsõn, D.; Martõnova, J.; Erkman, K.; Metsala, A.; Saame, J.; Kõster, K.; Järving, I.; Leito, I.; Kanger, T. Enantioselective N-Alkylation of Nitroindoles under Phase-Transfer Catalysis. Synthesis 2020, 52, 1047−1059. DOI link

Murre, A.; Erkman, K.; Kaabel, S.; Järving, I.; Kanger, T. Diastereoselective [2,3]-Sigmatropic Rearrangement of N-Allyl Ammonium Ylides. Synthesis 2019, 51, 4183−4197. DOI link

Silm, E.; Kaabel, S.; Järving, I.; Kanger, T. Asymmetric Organocatalytic Michael Addition–Cyclisation Cascade of Cyclopentane-1,2-dione with Alkylidene Malononitriles. Synthesis 2019, 51, 4198−4204. DOI link

Kimm, M.; Ošeka, M.; Kaabel, S.; Metsala, A.; Järving, I.; Kanger, T. [2,3]-Wittig Rearrangement as a Formal Asymmetric Alkylation of α-Branched Ketones. Organic Letters 2019, 21, 13, 4976-4980. DOI link

Kaasik, M.; Metsala, A.; Kaabel, S.; Kriis, K.; Järving, I.; Kanger, T. Halo-1,2,3-triazolium Salts as Halogen Bond Donors for the Activation of Imines in Dihydropyridinone Synthesis. Journal of Organic Chemistry 2019, 84, 4294−4303. DOI link

Kaasik, M.; Kaabel, S.; Kriis, K.; Järving, I.; Kanger, T. Synthesis of Chiral Triazole-Based Halogen Bond Donors. Synthesis 2019, 51, 2128-2135. DOI link  

Peterson, A.; Kaasik, M.; Metsala, A.; Järving, I.; Adamson, J.; Kanger, T. Tunable chiral triazole-based halogen bond donors: assessment of donor strength in solution with nitrogen-containing acceptors. RSC Advances 2019, 9, 11718−11721. DOI link 

Reitel, K.; Kriis, K.; Järvin, I.; Kanger, T. Study of the asymmetric organocatalyzed [3+2] annulation of cyclopropenone and β-keto ester. Chemistry of Heterocyclic Compounds 2018, 54, 929−933. DOI link

Trubitsõn, D.; Žari, S.; Kaabel, S.; Kudrjashova, M.; Kriis, K.; Järving, I.; Pehk, T.; Kanger, T. Asymmetric Organocatalytic Cascade Synthesis of Tetrahydrofuranyl Spirooxindoles. Synthesis 2018, 50, 314−322. DOI link

Ben Moussa, S.; Lachheb, J.; Gruselle, M.; Maaten, B.; Kriis, K.; Kanger, T.; Tõnsuaadu, K.; Badraoui, B. Calcium, Barium and Strontium apatites: A new generation of catalysts in the Biginelli reaction. Tetrahedron 2017, 73, 6542−6548.  DOI link 

Metsala, A.; Žari, S.; Kanger, T. Reaction path scans: Aza-Michael reactions of isatin imines. Computational and Theoretical Chemistry 2017, 1117, 30-40. DOI link 

Kaasik, M.; Kaabel, S.; Kriis, K.; Järving, J.; Aav, R.; Rissanen, K.; Kanger, T. Synthesis and Characterisation of Chiral Triazole‐Based Halogen‐Bond Donors: Halogen Bonds in the Solid State and in Solution. Chemistry - A European Journal 2017, 23, 7337−7344. DOI link 

Ošeka, M.; Kimm, M.; Järving, I.; Lippur, K.; Kanger, T. Two Catalytic Methods of an Asymmetric Wittig [2,3]-Rearrangement. J. Org. Chem. 2017, 82, 2889-2897. DOI link 

Kriis, K.; Melnik, T.; Lips, K.; Juhanson, I.; Kaabel, S.; Järving, I.; Kanger, T. Asymmetric Synthesis of 2,3,4-Trisubstituted Piperidines. Synthesis 2017, 49, 604-614. DOI link

Metsala, A.; Žari, S.; Kanger, T. Aza-Michael Reactions of Isatin Imines: Deeper Insight and Origin of the Stereoselectivity. ChemCatChem 2016, 8, 2961-2967. DOI link

Ošeka, M.; Kimm, M.; Kaabel, S.; Järving, I.; Rissanen, K.; Kanger, T. Asymmetric Organocatalytic Wittig [2,3]-Rearrangement of Oxindoles. Org. Lett. 2016, 18, 1358-1361. DOI Link

Paju, A.; Kostomarova, D.; Matkevitš, K.; Laos, M.; Pehk, T.; Kanger, T.; Lopp, M. 3-Alkyl-1,2-cyclopentanediones by Negishi cross-coupling of a 3-bromo-1,2-cyclopentanedione silyl enol ether with alkylzinc reagents: An approach to 2-substituted carboxylic acid γ-lactones, homocitric and lycoperdic acids. Tetrahedron 2015, 71, 9313–9320. DOI Link

Preegel, G.; Ilmarinen, K.; Järving, I.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Enantioselective Organocatalytic Michael Addition-Cyclization Cascade of Cyclopentane-1,2-dione with Substituted (E)-2-oxobut-3-enoates. Synthesis 2015, 47, 3805–3812. DOI Link

Lippur, K.; Kaabel, S.; Järving, I.; Rissanen, K.; Kanger, T. CaCl₂, Bisoxazoline, and Malonate: A Protocol for an Asymmetric Michael Reaction. J. Org. Chem. 2015, 80, 6336-6341. DOI Link

Kaasik, M.; Noole, A.; Reitel, K.; Järving, I.; Kanger, T. Organocatalytic conjugate addition of cyclopropylacetaldehyde derivatives to nitro olefins: En route to β- and γ-amino acids. Eur. J. Org. Chem. 2015, 1745-1753. DOI Link

Žari, S.; Metsala, A.; Kudrjashova, M.; Kaabel, S.; Järving, I.; Kanger, T. Asymmetric organocatalytic aza-michael reactions of isatin derivatives. Synthesis 2015, 47, 875-886.  DOI Link

Kreek, K.; Kriis, K.; Maaten, B.; Uibu, M.; Mere, A.; Kanger, T.; Koel, M. Organic and carbon aerogels containing rare-earth metals: Their properties and application as catalysts. J. Non-Cryst. Solids 2014, 404, 43-48. DOI Link

Maaten, B.; Moussa, J.; Desmarets, C.; Gredin, P.; Beaunier, P.; Kanger, T.; Tõnsuaadu, K.; Villemin, D.; Gruselle, M. Cu-modified hydroxy-apatite as catalyst for Glaser-Hay CC homo-coupling reaction of terminal alkynes. J. Mol. Catal. A 2014, 393, 112-116. DOI Link

Preegel, G.; Noole, A.; Ilmarinen, K.; Järving, I.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Enantioselective Organocatalytic Michael Addition of Cyclopentane-1,2-diones to Nitroolefins. Synthesis 2014, 46, 2595–2600. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Müürisepp, A.-M.; Aid, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Sonogashira cross-coupling of 3-bromo-1,2-diones: An access to 3-alkynyl-1,2-diones. Tetrahedron 2014, 70, 5843-5848. DOI Link

Žari, S.; Kudrjashova, M.; Pehk, T.; Lopp, M.; Kanger, T. Remote activation of the nucleophilicity of isatin. Org. Lett. 2014, 16, 1740-1743. DOI Link

Ošeka, M.; Noole, A.; Žari, S.; Öeren, M.; Järving, I.; Lopp, M.; Kanger, T. Asymmetric diastereoselective synthesis of spirocyclopropane derivatives of oxindole. Eur. J. Org. Chem. 2014, 3599-3606. DOI Link

Noole, A.; Malkov, A.; Kanger, T. Asymmetric organocatalytic synthesis of spiro-cyclopropaneoxindoles. Synthesis 2013, 45, 2520-2524. DOI Link

Noole, A.; Ilmarinen, K.; Järving, I.; Lopp, M.; Kanger, T. Asymmetric synthesis of congested spiro-cyclopentaneoxindoles via an organocatalytic cascade reaction. J. Org. Chem. 2013, 78, 8117-8122. DOI Link

Reitel, K.; Lippur, K.; Järving, I.; Kudrjašova, M.; Lopp, M.; Kanger, T. Asymmetric aminocatalytic Michael addition of cyclopropane-containing aldehydes to nitroalkenes. Synthesis 2013, 45, 2679-2683. DOI Link

Noole, A.; Ošeka, M.; Pehk, T.; Öeren, M.; Järving, I.; Elsegood, M.R.J.; Malkov, A.V.; Lopp, M.; Kanger, T. 3-Chlorooxindoles: Versatile starting materials for asymmetric organocatalytic synthesis of spirooxindoles. Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 829-835. DOI Link

Ausmees, K.; Kriis, K.; Pehk, T.; Werner, F.; Järving, I.; Lopp, M.; Kanger, T. Diastereoselective multicomponent cascade reaction leading to [3.2.0]-heterobicyclic compounds. J. Org. Chem. 2012, 77, 10680-10687. DOI Link

Lippur, K.; Tiirik, T.; Kudrjashova, M.; Järving, I.; Lopp, M.; Kanger, T. Amination of quinolones with morpholine derivatives. Tetrahedron 2012, 68, 9550-9555. DOI Link

Noole, A.; Järving, I.; Werner, F.; Lopp, M.; Malkov, A.; Kanger, T. Organocatalytic asymmetric synthesis of 3-chlorooxindoles bearing adjacent quaternary-tertiary centers. Org. Lett. 2012, 14, 4922-4925. DOI Link

Žari, S.; Kailas, T.; Kudrjashova, M.; Öeren, M.; Järving, I.; Tamm, T.; Lopp, M.; Kanger, T. Organocatalytic asymmetric addition of malonates to unsaturated 1,4-diketones. Beil. J. Org. Chem. 2012, 8, 1452-1457. DOI Link

Reile, I.; Paju, A.; Kanger, T.; Järving, I.; Lopp, M. Cyclopentane-1,2-dione bis(tert-butyldimethylsilyl) enol ether in asymmetric organocatalytic Mukaiyama-Michael reactions. Tetrahedron Lett. 2012, 53, 1476-1478. DOI Link

Reinart-Okugbeni, R.; Ausmees, K.; Kriis, K.; Werner, F.; Rinken, A.; Kanger, T. Chemoenzymatic synthesis and evaluation of 3-azabicyclo[3.2.0]heptane derivatives as dopaminergic ligands. Eur. J. Med. Chem. 2012, 55, 255-261. DOI Link

Noole, A.; Pehk, T.; Järving, I.; Lopp, M.; Kanger, T. Organocatalytic asymmetric synthesis of trisubstituted pyrrolidines via a cascade reaction. Tetrahedron: Asymmetry 2012, 23, 188-198. DOI Link

Gruselle, M.; Kanger, T.; Thouvenot, R.; Flambard, A.; Kriis, K.; Mikli, V.; Traksmaa, R.; Maaten, B.; Tõnsuaadu, K. Calcium hydroxyapatites as efficient catalysts for the Michael C-C bond formation. ACS Catalysis 2011, 1, 1729-1733. DOI Link

Ausmees, K.; Selyutina, A.; Kütt, K.; Lippur, K.; Pehk, T.; Lopp, M.; Žusinaite, E.; Merits, A.; Kanger, T. Synthesis and biological activity of bimorpholine and its carbanucleosid. Nucleos Nucleot Nucl 2011, 30, 897-907. DOI Link

Noole, A.; Borissova, M.; Lopp, M.; Kanger, T. Enantioselective organocatalytic aza-ene-type domino reaction leading to 1,4-dihydropyridines. J. Org. Chem. 2011, 76, 1538-1545. DOI Link

Kriis, K.; Ausmees, K.; Pehk, T.; Lopp, M.; Kanger, T. A novel diastereoselective multicomponent cascade reaction. Org. Lett. 2010, 12, 2230-2233. DOI Link

Laars, M.; Raska, H.; Lopp, M.; Kanger, T. Cyclic amino acid salts as catalysts for the asymmetric Michael reaction. Tetrahedron: Asymmetry 2010, 21, 562-565. DOI Link

Noole, A.; Lippur, K.; Metsala, A.; Lopp, M.; Kanger, T. Enantioselective Henry reaction catalyzed by Cu(II) salt and bipiperidine. J. Org. Chem. 2010, 75, 1313-1316. DOI Link

Uudsemaa, M.; Kanger, T.; Lopp, M.; Tamm, T. pKa calculation for monoprotonated bipiperidine, bimorpholine and their derivatives in H₂O and MeCN. Chem. Phys. Lett. 2010, 485, 83-86. DOI Link

Lippur, K.; Elmers, C.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Kanger, T.; Lopp, M. Synthesis of 5,5'-disubstituted bimorpholines. Synth. Commun. 2010, 40, 266-281. DOI Link

Laars, M.; Ausmees, K.; Uudsemaa, M.; Tamm, T.; Kanger, T.; Lopp, M. Enantioselective organocatalytic Michael addition of aldehydes to β-nitrostyrenes. J. Org. Chem. 2009, 3772-3775. DOI Link

Uudsemaa, M.; Laars, M.; Kriis, K.; Tamm, T.; Lopp, M.; Kanger, T. Influence of protonation upon the conformations of bipiperidine, bimorpholine, and their derivatives. Chem Phys. Lett. 2009, 471, 92-96. DOI Link

Laars, M.; Kriis, K.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Kanger, T.; Lopp, M. Structural constraints for C₂-symmetric heterocyclic organocatalysts in asymmetric aldol reactions. Tetrahedron: Asymmetry 2008, 19, 641-645. DOI Link

Kanger, T.; Kriis, K.; Laars, M.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Bimorpholine-mediated enantioselective intramolecular and intermolecular aldol condensation. J. Org. Chem. 2007, 72, 5168-5173. DOI Link

Kriis, K.; Laars, M.; Lippur, K.; Kanger, T. Bimorpholines as alternative organocatalysts in asymmetric aldol reactions. Chimia 2007, 61, 232-235. DOI Link

Sulzer-Mossé, S.; Laars, M.; Kriis, K.; Kanger, T.; Alexakis, A. Synthesis and use of 3,3′-bimorpholine derivatives in asymmetric Michael addition and intramolecular aldol reaction. Synthesis 2007, 11, 1729-1732. DOI Link

Aav, R.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Synthesis of substituted cyclopentanones from 2-oxabicyclo[3.3.0]oct-6-en- 3-one. Proc. Est. Acad. Sci. Chem. 2007, 56, 3-13. Direct Link

Lippur, K.; Kanger, T.; Kriis, K.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Synthesis of (2S,2′S)-bimorpholine N,N′-quaternary salts as chiral phase transfer catalysts. Tetrahedron: Asymmetry 2007, 18, 137-141. DOI Link

Jõgi, A.; Paju, A.; Pehk, T.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Kanger, T.; Lopp, M. Asymmetric synthesis of 2-aryl-5-oxotetrahydrofuran-2-carboxylic acids. Synthesis 2006, 3031-3036. DOI Link 

Kriis, K.; Kanger, T.; Laars, M.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Enantioselective synthesis of Wieland-Miescher ketone through bimorpholine-catalyzed organocatalytic aldol condensation. Synlett 2006, 1699-1702. DOI Link

Paju, A.; Laos, M.; Jõgi, A.; Päri, M.; Jäälaid, R.; Pehk, T.; Kanger, T.; Lopp, M. Asymmetric synthesis of 2-alkyl-substituted 2-hydroxyglutaric acid γ-lactones. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 4491-4493. DOI Link

Mossé, S.; Laars, M.; Kriis, K.; Kanger, T.; Alexakis, A. 3,3′-bimorpholine derivatives as a new class of organocatalysts for asymmetric Michael addition. Org. Lett. 2006, 8, 2559-2562. DOI Link

Kanger, T.; Laars, M.; Kriis, K.; Kailas, T.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Anchimeric assistance in the case of vicinal dimesylate: Formation of enantiomeric or meso-bimorpholine. Synthesis 2006, 1853-1857. DOI Link

Kanger, T.; Raudla, K.; Aav, R.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Synthesis and derivatization of bis-nor Wieland-Miescher ketone. Synthesis 2005, 3147-3151. DOI Link

Aav, R.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Unexpected reactivity of ethyl 2-(diethylphosphono)propionate toward 2,2-disubstituted-1,3-cyclopentanediones. Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 2005, 180, 1739-1748. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T.; Eek, M.; Lopp, M. A short enantioselective synthesis of homocitric acid-γ-lactone and 4-hydroxy-homocitric acid-γ-lactones. Tetrahedron 2004, 60, 9081-9084. DOI Link

Kriis, K.; Kanger, T.; Lopp, M. Asymmetric transfer hydrogenation of aromatic ketones by Rh(I)/bimorpholine complexes. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 2687-2691. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Niitsoo, O.; Pehk, T.; Müürisepp, A.-M.; Lopp, M. Asymmetric oxidation of 3-alkyl-1,2-cyclopentanediones. Part 3: Oxidative ring cleavage of 3-hydroxyethyl-1,2-cyclopentanediones: Synthesis of α-hydroxy-γ-lactone acids and spiro-γ-dilactones. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 2393-2399. DOI Link

Kriis, K.; Kanger, T.; Müürisepp, A.-M.; Lopp, M. C₂-symmetric bimorpholines as chiral ligands in the asymmetric hydrogenation of ketones. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 2271-2275. DOI Link

Kanger, T.; Ausmees, K.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. A comparative study of the synthesis of C₂-symmetric chiral 2,2′-biaziridinyls. Synlett 2003, 1055-1057. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lindmaa, R.; Müürisepp, A.-M.; Lopp, M. Asymmetric oxidation of 3-alkyl-1,2-cyclopentanediones. Part 2: Oxidative ring cleavage of 3-alkyl-1,2-cyclopentanediones: Synthesis of 2-alkyl-γ-lactone acids. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 1565-1573. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T.; Müürisepp, A.-M.; Lopp, M. Asymmetric oxidation of 3-alkyl-1,2-cyclopentanediones. Part 1: 3-Hydroxylation of 3-alkyl-1,2-cyclopentanediones. Tetrahedron: Asymmetry 2002, 13, 2439-2448. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Direct asymmetric α-hydroxylation of 2-hydroxymethyl ketones. Tetrahedron 2002, 58, 7321-7326. DOI Link

Kanger, T.; Kriis, K.; Pehk, T.; Müürisepp, A.-M.; Lopp, M. Asymmetric synthesis of novel C₂-symmetric bimorpholines. Tetrahedron: Asymmetry 2002, 13, 857-865. DOI Link

Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Asymmetric oxidation of 1,2-cyclopentanediones. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 6883-6887. DOI Link

Aav, R.; Kanger, T.; Pehk, T.; Lopp, M. Synthesis of the AB-ring of 9,11-secosterols. Synlett 2000, 529-531. DOI Link

Alexakis, A.; Aujard, I.; Kanger, T.; Mangeney, P. (R,R)- and (S,S)-N,N'-dimethyl-1,2-diphenylethylene-1,2-diamine. Org. Synth. 1999, 76, 23-34. DOI Link

Rose-Munch, F.; Gagliardini, V.; Perrotey, A.; Tranchier, J.-P.; Rose, E.; Mangeney, P.; Alexakis, A.; Kanger, T.; Vaissermann, J. Two-step synthesis of homochiral monoaminals of tricarbonylphthalaldehydechromium complex. Chem. Commun. 1999, 2061-2062. DOI Link

Kanger, T.; Kriis, K.; Paju, A.; Pehk, T.; Lopp, M. Asymmetric oxidation of cyclobutanones: Modification of the sharpless catalyst. Tetrahedron: Asymmetry 1998, 9, 4475-4482. DOI Link

Kanger, T.; Niidas, P.; Müürisepp, A.-M.; Pehk, T.; Lopp, M. Synthesis of chiral epoxyalkynes. Tetrahedron: Asymmetry 1998, 9, 2499-2508. DOI Link

Lopp, M.; Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T. Direct asymmetric α-hydroxylation of β-hydroxyketones. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 5051-5054. DOI Link

Lopp, M.; Paju, A.; Kanger, T.; Pehk, T. Asymmetric Bayer-Villiger oxidation of cyclobutanones. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 7583-7586. DOI Link

Kobzar, G.; Mardla, V.; Kanger, R.; Lopp, M.; Lille, U. Comparison of the Anti-Aggregatory activity of enantiomers of a 15-non-stereogenic carbacyclin analogue MIM706. Pharmacol. Toxicol. 1995, 76, 297-298. DOI Link

Alexakis, A.; Kanger, T.; Mangeney, P.; Rose-Munch, F.; Perrotey, A.; Rose, E. Enantioselective ortho-lithiation of benzaldehyde chromiumtricarbonyl complex. Tetrahedron: Asymmetry 1995, 6, 2135-2138. DOI link

Alexakis, A.; Kanger, T.; Mangeney, P.; Rose-Munch, F.; Perrotey, A.; Rose, E. Enantioselective ortho-Lithiation of Aminals of benzaldehyde chromiumtricarbonyl complex. Tetrahedron: Asymmetry 1995, 6, 47-50. DOI link

Kobzar, G.; Shelkovnikov, S.; Mardla, V.; Savitski, G.; Lopp, M.; Kanger, T.; Lille, U. A 15-nonstereogenic carbocyclic analogue of prostacyclin: Effects on human platelets and uterine artery. J. Lipid Mediat. Cell Sign. 1994, 10, 243-249. Link

Kanger, T.; Liiv, M.; Pehk, T.; Lopp, M. A highly stereoselective synthesis of a new propargylic epoxide: (3R,4S)-1-tert-butyldimethylsilyl-3,4-epoxy-1-pentyne. Synthesis 1993, 91-93. DOI Link

Kanger, T.; Lopp, M.; Muraus, A.; Lohmus, M.; Kobzar, G.; Pehk, T.; Lille, U. Synthesis of a novel, optically active 15-nonstereogenic carbaprostacyclin. Synthesis 1992, 925-927. DOI Link

Lopp, M.; Kanger, T.; Miiraus, A.; Pehka, T.; Lille, Ü. Synthesis of a novel four-carbon chiron - (R)-1-t-butyldimethylsilyl-3,4-epoxy-but-1-yne. Tetrahedron: Asymmetry 1991, 2, 943-944. DOI Link

Kanger, T.; Lopp.; Lille, Ü. Reactions of oxiranes. 2. Effect of protective groups on regioselectivity of oxirane opening in 2,3-epoxybicyclo[3.2.0]heptan-6-ones by lithium alkynide in the presence of boron-trifluoride. Zh. Org. Khim. 1991, 27, 1693-1700.

Kanger, T.; Kabat, M, Viha, E.; Lopp, M.; Lille, Ü. Optically-active synthons for synthesis of prostanoids. 1. Separation of 2-exo-bromine-3-endo-hydroxybicyclo[3.2.0]heptan-6-one enantiomers. Zh. Org. Khim. 1990, 26, 1611-1714.

Lopp, M.; Paju, A.; Kanger, T.; Välimäe, T.; Lille, Ü. Alkynylation of ethylene ketal of 1-chloro-4-bromo-1E-buten-3-one - synthesis of enyne and diene fragments of leukotriene and pheromones. Zh. Org. Khim. 1989, 25, 869-870.

Kanger, T.; Lopp, M.; Lille, Ü. Reactions of Oxiranes. 1. Role of Boron-Trifluoride in alkynation of bicyclic oxiranes. Zh. Org. Khim. 1988, 24, 2543-2546.

Pihl, L.; Kanger, T.; Talvik, A. Kinetic study of ionization of nitroalkanes in mixed solvents. 9. Phenylnitromethane and phenylnitromethane-d2 in aqueous dimethylsulfoxide and aqeous dimethylformamide. Org. React. 1984, 21, 436-440.

Juht:  Aivar Lõokene, juhtivteadur, tel. 56159006, 6204378, aivar.lookene@taltech.ee
Uurimisrühma liikmed: Järving, Ivar; Villo, Ly; Samel, Nigulas 
Doktorandid: Risti, Robert
Järeldoktorid: Eek, Priit; Teder, Tarvi; Reimund, Mart; Lõhelaid, Helike

Uurimisrühma tegevust iseloomustavad võtmesõnad: Lipiidide ja lipoproteiinide metabolismi regulatsioonimehhanismid, Biomolekulaarsed interaktsioonid, Lipaasid, Lipiidide analüüs.

Uurimisrühma põhitemaatika on seotud lipiidide ja lipoproteiinide metabolismi fundamentaalsete aspektide väljaselgitamisega. Uurimise põhifookuses on lipaaside ja lipoksügenaaside regulatsiooni mehhanismid. Meil on kompetents ja kogemused valkude struktuuri ja omaduste uurimises, biomolekulaarsete interaktsioonide analüüsis, ensümoloogias ja lipidiide analüüsis. Uurimistöös kasutame massi spektromeetriat, kromatograafiat, kalorimeetriat, pinnaplasmonite resonantsi ning fluorestsentsil põhinevaid tehnoloogiaid.

Projektid
IUT19-9 "Lipiidide ja lipoproteiinide metabolismi struktuursed ja regulatoorsed aspektid (1.01.2014−31.12.2019)", Nigulas Samel
V17081"Sulodexide'i määramiskatse väljatöötamine (16.03.2017−31.08.2018)", Aivar Lõokene 
SSGF21017 “Lipoproteiinlipaasi aktiivsuse regulatsioonimehhanismid inimese vereplasmas”(1.01.2021-31.12.2021), Aivar Lõokene 
COVSG34 “Uued diagnostilised SARS-CoV-2 viirusnakkuse tuvastamise meetodid kliiniliseks ja portatiivseks kasutamiseks” (1.01.2020-31.12.2021), Vitali Sõritski
RESTA12 "Toidu säilivusaja pikendamine ning kvaliteedi ja ohutuse tagamine (1.07.2020−30.06.2023)",Ivar Järving
Teadusvaldkond: 1. Loodusteadused 1.6 Bioteadused
Uurimisrühma rakendused ettevõtluses: Koostöö ettevõttega Opocrin SPA (Itaalia) projekt 17801. 
V17801. Patent: Method for calorimetric determination of the lipoprotein lipase activity in human plasma environment; Owners: Tallinna Tehnikaülikool; Authors: Aivar Lõokene, Mart Reimund, Oleg Kovrov, Gunilla Olivecrona; Priority number: US62/350,747; Priority date: 16.06.2016.
 

1. Rump A, Risti R, Kristal ML, Reut J, Syritski V, Lookene A, Ruutel BoudinotS. Biochem Biophys Res Commun. 2021;534: 457-460. 
2. Villo L, Risti R, Reimund M, Kukk K, Samel N, Lookene A.  Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2020;1865(2):158553. 
3. Bhadoria R , Ping K , Lohk C , Järving I , Starkov P. Chem Commun (Camb). 2020 Apr 18;56(30):4216-4219.
4. Teder T, Samel N, Lõhelaid H. Arch Biochem Biophys. 2019;676:108126.
5. Põldemaa K, Lipp M, Järving I, Samel N, Eek P. Biochem Biophys Res Commun. 2019 Oct 29;519(1):81-85
6. Reimund M, Wolska A, Risti R, Wilson S, Sviridov D, Remaley AT, Lookene A. Biochem Biophys Res Commun. 2019;519(1):67-72.
7. Reimund M, Kovrov O, Olivecrona G, Lookene A. J Lipid Res. 2017;58(1):279-288. 
8. Mihklepp K, Kivirand K, Juronen D, Lõokene A, Rinken T. Enzyme Microb Technol. 2019;130:109360. 

Prof. Peep Palumaa juhitav uurimisrühm on keskendunud kahe ülimalt olulise siirdemetalli – vase  ja tsingi – bioloogilise rolli ja regulatsiooni uurimisele. Vase peamiseks ülesandeks organismides on molekulaarse hapniku osalusel toimuvate redoksreaktsioonide katalüüs - ensüümidega seotud vaskioonide abil tagatakse nii hingamine raku tasandil kui ka aktiivsete hapnikuühendite kahjutuks tegemine ja paljud redoksprotsessid. Tsink toetab oluliselt raku metabolismi ja suunab geeniregulatsiooni, kuna tsingi ioonid on katalüütilise kofaktorina vajalikud enam kui 200-le ensüümile ning nad osalevad enam kui 600 transkriptsioonifaktori (tsink sõrm valgud) struktureerimises. Mõlemate metallide ioonide homöostaasi rikkumine arvatakse olevat seotud ka neurodegeneratiivsete haigustega, eelkõige Alzheimeri tõvega. Vase ainevahetuse põhiensüümide kahjustused  põhjustavad nii Wilsoni (vase üleküllus) kui ka Menkese tõve (vase puudus), mis on rasked geneetilised haigused.

Uurimisrühm on pikka aega tegelenud tsingi ja vase metabolismi võtmevalkude struktuuri ja funktsioonide uurimisega „katseklaasis“, kuid viimastel aastatel on lisandunud ka töö rakukultuuride ja äädikakärbestega, mis võimaldab uurida muutusi organismides ja samuti otsida uusi ravimeid, mis võiks vase ainevahetust korrastada seda eriti Alzheimeri tõve puhul. Uurimisrühma käsutuses on kaasaegne metalloproteoomika aparatuur – LC – ICP MS metallide ülitundlikuks määramiseks, MALDI MS, spektrofluorimeeter, FPLC, HPLC ja UHPLC kromatograafid tööks valkudega jne.

Uurimisgrupi juht Prof. Peep Palumaa sai oma teadustööde eest 2011. aastal Eesti riikliku teaduspreemia keemia ja molekulaarbioloogia alal ning 2012. aastal TalTechi parima teadlase preemia. Oma lõputööde ja publikatsioonide eest on meie üliõpilased korduvalt võitnud auhindu üliõpilaste teadustööde riiklikel ja teadusseltside korraldatud konkurssidel.

Uurimisrühm ootab lõputööd tegema nii magistrante kui ka bakalaureusetudengeid. Huvilistel palun kirjutada peep.palumaa[at]taltech.ee .

Peep Palumaa, professor
Vello Tõugu, dotsent
Julia Smirnova, teadur
Andra Noormägi, insener
Merlin Sardis, insener
Katrina Laks, insener
Julia Gavrilova, insener
Kristel Metsla, doktorant
Sigrid Kirss, doktorant
Jekaterina Kabin, doktorant
Gertrud Hanna Sildnik, magistrant
Tatjana Golubeva, magistrant

1. Kirsipuu, T.; Zadorožnaja, A.; Smirnova, J.; Friedemann, M.; Plitz, T.; Tõugu, V.; Palumaa, P. (2020). Copper(II)-binding equilibria in human blood. Scientific Reports, 10 (1), #5686. DOI: 10.1038/s41598-020-62560-4.

2. Krištal, J.; Metsla, K.; Bragina, O.; Tõugu, V.; Palumaa, P. (2019). Toxicity of Amyloid-β Peptides Varies Depending on Differentiation Route of SH-SY5Y Cells. Journal of Alzheimer's Disease, 879−887. DOI: 10.3233/JAD-190705.

3.  Wallin, C.; Friedemann, M.; Sholts, S. B; Noormägi, A.; Svantesson, T.; Jarvet, J.; Roos, P. M.; Palumaa, P.; Gräslund, A.; Wärmländer, S. K. T. S. (2019). Mercury and Alzheimer's disease: Hg(II) ions display specific binding to the amyloid-β peptide and hinder its fibrillization. Biomolecules, 10 (1), 1−23. DOI: 10.3390/biom10010044.

4. Smirnova, J.; Kabin, E.; Järving, I.; Bragina, O.; Tõugu, V.; Plitz, T.; Palumaa, P. (2018). Copper(I)-binding properties of de-coppering drugs for the treatment of Wilson disease. α-Lipoic acid as a potential anti-copper agent. Scientific Reports, 8 (1, 1463), 1−9. DOI: 10.1038/s41598-018-19873-2.

5. Krishtal, J.; Bragina, O.; Metsla, K.; Palumaa, P.; Tõugu, V. (2017). In situ fibrillizing Amyloid-beta 1-42 Induce Neurite Degeneration and Apoptosis of Differentiated SH-SY5Y Cells. PLoS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0186636.

Brancaccio, D.; Gallo, A.; Mikolajczyk, M.; Zovo, K.; Palumaa, P.; Novellino, E.; Piccioli, M.; Ciofi-Baffoni, S.; Banci, L. (2014). Formation of [4Fe-4S] clusters in the mitochondrial iron-sulfur cluster assembly machinery. Journal of the American Chemical Society, 136, 16240−16250.

Palumaa, P. (2013). Copper chaperones. The concept of conformational control in the metabolism of copper. FEBS Letters, 587 (13), 1902−1910.

Tiiman, Ann; Palumaa, Peep; Tõugu, Vello (2013). The Missing Link in the Amyloid Cascade of Alzheimer's Disease - Metal Ions. Neurochemistry International, 62 (4), 367−378.

Banci, L.; Bertini, I.; Cantini, F.; Kozyreva, T.; Massagni, C.; Palumaa, P.; Rubino, JT.; Zovo, K. (2012). Human superoxide dismutase 1 (hSOD1) maturation through interaction with human copper chaperone for SOD1 (hCCS). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109 (34), 13555−13560.

Tõugu, V.; Palumaa, P. (2012). Coordination of zinc ions to the key proteins of neurodegenerative diseases: amyloid-β peptide, APP, α-synuclein and prion protein. Coordination Chemistry Reviews, 256, 2219−2224.

Tõugu, Vello; Tiiman, Ann; Palumaa, Peep (2011). Interactions of Zn(II) and Cu(II) ions with Alzheimer’s amyloid-beta peptide. Metal ion binding, contribution to fibrillization and toxicity. Metallomics, 3, 250−261.10.1039/c0mt00073f.

Zovo, Kairit; Helk, Eneken; Karafin, Ann; Tõugu, Vello; Palumaa, Peep (2010). Label-Free High-Throughput Screening Assay for Inhibitors of Alzheimer’s Amyloid-β Peptide Aggregation Based on MALDI MS. Analytical Chemistry, 82 (20), 8558−8565. DOI: 10.1021/ac101583q.

Banci, L.; Bertini, I.; Ciofi-Baffoni, S.; Kozyreva, T.; Zovo, K.; Palumaa, P. (2010). Affinity gradients drive copper to cellular destinations. Nature, 465 (7298), 645−648. DOI: 10.1038/nature09018.

Mikrofluidika, Laborkiibil ja Targad Analüütilised tehnoloogiad võimaldavad keemilisi ja bioloogilisi rakendusi teha väiksemahuliselt ja automaatselt. Selliste tehnoloogiate tegemine ja kasutamine on multidistsiplinaarne, hõlmates mehaanika, IT, inseneeria, materjaliteaduse, keemia, bioloogia ja paljusid teisi suundi. Mikrofluidika, Laborkiibi ja Targa Analüütika tehnikaid kasutatakse meditsiinidiagnostikas, farmakoloogias, molekulaarbioloogia rakendusteadustes, kosmose- ja nanotehnoloogias, orgaanilises ja analüütilises keemias ja palju mujal valdkondades.

Külasta meie kodulehte täpsema info jaoks

Lühidalt, tegeleme me hetkel järgmite suundadega:

Tilgad suuremahulisteks katseteks (Professor Ott Scheler)
Siin me tegeleme väikeste pL-nL suuruste vesi-õlis tilkade tegemise, manipuleerimise ja analüüsiga. Tilgad on nagu väikesed katseklaasid keemia ja bioloogia katseteks. Me teeme tilkasid mikrofluidika või traditsiooniliste emulsiooni valmistamise meetoditega. Tüüpiline tilga eksperiment võib endas kätkeda sadu tuhandeid (või isegi miljoneid) tilkasid. Meie töögrupis rakendame tilkade tehnoloogiat mikrobioloogias, eelkõige uurimaks bakterite antibiootikumitundlikkust ning -resistentsust
Inimesed: Prof. Ott Scheler, Dr. Simona Bartkova, Pille Pata, Toomas Teekivi, Immanuel Sanka, Fenella Lucia Sulp, Liis Kuusemets, Katri Kiir
Artiklid: https://orcid.org/0000-0002-8428-1350

Laborkiibil rakenduste automatiseerimine (Dr. Tamas Pardy)
Me uurime ja arendame automatiseeritud tehnoloogiaid ja instrumente laborkiibil rakenduste jaoks. Me keskendume tööstuse 4.0 lähenemist probleemide lahendamiseks Laborkiibil süsteemides: masinõpe erinevate bioloogiliste objektide eristamiseks, juhtmevaba kommunikatsioon bioanalüütiliste vahendite vahel, digitaalne instrumentide vamistamine, jne. Meie eesmärk on tuua välja kasutajasõbralikke ja avatud (open source) tehnoloogiaid kõigile.
Inimesed: Dr. Tamas Pardy, Professor emeritus Toomas Rang, Nafisat Gyimah, Rauno Jõemaa
Artiklid: https://orcid.org/0000-0003-1360-4201

Smart Analytics by Dr. Jekaterina Mazina-Šinkar
Külasta Drug Hunter veebilehte lisainfo saamiseks suuvedeliku narkotesteri kohta: www.drughunter.eu
Meie juures saavad kokku erinevate instituutide, ülikoolide ja erasektori spetsialistid, selleks et teaduslikud avastused muuta reaalseteks toodeteks. Viimase 15. aasta jooksul oleme arendanud erinevaid analüsaatoreid (TRL 6-7) paljudele erinevatele partneritele (näit. Eesti Politsei ja Piirivalveamet). Meie tuumiktehnoloogiad on kapillaarelektroforees, fluorestsents, juhtivus, gaaskromatograafia, mikrofluidika ning teised instrumentaal ja analüütilised tehnoloogiad. Me teeme koostööd erinevate töögruppidega üle maailma ning pakume oma kompetentsi erinevates partnerlustes (näit Horizon Europe jt)
Inimesed: Dr. Jekaterina Mazina-Šinkar, Dr. Jelena Gorbatšova, Dr. Evelin Halling, Professor emeritus Mihkel Kaljurand, Dr. Merike Vaher, Dr. Martin Ruzicka, Vyacheslav Bolkvadze, Jana Budkovskaja
Publications: https://orcid.org/0000-0002-2430-0097, https://orcid.org/0000-0002-5903-6337, https://orcid.org/0000-0003-2289-188X

Tõnis Timmusk on närvisüsteemi uuringutega tegelenud rohkem kui 30 aastat, millest peaaegu 20 aastat on ta tegutsenud Tallinna Tehnikaülikoolis. Kokku on tema osalusel avaldatud üle 90 publikatsiooni kõrge tasemega rahvusvahelistes teadusajakirjades.

Täna uurime molekulaarse neurobioloogia laboris geenide avaldumise ja signaaliülekande molekulaarseid aluseid närvisüsteemis ning selle patoloogiates, kasutades mudelsüsteemina nii imetajate närvirakke kui ka äädikakärbest. Püüame mõista, kuidas rakud omavahel suhtlevad ning kuidas see reguleerib geenide avaldumist ja närvirakkude omavahelisi ühendusi, mis on mälu ja õppimisvõime aluseks. Lisaks uurime ühe autismi spektri häire, Pitt-Hopkinsi sündroomi, tekkepõhjuseid ja otsime potentsiaalseid ravivõimalusi.

Oma töös oleme innovaatilised ning peame oluliseks kasutada kaasaegseid molekulaar- ja rakubioloogilisi lähenemisi, näiteks CRISPR-Cas põhised (epi)genoomi muutmise süsteemid, teise ja kolmanda põlvkonna sekveneerimismeetodid, embrüonaalsetest tüvirakkudest erinevate närvisüsteemi rakkude loomine. Samuti peame tähtsaks osalemist rahvusvahelises koostöös teiste teaduslaboritega. Meie eesmärk on arendada Eestis tugevat neurobioloogide põlvkonda ning väärtustame kriitiliselt mõtlevaid, motiveeritud ja entusiastlikke inimesi.  Kollektiiv neurobioloogia laboris on toetav ning hoiame teaduslikult kõrgeid standardeid.

Meie labori tööga võib lähemalt tutvuda virtuaalnäitusel https://www.lib.ttu.ee/vn/index_teaduspreemiad.html ja virtuaalsel ekskursioonil https://youtu.be/qNd77YsjLkI.

Molekulaarse neurobioloogia labori liikmed on teadurid Mari Palgi, PhD, Jürgen Tuvikene, PhD ja Florencia Cabrera Cabrera, PhD; lektor Richard Tamme, PhD;  labori mänedžer Epp Väli, ja doktorandid-nooremteadurid Laura Tamberg, Eli-Eelika Esvald, Alex Sirp, Annela Avarlaid, Anastassia Šubina, Carl Sander Kiir. 

Viimase 10 aasta olulisemad publikatsioonid 
2021 eLife 
Tuvikene J., Esvald E.E., Rähni A., Uustalu K., Zhuravskaya A., Avarlaid A., Makeyev E. V.  Timmusk T. Intronic enhancer region governs transcript-specific BDNF expression in neurons. eLife, 2021, 10:e65161.

https://elifesciences.org/articles/65161

2020 Disease Models and Mechanisms 
Tamberg L., Jaago M., Säälik K., Sirp A., Tuvikene J., Shubina A., Kiir C. S., Nurm K., Sepp M., Timmusk T., Palgi M. Daughterless, the Drosophila orthologue of TCF4, is required for associative learning and maintenance of the synaptic proteome. Dis Model Mech, 2020, Dis Model Mech, 2020, 13: dmm042747.

https://journals.biologists.com/dmm/article/13/7/dmm042747/225154/Daughterless-the-Drosophila-orthologue-of-TCF4-is

2020 Journal of Neuroscience
Esvald, E. E.; Tuvikene, J.; Sirp, A.; Patil, S.; Bramham, C. R.; Timmusk, T. CREB Family Transcription Factors Are Major Mediators of BDNF Transcriptional Autoregulation in Cortical Neurons. Journal of Neuroscience, 2020, 40,1405-1426. 

https://www.jneurosci.org/content/40/7/1405

2018 Glia 
Koppel I., Jaanson K., Klasche A., Tuvikene J., Tiirik T., Pärn A., Timmusk T. Dopamine cross-reacts with adrenoreceptors in cortical astrocytes to induce BDNF expression, CREB signaling and morphological transformation. Glia, 2018, 66, 206-216.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/glia.23238 

2017 Journal of Neuroscience
Sepp M., Vihma H., Nurm K., Urb, M., Page S. C., Roots K., Hark A., Maher B. J., Pruunsild, P., Timmusk T. The intellectual disability and schizophrenia associated transcription factor TCF4 is regulated by neuronal activity and protein kinase A. Journal of Neuroscience, 2017, 37, 10516-10527.

https://www.jneurosci.org/content/37/43/10516 

2016 Journal of Neuroscience
Tuvikene J., Pruunsild P., Orav E., Esvald E.E., Timmusk T. AP-1 transcription factors mediate BDNF-positive feedback loop in cortical neurons. Journal of Neuroscience, 2016, 36, 1290-1305. 

https://www.jneurosci.org/content/36/4/1290 

2016 Journal of Neurochemistry 
Vihma H., Luhakooder M., Pruunsild P., Timmusk T. Regulation of different human NFAT isoforms by neuronal activity. Journal of Neurochemistry, 2016, 137, 394-408. 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jnc.13568
 
2016 European Journal Medicinal Chemistry
Tammiku-Taul J., Park R., Jaanson K., Luberg K., Dobchev D. A., Kananovich D., Noole A., Mandel M., Kaasik A., Lopp M., Timmusk T., Karelson M. Indole-like Trk receptor antagonists. European Journal Medicinal Chemistry, 2016, 121, 541-552.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0223523416304809 

2015 Biology Open 
Tamberg L, Sepp M, Timmusk T., Palgi M. Introducing Pitt-Hopkins syndrome-associated mutations of TCF4 to Drosophila daughterless. Biol. Open, 2015, 4, 1762-1771.

https://journals.biologists.com/bio/article/4/12/1762/1373/Introducing-Pitt-Hopkins-syndrome-associated

2015 Journal of Neurochemistry
Koppel I., Tuvikene J., Lekk I., Timmusk T. Efficient use of a translation start codon in BDNF exon I. J. Neurochem., 2015, 134,1015-1025.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jnc.13124

2014 Handbook of Experimental Pharmacology 
West A. E., Pruunsild P., Timmusk T. Neurotrophins: transcription and translation. Handb. Exp. Pharmacol., 2014, 220, 67-100.

https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-45106-5_4

2014 Journal of Biological Chemistry 
Kannike K., Sepp M., Zuccato C., Cattaneo E., Timmusk T. Forkhead transcription factor FOXO3a levels are increased in Huntington disease because of overactivated positive autofeedback loop. J. Biol. Chem., 2014, 289, 32845-32857.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925820474848?via%3Dihub

2013 Neuropharmacology
Koppel I., Timmusk T. Differential regulation of Bdnf expression in cortical neurons by class-selective histone deacetylase inhibitors. Neuropharmacology, 2013, 75, 106-115.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0028390813003328?via%3Dihub

2012 Human Molecular Genetics
Sepp M., Pruunsild P., Timmusk T. Pitt-Hopkins Syndrome associated mutations in TCF4 lead to variable impairment of the transcription factor function ranging from hypomorphic to dominant negative effects. Hum. Mol. Genet., 2012, 21, 2873-2888.

https://academic.oup.com/hmg/article/21/13/2873/2900619

2011 PLoS ONE 
Sepp M., Kannike K., Eesmaa A., Urb M., Timmusk T. Functional diversity of human basic helix-loop-helix transcription factor TCF4 isoforms generated by alternative 5' exon usage and splicing. PLoS ONE, 2011, 6, e22138.

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0022138

2011 Journal of Neuroscience
Pruunsild P., Sepp M., Orav E., Koppel I., Timmusk T. Identification of cis-elements and transcription factors regulating neuronal activity-dependent transcription of human BDNF gene. J. Neurosci., 2011, 31, 3295-3308.

https://www.jneurosci.org/content/31/9/3295.long

 

Valik varasemaid publikatsioone

2010 Journal of Neurochemistry
Luberg K., Wong J., Weickert C.S., Timmusk T. Human TrkB gene: novel alternative transcripts, protein isoforms and expression pattern in the prefrontal cerebral cortex during postnatal development. J. Neurochem., 2010, 113, 952-964.

2007 Genomics 
Pruunsild P, Kazantseva A, Aid T, Palm K, Timmusk T. Dissecting the human BDNF locus: bidirectional transcription, complex splicing and multiple promoters. Genomics, 2007, 90, 397-406.

2007 Journal of Neuroscience Research
Aid T., Kazantseva A., Piirsoo M., Palm K., Timmusk T. Mouse and rat BDNF gene structure and expression revisited. J Neurosci. Res, 2007, 85, 525-535.

2007 Nature
Lindholm P., Voutilainen M.H., Laurén J., Peränen J., Leppänen V.M., Andressoo J.O., Lindahl M., Janhunen S., Kalkkinen N., Timmusk T., Tuominen R.K., Saarma M. Novel neurotrophic factor CDNF protects and rescues midbrain dopamine neurons in vivo. Nature, 2007, 448, 73- 77. 

2003 Nature Genetics 
Zuccato, C., Tartari, M., Crotti, A., Goffredo, D., Valenza, M., Conti, L., Cataudella, T., Leavitt, L., Hayden, M. R., Timmusk, T., Rigamonti D., Cattaneo, E. Huntingtin interacts with REST/NRSF to modulate the transcription of NRSE-controlled neuronal genes. Nature Genetics, 2003, 35, 76-83.

2001 Science 
Zuccato, C., Ciammola, A., Rigamonti, D., Leavitt, B. R., Goffredo, D., Conti, L., MacDonald, M. E., Friedlander, R. M., Silani, V., Hayden, M. R., Timmusk, T., Sipione, S., Cattaneo, E. Loss of Huntingtin-Mediated BDNF gene transcription in Huntington's disease. Science, 2001, 293, 493-498.

1999 Journal of Biological Chemistry 
Timmusk T., Palm K., Lendahl U., Metsis M. Brain-derived neurotrophic factor expression in vivo is under the control of neuron-restrictive silencer element. J. Biol. Chem., 1999, 274, 1078-1084.

1998 Neuron 
Shieh P. B., Hu S.C., Bobb K., Timmusk T., Ghosh A. Identification of a signaling pathway involved in calcium regulation of BDNF expression. Neuron, 1998, 20, 727-740.

1998 Journal of Neuroscience
Palm K., Belluardo N., Metsis M., Timmusk T. Neuronal expression of zinc finger transcription factor REST/NRSF/XBR gene. J. Neurosci., 1998, 18, 1280-1296.

1995 Journal of Cell Biology
Timmusk T., Lendahl U., Funakoshi H., Arenas E., Persson H., Metsis M. Identification of BDNF promoter regions mediating tissue-specific, axotomy- and neuronal activity-induced expression in transgenic mice. J. Cell Biol., 1995, 128, 185-199.

1993 European Journal of Neuroscience
Timmusk T., Belluardo N., Metsis M., Persson H. Widespread and developmentally regulated expression of neurotrophin-4 mRNA in rat brain and peripheral tissues. Eur. J. Neurosci., 1993, 5, 605-613.

1993 Neuron 
Timmusk T., Palm K., Metsis M., Reintam T., Paalme V., Saarma M., Persson H. Multiple promoters direct tissue-specific expression of the rat BDNF gene. Neuron, 1993, 10, 475-489.
 

Pavel Starkov, Ph.D.

Dr Pavel Starkov lõpetas Lasnamäe Gümnaasiumi (end. Tln 12. Kk) kuldmedaliga, Tartu Ülikooli cum laude, omandas magistrikraadi Imperial College'ist ja doktorikraadi keemias UCL'ist. Hiljem töötas ta teadurina DFCI/Harvard'is ja Iisraelis. Alates 2016, veab Pavel noort iseseisvat uurimisrühma TalTech'is. Ta arendab uusi materjale energia muundumiseks, silmas pidades vesinikumajanduse võimalusi, ning arendab uusi tehnoloogiaid keemilises bioloogias. 

	pavel.starkov@taltech.ee T: +372 620 2830 T: +372 620 2829 (Lab) M: +372 5686 4320 F: +372 620 2828 Rm: SCI-345; 310; 116
Google Scholar       Researcher ID       Scopus ID	Dept of Chem & Biotech Tallinn Univ of Tech 15 Akadeemia Rd. 12618 Tallinn, Estonia

Pavel joined Tallinn University of Technology in 2016 on being awarded a highly competitive Estonian Research Council Starting Grant (the only one awarded to TalTech across the Natural Sciences & Engineering panel).

Pavel was born in Tallinn, Estonia, obtained his BSc cum laude in Natural Sciences from the University of Tartu, MRes in Biomolecular Science from Imperial College London — research project with Prof Alan Armstrong and Dr David Mann — and his Ph.D. in Chemistry in 2011 from University College London (UCL) under supervision of Prof Tom Sheppard. Prior to completing his Ph.D., he joined Prof Ulrike Eggert at Dana–Farber Cancer Institute and Harvard Medical School and later relocated to Israel for a research stay with Prof Rafal Klajn at the Weizmann Institute of Science and a fully-fledged postdoctoral position with Prof Ilan Marek at Technion–Israel Institute of Technology.

 

Opportunities

Please check our opportunities section below. You are also welcome to inquire how to secure funding for a Post-Doc position.

Our research programme is currently funded by the Estonian Research Council and TalTech Young Investigator Award. We take part in EU COST Action CA15135: Multi-target paradigm for innovative ligand identification in the drug discovery process (MuTaLig) and CA18224: Green Chemical Engineering Network towards upscaling sustainable processes (GreenerIng)

For ordering and cataloguing purposes, we use an excellent solution developed by LabSuit.

 

News 

• Ongoing. Check our opportunities section below. PhD studentships will become available with an intended start in Spring or Fall 2021. You are also welcome to inquire how to secure your funding for a Post-Doc position at Tallinn University of Technology.
•  01/12/2021. Congrats to Kefeng, Mahboob and Nargiz on their new contribution.
•  11/02/2020. Welcome to Akmal Kosimov who is set to join the group as a PhD student via being the University of Tartu PhD student, co-supervised N. Kongi! He will be based in Tartu and will work on new MOF materials and their applications.
•  08/18/2020. Congrats to Dr. Rohit Bhadoria who passed his PhD viva on August 18th ! Thanks to Jon Wilden of UCL and Olga Tsubrik of TBD-Biodiscovery for being his examiners.
•  03/10/2020. Congrats to Rohit, Kefeng and Christer for their recent Communication in Chemical Communications: A phenotypic approach to probing cellular outcomes using heterobivalent constructs
•   01/22/2020. A warm welcome to the two Erasmus exchange MSc students, Johanna and Sean, who have the joined the group from TU Clausthal.
•  12/18/2019. Congrats to Kefeng, Mahboob and Rohit for their recent Letter in ACS Applied Energy Materials: Fused hybrid linkers for metal–organic framework-derived bifunctional oxygen electrocatalysts
•  12/12/2019. Congrats to Christer Lohk who received a Distinction Diploma at the Estonian Student Research Competition in the Life and Environmental Sciences' section for his undergraduate thesis. Now, Christer is pursuing his Masters in Biomedical Engineering at the University of Paris. Well done, Christer!
•  07/03/2019. PhD students Mahboob and Kefeng will present their work orally at the 258th ACS Fall Meeting in San Diego, CA, in the Divisions of Energy & Fuels [ENFL-330; 8/27] and Organic Chemistry [ORGN-683; 8/29], respectively.
•  07/03/2019. Congrats to Kefeng and Mahboob for their work on the application of TAL-1 derived materials in chemocatalysis.
•  06/12/2019. Congrats to Christer Lohk who graduated with a BSc in Gene Technology (major) / IT (minor). He will continue his studies as an MSc student in Biomedical Engineering at the University of Paris, France. 
•  03/14/2019. Pavel presented our fused hybrid MOF-derived work at the 6th HYMA meeting in Sitges, Spain.
•  02/22/2019. Rohit presented our heterobivalent constructs' work at the Young Medicinal Chemists' meeting in Paris, France.
•  02/08/2019. Kefeng Ping and Christer Lohk presented our work at the 84th ICS meeting in Tel Aviv, Israel.
•  02/07/2019. Congrats to Kefeng, Mahboob and Rohit for establishing a fused hydrid-linker/single precursor MOF-derived bifunctional electrocatalyst materials. How long will this preprint take to be published..
•  01/22/2019. Congrats to Rohit, Kefeng and Christer for probing cellular outcomes using heterobivalent constructs.  
•  01/22/2019. Rohit Bhadoria took part in the EXCITE Winter Microscopy Workshop in Zürich, Switzerland. 
•  10/31/2018. Congrats to Kefeng Ping for securing the Estonian Smart Specialization PhD Fellowship. Well deserved!
•  09/27/2018. Congrats to Rohit Bhadoria who was selected 1 out of only 40 poster presentations at the ACS Publications Forum in Europe/Scientific Diversity in Inorganic/Organic Chemistry held at the University of Heidelberg, Germany.
•  09/01/2018. Congrats to Christer Lohk on having been awarded a bursary by Rotalia Foundation USA for the excellence in his studies in TalTech Gene Technology BSc programme!
•  08/13/2018. Congrats to Rohit Bhadoria for having successfully made a very insightful diazirine-equipped probe of SU6668 for our joint contribution to Biochemistry.
•  07/10/2018. Mahboob Alam recently obtained his AMS MSc from the University of Tartu and will join the group in September. Welcome!
•  06/16/2018. PhD students Rohit Bhadoria and Kefeng Ping will present their work at the EMBO Chemical Biology Workshop later this August. 
•  06/01/2018. Congrats to Christer Lohk on having been awarded a bursary by the Estonian Students Fund in USA, Inc. for the excellence in his studies in the Gene Technology BSc programme at TalTech!
•  05/20/2018. Pavel represented Estonia this year at the prestigious 10th EUCheMS DOC Young Investigator Workshop YIW2018 with a talk at Merton College, University of Oxford, UK.
• 05/20/2018. Pavel presented our group's upcoming work orally at the 256th ACS Natl Meeting in Boston, MA,  on Aug-21 [CATL-202; General Catalysis] & Aug-22 [BIOL-255; Early Career Investigators in Biological Chemistry].
•  12/01/2017. Christer Lohk from the TalTech Gene Tech/IT undergraduate programme has joined our labs. Christer is developing new small-molecule tools for expansion microscopy
•  10/04/2017. Pavel delivered our group's first flash talk at EMBL | EMBO  Seeing is Believing - Imaging the Processes of Life Symposium. An awesome meeting, an awesome community!
•  08/15/2017. Kefeng Ping, MSc in Chemistry & Toxicology, joined the group from NUI Galway. Kefeng is working on hydrid MOF systems for energy conversion and storage and catalysis.
•  09/01/2016. Rohit Bhadoria, MSc in Chemistry, joined the group as the first PhD student from IIT Gandhinagar. Rohit is kicking off our chemical biology programme on discovery of new heterobi(o)functional systems.
•  04/21/2016. Our lab is now a part of COST 15135 Team MuTaLig!
•  01/04/2016. Pavel moved back to Tallinn, Estonia. Exciting times starting up a forward-looking lab at an excellent TalTech!

We are building up the group - Enquire how to join us!

Who we are

We are a young research group based in Tallinn, Estonia. We focus our efforts on translational synthetic chemistry. We look into ways how to use organic chemistry to advance concepts and capabilities in Applied Science. There are too few independent research groups led by young scientists in Eastern Europe, albeit the EU. Yet, you have come across one of them!

What we do

•   Synthetic organic chemistry
•   Catalysis & sustainable chemistry
•   Supramolecular & heterobifunctional chemistry
•   Chemical approaches to study cellular processes
•   Extending the chemical toolbox in materials science

The focus of my research group is on translating advances in synthetic chemistry & materials to adjacent fields of catalysis, chemical biology and materials science by delivering alternative and/or significantly improved solutions. This is achieved by answering a simple question of how we can improve complex molecular processes, systems and architectures by altering them on a single molecule level.

The work we have embarked on, focusses on development of

•   in-cell screening platform for identifying bifunctional interactions using small molecule chemistry in combination with light microscopy within the context of a living cell;
•   extending the pool of organic linker design for crystalline and amorphous metal–organic coordination network-based porous materials for their applications in energy storage and conversion, and catalysis;
•   novel chemobiological tools to advance use of cell-permeable small molecules in chemical cell biology (novel target ID probes, fluorescent probes, chemical tools for expansion microscopy).

Our approach

Our group uses knowledge of organic chemistry to molecularly design 'networked molecules'. These are a subset of multifunctional small-molecular-weight compounds that address the notions of chemical as well as biological networks. In particular, we employ 'networked molecules' to

1. rationally build up well-organized molecular networks and successfully use them as electrocatalyst materials for various applications, incl. renewable energy and ‘ligandless’ catalysis;

2. disrupt and/or rewire biological networks with a goal of inducing new intracellular interactions and observing synergistic effects.

Such entities in their simplest form are heterobivalent constructs, however, we are looking to install additional moieties that would help extend their multifold performance. Our work is currently funded by the Estonian Research Council (PUT1290) and TalTech Young Investigator Grant (B62).

Why join us

You have the drive and a happy-go-lucky attitude and are fascinated by organic chemistry. In addition, you aim at acquiring a complimentary set of skills (e.g cell biology, biochemistry and/or materials science) to get a strong shot at securing a long-term job in industry/academia or start up a firm of your own.

Opportunities

Check our opportunities section below. PhD studentships are available with an intended start in Fall 2019. You are also welcome to inquire how to secure a Post-Doc position.

PhD Students

• Mahboob Alam joined the group as a PhD student in September 2018. He obtained his MSc in Applied Measurement Science from the University of Tartu. He is co-supervised by Dr. Nadezda Kongi of the University of Tartu. Mahboob studies and gives insight how to improve our newly developed electrocatalyst materials for various applications.
• Kefeng Ping joined as a PhD student in August 2017. Kefeng obtained his BSc from Wuhan Institute of Technology and his MSc degrees in Toxicology and Chemistry from NUI Galway. At Galway, Kefeng worked on the design of spirocyclic oxetane-fused heteroaromatics as NADPH:quinone oxidoreductase 1 (NQO1) inhibitors under supervision of Professor Fawaz Aldabbagh. Kefeng is exploring crystalline vs. amorphous MOF/MOCN-based materials for use in energy storage and conversion, and catalysis. Mahboob is an excellnet expert in materials and electrochemistry. He is contributing to our excellence in many energy-conversion projects.   

Alumni

PhD Students

• Dr. Rohit Bhadoria joined as a PhD student in September 2016. Rohit obtained his BSc from the University of Delhi and his MSc degree from IIT Gandhinagar. At IITGN, Rohit worked on the design of Ras inhibitors under the supervision of Professor Sivapriya (Priya) Kirubakaran. Rohit was exploring heterobifunctional constructs for in-cell screening. Dr. Bhadoria passed his PhD viva/awarded PhD on August 18, 2020, and is currently working in biotech company TBD-Biodiscovery (Tartu, Estonia).

BSc Students

• Christer Lohk joined as an undergraduate student in December 2017. Christer developed several expansion microscopy-enabled small-molecule-techniques to better understand how processes are guided at the single cell level. Christer is an awardee of several bursaries, incl. ERKF Antti Piippo Fund, Rotalia Students Fund in USA and ESFUSA. Christer was awarded a Distinction Diploma in the Estonian National Research Competition, and he continues his studies as a Master's student in Microfluidics (M2) at the Université PSL (Paris, France).

 

Exchange Students

Johanna Marie Ley - MSc Erasmus student from TU Clausthal, Germany.

Sean Ray Kahnert - MSc Erasmus student from TU Clausthal, Germany.

PhD Studentships

PhD studentships will be advertised on this page, TalTech website and at least one international recruitment website (typically, Euraxess and FindAPhD) when they become available. I would aim to take on one-two PhD student each Fall. If you are interested in joining our group, please contact me directly via email. Prospective PhD students are encouraged to enquire about possible research projects at least one academic year ahead. In Estonia, there are no residency requirements for PhD admissions, and once secured PhD scholarships are very reasonable.

They will be advertised as they come, currently, with Fall 2020 as the initial date for the new recruitment.

Postdoctoral positions

If you wish to apply for Estonian incoming postdoctoral/returning scientist funding together with us or if you are interested in securing funding from your home country or an independent funding body then do not hesitate to get in touch with me via email. Please note the standards to compete for the Estonian incoming Post-Doc fellowships is as high as in the rest of the EU. Your PI will advise you on the best strategy. The PI may be able to assist you in obtaining suitable funding. When emailing, please do not forget to attach your up-to-date CV along with a covering letter explaining why you are interested in applied/organic chemistry research.

BSc/MSc Research Projects

Each year we will have lab space for one-two research projects for the TalTech undergraduate or masters students. Further details of the available projects will be circulated in-house. Students about to begin their 1st/2nd Year of BSc or 1st Year of MSc year are welcome to come and see me in person to discuss potential research projects.

Summer/Visiting Research Projects

While we do not normally have funding available for summer/visiting projects, a number of scholarships (incl. Erasmus+, Dora+) can be made available. Anyone interested in applying for these awards is encouraged to get in touch early in the academic year. If you have already secured your funding for a summer/visiting project and are interested in coming to work with us, please get in touch at any time given.

Diversity

The cornerstone of our research group is our group members. We aim to attract bright and motivated co-workers no matter what the background and give them every opportunity to thrive. We believe that inclusiveness and excellence walk hand in hand, and that diversity extends to identities beyond just race and gender.

Mass mailings will not be acknowledged.

Selected Publications

Submitted 

•    Alam, M.; Ping, K.; Kahnert, S.-R.; Bhadoria, R.; Kazimova, N.; Mere, A.; Mikli, V.; Käärik, M.; Aruväli, J.; Paiste, P.; Kikas, A.; Kisand, V.; Järving, I.; Leis, J.; Tammeveski, K.; Kongi, N.; Starkov, P. Multi-purpose chemo- and electrocatalyst material from amorphous cobalt metal–organic framework. Submitted

 

Independent Group

•    Kazimova, N.; Ping, K.; Alam, M.; Danilson, M.; Merisalu, M.; Aruväli, J.; Käärik, M.; Mikli, V.; Leis, J.; Tammeveski, K.; Starkov, P.; Kongi, N. Shungite-derived graphene as a carbon support for bifunctional oxygen electrocatalysts. J. Catal. 2021, ASAP. DOI:10.1016/j.catal.2021.01.004
•    Bhadoria, R.; Ping, K.; Lohk, C.; Järving, I.; Starkov, P. A phenotypic approach to probing cellular outcomes using heterobivalent constructs. Chem. Commun. 2020, 56, 4216–4219 .  DOI:10.1039/C9CC09595K 
• [Originally on ChemRxiv] 
•    Ping, K.; Braschinsky, A.; Alam, M.; Bhadoria, R.; Mihkli, V.; Mere, A.; Aruväli, J.; Vlassov, S.; Kook, M.; Rähn, M.; Sammelselg, V.; Tammeveski, K.; Kongi, N.; Starkov, P. Fused hybrid organic linkers for metal-organic frameworks-derived bifunctional oxygen electrocatalysts. ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 152–157.   DOI:10.1021/acsaem.9b02039  
• [Originally on ChemRxiv]  ACS Free to Read License until Dec31–2020
•    Ping, K.; Alam, M.; Käärik, M.; Leis, J.; Kongi, N.; Järving, I.; Starkov, P. Surveying iron–organic framework TAL-1 derived materials in ligandless heterogenous oxidative catalytic transformations of alkylarenes. Synlett 2019, 30, 1536–1540.
• [Invited]  DOI:10.1055/s-0037-1611877  [Author's PDF]
•   Kasak, L.; Näks, M.; Eek, P.; Piirsoo, A.; Bhadoria, R.; Starkov, P.; Saarma, M.; Kasvandik, S.; Piirsoo, M. Characterization of protein kinase ULK3 regulation by phosphorylation and inhibition by small molecule SU6668. Biochemistry 2018, 57, 5456–5465. DOI:10.1021/acs.biochem.8b00356

As Graduate Student and PostDoc

•   Starkov, P.; Moore, J. T.; Duquette, D.; Stoltz, B. M.; Marek, I. Enantioselective construction of acyclic quaternary carbon stereocenters: Palladium-catalyzed decarboxylative allylic alkylation using fully-substituted amide enolates. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9615–9620. DOI:10.1021/jacs.7b04086
•   Lanigan, R. M.; Karaluka, V.; Sabatini, M.; Starkov, P.; Badland, M.; Boulton, L.; Sheppard, T. D. Direct amidation of unprotected amino acids using B(OCH₂CF₃)₃. Chem. Commun. 2016, 52, 8846–8849. DOI:10.1039/C6CC05147B  [Open Access] 
•   Starkov, P.; Jamison, T. F.; Marek, I. Electrophilic amination: The case of nitrenoids. Chem. Eur. J. 2015, 21, 5278–5300. DOI:10.1002/chem.201405779 
•   Lanigan, R. M.; Starkov, P.; Sheppard, T. D. Direct synthesis of amides from carboxylic acids and amines using B(OCH₂CF₃)₃. J. Org. Chem. 2013, 78, 4512–4523. DOI:10.1021/jo400509n  [Open Access]
•   Starkov, P.; Rota, F.; D'Oyley, J. M.; Sheppard, T. D. Catalytic electrophilic halogenation of silyl‐protected and terminal alkynes: Trapping gold (I) acetylides vs. a Brønsted acid‐promoted reaction. Adv. Synth. Catal. 2012, 354, 3217–3224.  DOI:10.1002/adsc.201200491
•   Starkov, P.; Sheppard, T. D. Borate esters as convenient reagents for direct amidation of carboxylic acids and transamidation of primary amides. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 1320–1323. DOI:10.1039/C0OB01069C
•   Körner, C.; Starkov, P.; Sheppard, T. D. An alternative approach to aldol reactions: Gold-catalyzed formation of boron enolates from alkynes. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5968–5969.  DOI:10.1021/ja102129c
•   Starkov, P.; Zemskov, I.; Sillard, R.; Tšubrik, O.; Mäeorg, U. Copper-catalyzed N-arylation of carbamate-protected hydrazones with organobismuthanes. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 1155–1157.  DOI:10.1016/j.tetlet.2006.12.071

 

PhD Thesis

•  Starkov, P. Applications of boronic acids in organic synthesis. PhD Thesis, University College London, London, UK, 2011. UCL/DOI Link   [Open Access]

Neurogliia hulka kuuluvad astrotsüüdid on üks põhilistest kesknärvisüsteemi rakutüüpidest. Nende hooleks on paljude oluliste ülesannete täitmine pea- ja seljaajus, näiteks sünapilise ioonse tasakaalu hoidmine ja neurotransmitterite tagasihaare, samuti kontroll hematoentsefaalse barjääri toimimise üle. Molekulaarse neurobioloogia abil on viimaste kümnenditel avastatud põnevad suhtlusmehhanismid neuronite ja astrotsüütide vahel, mis toimivad neurotransmitterite (astrotsüüdi poolelt lähtuvalt kutsutakse neid gliotransmitteriteks) ja muude signaalmolekulide kaasabil.

Oma töös üritame me aru saada, kuidas rakusiseste signaaliradade selektiivne aktiveerimine kas astrotsüütides või neuronites mõjutab vastavalt teise rakutüübi füsioloogiat ja geeniekspressiooni.  Selleks kasutame uudseid geneetilisi tööriistu rakutüübi-spetsiifiliseks signaaliradade aktiveerimiseks ja samuti rakutüübi-spetsiifiliseks transkriptoomide ning proteoomide profileerimiseks.

Veel oleme huvitatud neurotrofiinide rollidest mitteneuronaalsetes rakkudes nagu gliiarakud ja kardiomüotsüüdid.

Grupi liikmed

Dr. Indrek Koppel
Dr. Florencia Cabrera Cabrera

1: Doron-Mandel E, Koppel I, Abraham O, Rishal I, Smith TP, Buchanan CN, Sahoo
PK, Kadlec J, Oses-Prieto JA, Kawaguchi R, Alber S, Zahavi EE, Di Matteo P, Di
Pizio A, Song DA, Okladnikov N, Gordon D, Ben-Dor S, Haffner-Krausz R, Coppola
G, Burlingame AL, Jungwirth P, Twiss JL, Fainzilber M. The glycine arginine-rich
domain of the RNA-binding protein nucleolin regulates its subcellular
localization. EMBO J. 2021 Sep 13:e107158. doi: 10.15252/embj.2020107158. Epub
ahead of print. PMID: 34515347.

2: Mentrup T, Cabrera-Cabrera F, Schröder B. Proteolytic Regulation of the
Lectin-Like Oxidized Lipoprotein Receptor LOX-1. Front Cardiovasc Med. 2021 Jan
20;7:594441. doi: 10.3389/fcvm.2020.594441. PMID: 33553253; PMCID: PMC7856673.

3: Gradtke AC, Mentrup T, Lehmann CHK, Cabrera-Cabrera F, Desel C, Okakpu D,
Assmann M, Dalpke A, Schaible UE, Dudziak D, Schröder B. Deficiency of the
Intramembrane Protease SPPL2a Alters Antimycobacterial Cytokine Responses of
Dendritic Cells. J Immunol. 2021 Jan 1;206(1):164-180. doi:
10.4049/jimmunol.2000151. Epub 2020 Nov 25. PMID: 33239420.

4: Marvaldi L, Panayotis N, Alber S, Dagan SY, Okladnikov N, Koppel I, Di Pizio
A, Song DA, Tzur Y, Terenzio M, Rishal I, Gordon D, Rother F, Hartmann E, Bader
M, Fainzilber M. Importin α3 regulates chronic pain pathways in peripheral
sensory neurons. Science. 2020 Aug 14;369(6505):842-846. doi:
10.1126/science.aaz5875. PMID: 32792398.

5: Mentrup T, Cabrera-Cabrera F, Fluhrer R, Schröder B. Physiological functions
of SPP/SPPL intramembrane proteases. Cell Mol Life Sci. 2020
Aug;77(15):2959-2979. doi: 10.1007/s00018-020-03470-6. Epub 2020 Feb 12. PMID:
32052089; PMCID: PMC7366577.

6: Urb M, Anier K, Matsalu T, Aonurm-Helm A, Tasa G, Koppel I, Zharkovsky A,
Timmusk T, Kalda A. Glucocorticoid Receptor Stimulation Resulting from Early
Life Stress Affects Expression of DNA Methyltransferases in Rat Prefrontal
Cortex. J Mol Neurosci. 2019 May;68(1):99-110. doi: 10.1007/s12031-019-01286-z.
Epub 2019 Mar 9. PMID: 30852742.

7: Mentrup T, Theodorou K, Cabrera-Cabrera F, Helbig AO, Happ K, Gijbels M,
Gradtke AC, Rabe B, Fukumori A, Steiner H, Tholey A, Fluhrer R, Donners M,
Schröder B. Atherogenic LOX-1 signaling is controlled by SPPL2-mediated
intramembrane proteolysis. J Exp Med. 2019 Apr 1;216(4):807-830. doi:
10.1084/jem.20171438. Epub 2019 Feb 28. PMID: 30819724; PMCID: PMC6446863.

8: Koppel I, Fainzilber M. Omics approaches for subcellular translation studies.
Mol Omics. 2018 Dec 3;14(6):380-388. doi: 10.1039/c8mo00172c. PMID: 30338329.

9: Rozenbaum M, Rajman M, Rishal I, Koppel I, Koley S, Medzihradszky KF, Oses-
Prieto JA, Kawaguchi R, Amieux PS, Burlingame AL, Coppola G, Fainzilber M.
Translatome Regulation in Neuronal Injury and Axon Regrowth. eNeuro. 2018 May
10;5(2):ENEURO.0276-17.2018. doi: 10.1523/ENEURO.0276-17.2018. PMID: 29756027;
PMCID: PMC5944006.

10: Terenzio M, Koley S, Samra N, Rishal I, Zhao Q, Sahoo PK, Urisman A, Marvaldi
L, Oses-Prieto JA, Forester C, Gomes C, Kalinski AL, Di Pizio A, Doron-Mandel E,
Perry RB, Koppel I, Twiss JL, Burlingame AL, Fainzilber M. Locally translated
mTOR controls axonal local translation in nerve injury. Science. 2018 Mar
23;359(6382):1416-1421. doi: 10.1126/science.aan1053. PMID: 29567716; PMCID:
PMC6501578.

11: Koppel I, Jaanson K, Klasche A, Tuvikene J, Tiirik T, Pärn A, Timmusk T.
Dopamine cross-reacts with adrenoreceptors in cortical astrocytes to induce BDNF
expression, CREB signaling and morphological transformation. Glia. 2018
Jan;66(1):206-216. doi: 10.1002/glia.23238. Epub 2017 Oct 6. PMID: 28983964.

12: Jaagura M, Taal K, Koppel I, Tuvikene J, Timmusk T, Tamme R. Rat NEURL1 3'UTR
is alternatively spliced and targets mRNA to dendrites. Neurosci Lett. 2016 Dec
2;635:71-76. doi: 10.1016/j.neulet.2016.10.041. Epub 2016 Oct 22. PMID:
27780737.

13: Tucci P, Estevez V, Becco L, Cabrera-Cabrera F, Grotiuz G, Reolon E, Marín M.
Identification of Leukotoxin and other vaccine candidate proteins in a
<i>Mannheimia haemolytica</i> commercial antigen. Heliyon. 2016 Sep
19;2(9):e00158. doi: 10.1016/j.heliyon.2016.e00158. PMID: 27699279; PMCID:
PMC5035357.

14: Fernández-Calero T, Cabrera-Cabrera F, Ehrlich R, Marín M. Silent
Polymorphisms: Can the tRNA Population Explain Changes in Protein Properties?
Life (Basel). 2016 Feb 17;6(1):9. doi: 10.3390/life6010009. PMID: 26901226;
PMCID: PMC4810240.

15: Koppel I, Tuvikene J, Lekk I, Timmusk T. Efficient use of a translation start
codon in BDNF exon I. J Neurochem. 2015 Sep;134(6):1015-25. doi:
10.1111/jnc.13124. Epub 2015 Apr 27. PMID: 25868795.

16: Garcia-Silva MR, Sanguinetti J, Cabrera-Cabrera F, Franzén O, Cayota A. A
particular set of small non-coding RNAs is bound to the distinctive Argonaute
protein of Trypanosoma cruzi: insights from RNA-interference deficient
organisms. Gene. 2014 Apr 1;538(2):379-84. doi: 10.1016/j.gene.2014.01.023. Epub
2014 Jan 23. PMID: 24463018.

17: Garcia-Silva MR, Cabrera-Cabrera F, das Neves RF, Souto-Padrón T, de Souza
W, Cayota A. Gene expression changes induced by Trypanosoma cruzi shed
microvesicles in mammalian host cells: relevance of tRNA-derived halves. Biomed
Res Int. 2014;2014:305239. doi: 10.1155/2014/305239. Epub 2014 Apr 9. PMID:
24812611; PMCID: PMC4000953.

18: Koppel I, Timmusk T. Differential regulation of Bdnf expression in cortical
neurons by class-selective histone deacetylase inhibitors. Neuropharmacology.
2013 Dec;75:106-15. doi: 10.1016/j.neuropharm.2013.07.015. Epub 2013 Aug 2.
PMID: 23916482.

19: Garcia-Silva MR, das Neves RF, Cabrera-Cabrera F, Sanguinetti J, Medeiros LC,
Robello C, Naya H, Fernandez-Calero T, Souto-Padron T, de Souza W, Cayota A.
Extracellular vesicles shed by Trypanosoma cruzi are linked to small RNA
pathways, life cycle regulation, and susceptibility to infection of mammalian
cells. Parasitol Res. 2014 Jan;113(1):285-304. doi: 10.1007/s00436-013-3655-1.
Epub 2013 Nov 17. PMID: 24241124.

20: Garcia-Silva MR, Cabrera-Cabrera F, Güida MC, Cayota A. Hints of tRNA-Derived
Small RNAs Role in RNA Silencing Mechanisms. Genes (Basel). 2012 Oct
10;3(4):603-14. doi: 10.3390/genes3040603. PMID: 24705078; PMCID: PMC3899978.

21: Pruunsild P, Sepp M, Orav E, Koppel I, Timmusk T. Identification of cis-
elements and transcription factors regulating neuronal activity-dependent
transcription of human BDNF gene. J Neurosci. 2011 Mar 2;31(9):3295-308. doi:
10.1523/JNEUROSCI.4540-10.2011. PMID: 21368041; PMCID: PMC6623925.

22: Koppel I, Aid-Pavlidis T, Jaanson K, Sepp M, Palm K, Timmusk T. BAC
transgenic mice reveal distal cis-regulatory elements governing BDNF gene
expression. Genesis. 2010 Apr;48(4):214-9. doi: 10.1002/dvg.20606. PMID:
20186743; PMCID: PMC2978326.

23: Koppel I, Aid-Pavlidis T, Jaanson K, Sepp M, Pruunsild P, Palm K, Timmusk T.
Tissue-specific and neural activity-regulated expression of human BDNF gene in
BAC transgenic mice. BMC Neurosci. 2009 Jun 25;10:68. doi:
10.1186/1471-2202-10-68. PMID: 19555478; PMCID: PMC2708170.

24: Mällo T, Kõiv K, Koppel I, Raudkivi K, Uustare A, Rinken A, Timmusk T, Harro
J. Regulation of extracellular serotonin levels and brain-derived neurotrophic
factor in rats with high and low exploratory activity. Brain Res. 2008 Feb
15;1194(5):110-7. doi: 10.1016/j.brainres.2007.11.041. Epub 2007 Dec 4. PMID:
18177844; PMCID: PMC2568862.

25: Francks C, Maegawa S, Laurén J, Abrahams BS, Velayos-Baeza A, Medland SE,
Colella S, Groszer M, McAuley EZ, Caffrey TM, Timmusk T, Pruunsild P, Koppel I,
Lind PA, Matsumoto-Itaba N, Nicod J, Xiong L, Joober R, Enard W, Krinsky B,
Nanba E, Richardson AJ, Riley BP, Martin NG, Strittmatter SM, Möller HJ, Rujescu
D, St Clair D, Muglia P, Roos JL, Fisher SE, Wade-Martins R, Rouleau GA, Stein
JF, Karayiorgou M, Geschwind DH, Ragoussis J, Kendler KS, Airaksinen MS,
Oshimura M, DeLisi LE, Monaco AP. LRRTM1 on chromosome 2p12 is a maternally
suppressed gene that is associated paternally with handedness and schizophrenia.
Mol Psychiatry. 2007 Dec;12(12):1129-39, 1057. doi: 10.1038/sj.mp.4002053. Epub
2007 Jul 31. PMID: 17667961; PMCID: PMC2990633.

The research in the group is focused on the development of new electro- and photochemical transformation in continuous-flow. Our research is multidisciplinary, as we combine modern organic synthesis techniques with chemical engineering in order to achieve high efficiency and sustainability. In electro- and photochemical reactions, electricity or light are used as traceless and green reagents to generate highly reactive species under mild reaction conditions, which gives access to the new reaction pathways. Moreover, the potential to harvest sustainable electricity from solar or wind energy and using daylight directly to perform reactions makes electro- and photochemistry highly attractive. In our group, we perform such transformation not in conventional chemical flask or test tubes, but in specially designed flow photo- and electromicroreactors, where solution of chemicals is continuously pumped through the active reactor zone. Due to the continuous nature of the process, such transformations are easy to scale up merging the gap between academia and chemical industry.
 
Dr. Maksim Ošeka (Principal Investigator)
Anastasiya Krech (PhD Student)
Anni Kooli (Visiting PhD Student)
 
https://twitter.com/MaksimOseka

Link publikatsioonidele

Puidukeemia ja biomassi väärindamise tehnoloogiate töörühm koondab enda alla instrumentaalanalüüsi, struktuuribioloogia ja ligniini biokeemia ning jätkusuutliku keemia ja tehnoloogia laborite tegevused, mis on seotud puidu ja taimse biomassi väärindamise protsesside/strateegiate arendamisega. Puidukeemia töörühma TalTechi välisteks koostööpartneriteks on Tartu Ülikool, Eesti Maaülikool ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut. Lisaks tehakse aktiivselt koostööd TalTechi materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudiga (Prof. Krumme ja Prof. Kers). Töörühma tegevusi juhib Dr. Tiit Lukk. 

Link kodulehele

Puidukeemia ja biomassi väärindamise tehnoloogiate rühm teostab interdistsiplinaarseid uuringuid järgnevatel  teadusaladel: 

Puidupolümeeride fraktsioneerimine ja analüütiline keemia: 
Dr. Maria Kulp – rühma juht
Dr. Marina Kudrjašova 
Kristiina Leiman 
Olivia-Stella Salm 
Evelin Solomina 
Violetta Umerenkova 

Funktsionaalsed materjalid puidupolümeeridest:
Dr. Mihkel Koel ja Dr. Yevgen Karpichev – rühma juhid 
Dr. Urve Kallavus 
Piia Jõul 
Jose Morales 
Daniel Sööt 

Biomassi biokeemiline väärindamine: 
Dr. Tiit Lukk – rühma juht 
Dr. Eve-Ly Ojangu 
Dr. Kairit Zovo 
Dr. Zeba Usmani 
Hegne Pupart 
Marcel Mäger 
Epp Väli 

Sekundaarsete biomassi voogude väärindamine: 
Dr. Maria Kuhtinskaja ja Dr. Merike Vaher – rühma juhid 
Dr. Piret Saar-Reismaa 
Dr. Tiit Lukk 
Marlen Leemet 

Rahastus: 
MOBTT60 - Aktinomütseetide metalloproteiinide roll ligniini depolümeriseerimisel ja mulla keemias 
RESTA11 - Pleegitatud keemilis-termilise puitmassi (BCTMP) ja töötlemata sekundaarsete puitmassi voogude keemilise ja biokeemilise väärindamise tehnoloogiate väljaarendamine 
KIK21023 - Mandariinimahla pressijääkide väärindamise tehnoloogiate väljaarendamine eesmärgiga leevendada Gruusia puuviljamahla tööstuste keskkonna jalajälge kasutades ringmajanduse põhimõtteid
 

Põlevkivi kasutamise tehnoloogiline edasiarendamine on Eestile nii sotsiaalselt kui majanduslikult strateegiliselt tähtis. Seoses õli ületootmisega maailmas ja õlihindade madalseisuga ei ole täiendava põlevkiviõlitootmise tehase rajamine praegu mõistlik ja õlitootmine jääb ka edaspidi sõltuma õli hinnast maailmaturul, mis ei ole stabiilne.

Põlevkivi uurimisrühm tegeleb põlevkivi väärindamisega selle otsese degradeerimise teel dikarboksüülhapeteks (DKH) ja nende derivaatideks, mis on lähteaineteks või komponenditeks polümeeride, värvide, määrdeainete, ehituskeemia toodete (polüuretaanid ja ehitusvahud) ning paljude teiste spetsiaalmaterjalidena. Turuhinnaga on DKH ~5-100 korda kallim kui põlevkiviõli, temast tehtud tooted aga veel gi kallimad. 

On uuritud kahte põlevkivi keemilise lõhustamise meetodit – õhuga oksüdeerimist (WAO) ja lämmastikhappega oksüdeerimist. Näidatud, et mõlema meetodiga, nii WAO kui ka lämmastikhappega oksüdeerides saab põlevkivist ja tema kontsentraatidest dikarboksüülhappeid.

Praegu töö jätkub Nutika spetsialiseerimise programmi raames. Lepingu „Põlevkivi kerogeeni dikarboksüülhapeteks töötlemise tehnoloogiline platvorm“ eesmärgiks on edendada põlevkivitöötlemise tehnoloogiat ja selgitada välja tootearenduse võimalused. Projekt koosneb kahest osast: uurimistöö, kus uuritakse erinevaid võimalusi pideva vooluga tehnoloogia loomiseks ja teine osa, mis hõlmab tootearendust esimese tulemuse põhjal.

• Margus Lopp, professor 
• Uustalu Jaan Mihkel, peaspetsialist
• Kaldas Kristiina, doktorant-nooremteadur
• Muldma Kati, insener
• Aia Simm, insener
• Tiina Kontson, insener
• Varlamova Galina, projekti assistent
• Villem Ödner Koern, üliõpilane

Puthiya Veetil, S. K.; Rebane, K.; Yörük, C. R.; Lopp, M.; Trikkel, A.; Hitch, M. (2021). Aqueous mineral carbonation of oil shale mine waste (limestone): A feasibility study to develop a CO2 capture sorbent. Energy, #119895. DOI: 10.1016/j.energy.2021.119895.

Kaldas, K.; Preegel, G.; Muldma, K. K.; Lopp,  M. (2020). Wet Air Oxidation of Oil Shales: Kerogen Dissolution and Dicarboxylic Acid Formation. American Chemical Society, 5, 35, 22021–22030, pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.0c01466.

Kaldas, K.; Preegel, G.; Muldma, K.; Lopp, M. (2019). Reactivity of Aliphatic Dicarboxylic Acids in Wet Air Oxidation Conditions. Ind. & Eng. Chem. Res., 58, 25, 10855-10863.

Patendi taotlus:

Lopp, M.; Kaldas, K.; Preegel, G.; Muldma, K.; Niidu, A. (2021). Põlevkivi kerogeeni oksüdeeriva lahustamise meetod. Eesti Patendileht 2, 8. EE201900020 A

Viljatus on ülemaailmne probleem, mis mõjutab hinnanguliselt 15% viljakas eas paaridest. Reproduktiivbioloogia grupp uurib molekulaarseid mehhanisme, mis tagavad inimese viljakuse või mille hälbed põhjustavad viljatust. Eelkõige keskendume naisepoolsele viljatusele ning täpsemalt nende munasarjas toimuvate protsesside uurimisele, mis tagavad elujõulise munaraku küpsemise. 

Oma töös kasutame nii klassikalisi laboratoorseid meetodeid kui ka suure läbilaskevõimega analüüsimeetodeid (geeniekspressiooni analüüs süvasekveneerimise teel, mikrokiibi või mass-spektromeetria meetodite abil, üksikrakkude sekveneerimine jpm). Lisaks tegeleme bioinformaatilise andmeanalüüsi, biostatistika ja signaaliradade modelleerimisega. Teeme tihedat koostööd Tervisetehnoloogia Arenduskeskusega ning kõikide Eesti viljatusravi kliinikutega.

Meie uurimisrühma üheks peamiseks mudeliks on munasarja folliikul. Kuna munarakku kasutatakse kehavälise viljastamise protseduuril viljastamiseks ja embrüo kasvatamiseks, on selle raku invasiivsed uuringud raskendatud. Küll aga on võimalik hinnata munaraku küpsemise keskkonda teda ümbritsevate granuloosrakkude ja follikulaarvedeliku kaudu, mis sisaldavad mitmesugust geneetilist ja biokeemilist informatsiooni.

Liikmed:
Agne Velthut-Meikas, PhD, dotsent, uurimisgrupi juht
Ilmatar Rooda, MSc, doktorant
Kristine Roos, MSc, doktorant
Inge Varik, MSc, doktorant
Mai-Ly Kristal, BSc, magistrant
Katariina Johanna Saretok, bakalaureuseastme üliõpilane

 Grupi koduleht

Publikatsioonid

Supramolekulaarse keemia uurimisrühm tegeleb molekuliülese keemiaga, hõlmates uurimisse nii analüütilise, orgaanilise kui ka füüsikalise keemia meetodeid. Tegeleme efektiivsete ja keskkonnasõbralike sünteesimeetodite välja töötamisega, mille abil valmistame makrotsüklilisi retseptormolekule (näiteks hemikukurbituriile). Arendame uusi meetodeid mehhanokeemiliseks sünteesiks. Mehhanokeemia võimaldab reaktsioone läbi viia kiiremini kui lahjades lahustites ning aitab vähendada keemiliste protsesside süsiniku jalajälge orgaaniliste lahustite vältimise kaudu. Uurime makrostüklilisete (umbes nanomeetrise diameetriga) molekulide teket, struktuuri ning omadusi, ja ka komplekside moodustamise võimet. Ja rakendame nii kvantitatiivseid kui ka kvalitatiivseid analüüsimeetodeid. Tegeleme selektiivsete  retseptormolekulide loomisega, mis võiksid töötada kemosensoritena analüütide ja saasteainete määramisel, kui ka selektiivsete absorbentidena. Kuna eluslooduse ehituskivid on kiraalsed, siis keskendume just kiraalsetele molekulidele. Samuti uurime kiraalsuse ülekannet optiliselt signaali andvatele ühenditele (näiteks metallo-porfüriinidele). Selektiivsed, komplekse moodustavad markotsüklid on rakendatavad sensoritena, sorbentidena ja biomolekulide toime reguleerijatena keemia-, materjali-, ravimi-ja toiduainetööstuses.

Ainete omaduste uurimiseks kasutame analüütilisi lahutusmeetodeid (HPLC), ultraviolett UV ja mass-spektromeetriat (MS), tuumamagnetresonants spektroskoopiat (TMR), ultravioletne-nähtav (UV-Vis), infrapunast (IR) ja fluoressents (FS) spektroskoopiat ning määrame molekulide kristaallstruktuure monokristal-röntgendifraktsioonanalüüsiga (SC-XRD). Lisaks analüüsime kiraalsete ainete omadusi ringdikroismi (CD) ja vibratsioonilise ringdikroism (VCD) spektroskoopia abil.
Praktika, lõputöö või teadustöö tegemise huvi korral meie uurimisrühmas, palun võtta ühendust uurimisrühma juhi Riina Aavaga (riina.aav@taltech.ee).
Vaata grupi kodulehte siit

Grupi liikmed: Dr. Dzmitry Kananovich, Dr. Victor Borovkov, Dr. Lukaš Ustrnul, Dr. Karin Valmsen, Dr. Marina Kudrjašova, Dr. Elena Progorchenko (lapsepuhkusel), Kamini A. Mishra, Nele Konrad, Tatsiana Dalidovich, Tatsiana Shalima, Mari-Liis Ludvig (lapsepuhkusel), Jevgenija Martõnova, Marko Šakarašvili, Kristjan Siilak, Jagadeesh Varma, Elina Suut, Rauno Reitalu (kaitseväes).

1. Dalidovich, T.; Mishra, K. A.; Shalima, T.; Kudrjasova, M.; Kananovich, D. G.; Aav, R. Mechanochemical Synthesis of Amides with Uronium-Based Coupling Reagents: A Method for Hexa-amidation of Biotin[6]uril. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8 (41), 15703-15715. DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05558.

2. Mishra, K.; Adamson, J.; Öeren, M.;  Kaabel, S.; Fomitšenko, M.; Aav, R. Dynamic chiral cyclohexanohemicucurbit[12]uril, Chemical Communications, 2020, 56, 14645-14648 , DOI: 10.1039/D0CC06817A 

3. Kaabel, S.; Stein, R. S.; Fomitsenko, M. Jarving, I.; Friscic, T.; Aav, R. Size-Control by Anion Templating in Mechanochemical Synthesis of Hemicucurbiturils in the Solid State. Angewandte Chemie International Edition. 2019, 58, (19) 6230-6234. DOI: 10.1002/ anie.201813431. Featured on cover 

4. Ustrnul, L.; Kaabel, S.; Burankova, T.; Martõnova, J.; Adamson, J.; Konrad, N.; Burk, P.; Borovkov, V.; Aav, R. Supramolecular chirogenesis in zinc porphyrins by enantiopure hemicucurbit[n]urils (n = 6, 8) Chemical Communications, 2019, 55, 14434-14437, DOI: 10.1039/C9CC07150D

5. Kaabel, S.; Adamson, J.; Topic, F.; Kiesila, A.; Kalenius, E.; Oeren, M.; Reimund, M.; Prigorchenko, E.; Lookene, A.; Reich, H. J.; Rissanen, K.; Aav, R. Chiral hemicucurbit[8]uril as an anion receptor: selectivity to size, shape and charge distribution. Chemical Science, 2017, 8 (3), 2184-2190. DOI: 10.1039/C6SC05058A.

Uurimisrühma juht: Kadri Järve, PhD, vanemteadur (+372 6204427, kadri.jarve@taltech.ee)

Uurimisrühma liikmed:

Irena Jakobson – teadur, PhD;

Hilma Peusha – peaspetsialist, PhD;

Galina Sokolova – vanemlaborant

 

ORCID:

Kadri Järve        orcid.org/0000-0002-4970-8689

Hilma Peusha    0000-0002-7597-6812

Irena Jakobson: 0000-0003-3535-4688

 

Uurimisrühma tegevust iseloomustavad võtmesõnad: põllukultuuride eelaretus, genotüpiseerimine

Uurimisrühma kompetentside tutvustus:

Töörühm tegeleb põllukultuuride resistentsusgeneetikaga, uurimisobjektideks on suvi- ja talinisu ning kartul. Liikidevahelise kaugristamise teel on saadud introgressiivsed haiguskindlad nisuliinid ja koostöös Tšehhi Eksperimentaalse Botaanika Instituudiga (dr. M. Valarik, dr. J. Šafář) tegeleme jätkuva projektina jahukastekindluse tekkes prevaleerivat rolli omava uudse resistentsusgeeni QPm.tut.4A identifitseerimisega. Seda geeni sisaldav introgressiivne liin on registreeriti 2021. aastal Eestis uue nisusordina. Samuti tegeleme nisu agronoomiliselt oluliste tunnuste (saagikus, varajasus, haiguskindlus muude seenhaiguste suhtes) parendamisega.

Riiklikus programmis ’Põllukultuuride geneetilise ressursi fenotüübiline ja molekulaarne iseloomustamine’ osaleme teraviljasortide ja –liinide molekulaarse markeerimise ja fenotüpiseerimisega (Riiklik Sordiaretusprogramm 2020–2030: projekt koostöös Eesti Taimekasvatuse Instituudiga: „Põllukultuuride eelaretus ja molekulaarsete ning koekultuurimeetodite rakendamine sordiaretuses“ (2020, projekti juht K. Järve).

Meie rühma uurimisfookuseks on taim-patogeen interaktsioonide geneetilised, molekulaarsed ning rakubioloogilised aspektid. Selleks kasutame peremeestaimedena eelkõige erinevaid kõrrelisi, samuti ka mudeltaimi müürlooka ja tubakaid.

Identifitseerime ja iseloomustame kõrrelistest kultuurtaimi nakatavaid viiruseid Eestis ning naabermaades, kasutades selleks uue põlvkonna sekveneerimismeetodeid.

Uurime sobemoviiruste liike. Kuulume “Rahvusvaheline Viiruste Taksonoomia Komitee” Solemoviridae uurimisrühma ja seoses PARROT projektiga “Sobemoviiruste tekkimine ja lahknemine“ teeme  koostööd “Prantsuse Säästva Arengu Riikliku Uurimisinstituudiga“.

Taimede molekulaarbioloogias uurime ABCE valke kasutades CRISPR/Cas9 tehnoloogiat. ABCE valgud on seotud translatsiooniga ja RNA vaigistamise supressiooniga.

Oleme sel aastal alustanud EEA-RESEARCH-64 projektiga “Raiheina kohanemisvõime ja vastupidavuse parandamine ohutute ja säästvate toidusüsteemide jaoks CRISPR-Cas9 tehnoloogia abil”, mis on finantseeritud EMP Balti teaduskoostöö programmi raames. Partnerid on Läti Ülikool, Norra Loodusteaduste Ülikool ning Leedu Põllumajanduse ja Metsanduse Uurimiskeskus. Raihein (Lolium perenne) on Euroopas domineeriv söödarohuliik kuna omab kõrget toiteväärtust ja suurt taastumisvõimet. Võrreldes teiste jahedas kliimas kasvavate söödarohu liikidega, on raiheinal vähem konkurentsivõimeline kasvatamiseks Põhjamaade / Läänemere piirkonnas. Kasutades CRISPR-põhist täppisaretust plaanime kindlaks teha geenid, mis on seotud põua- ja külmataluvusega ning biomassi kasvu mehhanismidega. Sööda tootmise parandamise kaudu saavad piima- ja lihatööstus otsest kasu ning seetõttu aitab see projekt kaasa jätkusuutlike toidusüsteemide loomisele.

Taimebioloogia infrastruktuuri projekti raames (TAIM) pakume kahte teenust:
•    Taimede viiruslike haiguste põhjustajate tuvastamine uue põlvkonna sekveneerimise abil.
•    Taimegenoomi või taimeviiruse genoomi täppismuutmine kasutades CRISPR/Cas9 tehnoloogiat

Uurimisrühma liikmete loetelu:
Merike Sõmera – vanemteadur
Lenne Nigul – insener
Signe Nõu – insener
Kairi Kärblane – insener
Piret Michelson - insener
Jelena Mõttus – doktorant
Ferenz Sustek – doktorant
Mihkel Balodis - magistrant
Erki Eelmets - magistrant
Martin Frei – bakalaureuse üliõpilane
Cecilia Sarmiento – vanemteadur ja dotsent, uurimisrühma juht

Sarmiento, C.; Sõmera, M.; Truve, E. (2021). Solemoviruses (Solemoviridae). In: Bamford, D.; Zuckerman, M. (Ed.). Encyclopedia of Virology, 4th edition. Elsevier. DOI: 10.1016/B978-0-12-814515-9.21288-5.

Mõttus, J.; Maiste, S.; Eek, P.; Truve, E.; Sarmiento, C. (2021). Mutational Analysis of Arabidopsis thaliana ABCE2 Identifies Important Motifs for its RNA Silencing Suppressor Function. Plant Biology, 23 (1), 21−31. DOI: 10.1111/plb.13193.

Sõmera, M.; Massart, S.; Tamisier, L.; Sooväli, P.; Sathees, K.; Kvarnheden, A. (2021). A Survey Using High-Throughput Sequencing Suggests That the Diversity of Cereal and Barley Yellow Dwarf Viruses Is Underestimated. Frontiers in Microbiology , 12. DOI: 10.3389/fmicb.2021.673218.

Sõmera, M.; Kvarnheden, A.; Desbiez, C.; Blystad, D.-R.; Sooväli, P.; Kundu, J. K.; Gantsovski, M.; Nygren, J.; Lecoq, H.; Verdin, E.; Spetz, C.; Tamisier, L.; Truve, E.; Massart, S. (2020). Sixty Years after the First Description: Genome Sequence and Biological Characterization of European Wheat Striate Mosaic Virus Infecting Cereal Crops. Phytopathology, 110, 68−79. DOI: 10.1094/PHYTO-07-19-0258-FI.

Eesmärgid ja uurimistemaatika
Uurimisgrupi töö eesmärgiks on läbi teadus- ja rakendusuuringute ning õpetamistegevuste aidata muuta inimeste toitumist tervislikumaks. Toidud peavad olema maitsvad ja õigetes kogustes süües toetama tervist. Toidusüsteemides toimuvaid protsesse analüüsime alatest toormest ja selle käitlemisest kuni inimeste tarbimiseelistuste ja seedimiseni. Selleks rakendame nii sensoorseid, bioloogilisi, keemilisi, füüsikalisi kui ka matemaatilisi uurimisvõtteid. Uurimisgrupis on omal alal kogenud eksperdid, kes oskavad kasutada erinevaid uurimismeetodeid ning rakendada neid toidukäitlejatel tekkivate probleemide lahendamiseks.
Üheks olulisemaks suunaks on teaduspõhine toidutööstuse protsesside arendamine suurema väärtuslisandiga toodete tootmiseks. Tegeleme protsessidega, mis võimaldavad parandada toodete kvaliteeti, suurendada protsessi saagiseid ning võimaldada kuluefektiivsemat tootmist. Samuti uurime uudsete alternatiivsete toidutoormete kasutamist.

Uurimismeetodid
Uuringute läbiviimiseks kasutame komplektselt ja vastavalt vajadusele:
Sensoorseid meetodeid, sh SPME-GC/MS-olfaktomeetria lõhna või vedelikfraktsioneerimine toidu maitse kvantitatiivsel analüüsil ning tarbija eelistusuuringutes.
Bioloogilisi meetodeid mikroobikoosluste uuringutes toidus, käitlemisettevõtetes, inimese seedetraktis ja muudes toidusüsteemides ning nendega seotud probleemide lahendamisel. Näiteks, toitumise ja seedetrakti mikrobioota vaheliste seoste leidmiseks või jämesoolebakterite kiudainete ainevahetuse uurimiseks, aga ka toidus olevate mikroorganismide analüüsil.
Klassikalise biotehnoloogia meetodeid, sh kaasaegseid mikroorganismide kultiveerimismeetodeid kääritusprotsessides kasutatavate starterkultuuride omaduste kirjeldamisel, starterkultuuride tootmisprotsessi optimeerimisel ning toidutööstuses kasutatavate lisaainete mikroobse sünteesi optimeerimisel. Kasutame nn muutuvstaatseid läbivoolukultuure, mis võimaldavad suure läbilaskevõimega uurida keskkonnaparameetrite mõju mikroobirakkude kasvule ja huvipakkuvate ainete sünteesi saagistele.
Füüsikalis-keemilisi meetodeid kasutame komplekselt nii toidu koostise kui ka sellega seotud protsesside analüüsil. Kasutame kaasaegseid instrumentaalanalüütika meetodeid, sh HPLC, GC, UPLC-MS(/MS). Kvantitatiivsuse parandamiseks kasutame sisestandardeid, sh isotoopmärgistatuid. Toidu mikrostruktuuri uuritakse valgus- ja polarisatsioonimikroskoobiga, voolavusomadusi viskosimeetriga ning mehaanilisi omadusi tekstuuri analüsaatoriga.
Matemaatilised meetodid leiavad kasutust toiduga toimuvate protsesside statistilisel analüüsil ning fermentatsiooniprotsesside modelleerimisel.

Uurimisteemad ja lahendatavad probleemid
Allpool on toodud olulisemad uurimisgrupi teemad.

Seedetrakti mikrobioota seosed inimese toitumise, ainevahetuse ja tervisega
Kaasaegne toiduainete tootmine ja muud keskkonnategurid on põhjustanud olulisi muudatusi meie seedetrakti mikrobiootas. Terve mikrobioom on aluseks heale tervisele ja oluliselt mõjutatav toitumisega. Toitumine aga on seotud toiduainete tootmisega. Mikrobioota ja toitumise ning inimese poolt mitteseeduvate toidukomponentide (peamiselt kiudainete) lagundamise ja bakterite vaheliste seoste leidmine võimaldab välja töötada personaalseid toitumiskavasid ja arendada toiduainete tehnoloogiaid, mis aitavad vältida düsbioosi seedetraktis ning seeläbi parandada inimese tervist ja heaolu.

Toidu sensoorne ja instrumentaalanalüüs
Arendame ja rakendame meetodeid toidu sensoorsete omaduste kujunemise ja püsivuse uurimiseks: maitse ja aroomi kujunemist vürtsikilu, mee, siidri, veini, kalja jt valmistamise protsessis; kõrvalmaitsetele ja lõhnade tekke põhjuste tuvastamiseks maitseainetes, jookudes ja teistes toodetes. Sensoorne analüüs on iga toiduprojekti lahutamatu osa.

Peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides
Pärmidega läbiviidavate toidu, sh alkohoolsete jookide, kääritusprotsesside efektiivsus sõltub olulisel määral asendamatute toitekomponentide, sh lämmastikuühendite piisavast sisaldusest. Pärmile omastatava lämmastiku (ingl Yeast Assimilable Nitrogen ehk YAN) hulka arvestatakse ja määratakse nii ammoonium kui vabad aminohapped. Peptiidide osa YAN sisalduses tööstusprotsessides arvesse ei võeta kuna siiani puudub täpne arusaam, millised on omastatavad peptiidid ning kuidas nende omastatavust keerulistes toorainemaatriksites määrata. Seda hoolimata sellest, et paljud kääritatavad toorained (õllevirre, linnasemeski) sisaldavad suurel hulgal peptiide. Lisaks kasutatakse järjest rohkem lämmastiku limitatsioonis olevate kääritusprotsesside (sh veinide ning viskimeskide) lisaainetena pärmi autolüsaate, mis lisaks vabadele aminohapetele sisaldavad suurel hulgal peptiide. Uurimistöö teadus-tehniliseks väljakutseks on mõista, milline on peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides ning saada parem ülevaade pärmile omastatavate peptiidide struktuurist, sh nende suurusest ning aminohappelisest järjestusest.

Toidu kvaliteet ja struktuur
Toidu struktuur, tekstuur ning tarbijate toote eelistused ja valikud on omavahel tihedalt seotud. Toidu toormest, tehnoloogiast või säilitamisest tingitud muutused struktuuris ja tekstuuris mõjutavad seega otseselt tarbijate ootusi. Lisaks bioloogilistele ja keemilistele protsessidele mõjutavad toidu kvaliteeti ja säilivust ka füüsikalised protsessid, näiteks kristalliseerumine, klaasistumine ja difusioon. Selliste protsesside kontrollimiseks tuleb mõista toidusüsteemide faaside käitumist, kristallide nukleatsiooni ja kasvukineetikat ning kuidas toidutoore, tehnoloogia ja säilitustingimused seda mõjutavad. Uurime jääga seonduvate valkude mõju jää rekristalliseerumisele, laktoosi kristallisatsiooni jäätises ning üleküllastatud suhkrulahuste kristalliseerumiskineetikat. Samuti uurime erinevate toidutoormete, tootmistehnoloogiate ja säilitamistingimuste mõju toidutoodete mikro- ja makrostruktuurile, tekstuurile ja sensoorsetele omadustele.

Jätkusuutlik toidusüsteem
Toidusüsteemid on osa biosüsteemidest, mis mõjutavad kasvuhoonegaaside tasakaalu Maal. Jätkusuutlik toidusüsteem tagab toiduga kindlustatuse ja toitumise kõigile sellisel moel, et see ei kahjusta tulevastele põlvkondadele toiduga kindlustatuse ja toitumise tagamise majanduslikke, sotsiaalseid ja keskkonnaalaseid aluseid (FAO). Seetõttu on toidujäätmete tekke optimeerimine ja kõrvalsaaduste väärindamine ülioluline. Juhime kahte ResTA –ressursside väärindamise TA-tegevuse toetamise - projekti: „Toidu säilivusaja pikendamine ning kvaliteedi ja ohutuse tagamine“ ja „Tahkefaasi fermentatsiooni protsessid toidu tootmise kaassaaduste väärindamisel“. Esimene neist hõlmab toiduainete säilitamisaja optimeerimist ja teine toiduainete tootmise kõrvalsaaduste (näiteks õlletehaste kasutatud teravilja) väärindamist, kasutades tahkefaasi kääritamist (SFF). Põhiküsimus on keskkonnamõju, mida avaldab i) toidu kõrvalsaaduste väärindamine tahkefaasi fermenteerimisel võrreldes loomade söötmisega, ii) toidujäätmete tekke vähendamine, pikendades säilitusaega, iii) millised on mõlema lähenemisviisi praktilised keskkonnasõbralikud piirid.
Tahkefaasi fermentatsiooni peetakse kõige keskkonnasõbralikumaks toiduvalmistamise meetodiks. Tuhandeid aastaid on seda meetodit kasutatud idamaiste kääritatud toiduainete tootmiseks, kasutades aeroobset kääritamist filamentsete seentega. Seevastu läänemaailmas on seda kasutatud anaeroobsetes kääritamistes, et muuta leiva, liha ja juustu sensoorseid omadusi. Projekti eesmärk on rakendada SFF toidu kõrvalsaaduste muutmiseks seeneniidistiku kasvu kaudu liha alternatiivideks, eelkõige kasutatud teravilja väärindamiseks. Erilist tähelepanu juhitakse toodete sensoorsetele omadustele ja ohutusele. Lisaks võimaldab kaasaegsete SFF kultiveerimissüsteemide arendamine parandada bioloogiliste tõrjevahendite tootmistõhusust.
Mikroorganismide kasv madalatel, nullilähedastel temperatuuridel on oluline toiduainete riknemist ja toidumürgitust põhjustav element. Kuigi on tehtud mitmeid uuringuid bakterite kasvu kohta madalatel temperatuuridel, pole temperatuuri alandamise mõju töötlemise ajal selgitatud. Kui see on piisavalt kiire, ei suuda rakumembraani lipiidide koostis uute tingimustega kohaneda, prootonite läbilaskvus jääb väljapoole optimaalset vahemikku ja rakud kaotavad oma võime paljuneda. Viimane on eriti oluline Listeria kasvu ennetamisel külmsuitsutatud toodete säilitamise ajal.
Mitmed organismid toodavad jääga seonduvaid valke (IBP), et vältida membraani kahjustusi nullist madalamal temperatuuril. Nende organismide hulka kuuluvad taimed, kalad ja bakterid. Nende toimemehanismid, eelkõige bakterite puhul on teadmata. IBP toimemehhanismide tundmine ja nende rakendamine võimaldab parandada külmutatud toiduainete kvaliteeti ja pikendada säilivusaega.

 

1.    Raba, G.; Adamberg, S.; Adamberg, K. (2021). Acidic pH enhances butyrate production from pectin by faecal microbiota. FEMS Microbiology Letters, May 4;368(7):fnab042.
https://doi.org/10.1093/femsle/fnab042

2.    Zweers, S.K.T.; Vene, K. (2021). Odour-Active Compounds in Homemade Kvass. EC Nutrition, 16 (2): 59-73. https://www.ecronicon.com/ecnu/pdf/ECNU-16-00908.pdf

3.    Eha, K.; Pehk, T.; Heinmaa, I.; Kaleda, A.; Laos, K. (2021). Impact of short-term heat treatment on the structure and functional properties of commercial furcellaran compared to commercial carrageenans. Heliyon, 7(4):e06640. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06640

4.    Kivima, E.; Tanilas, K.; Martverk, K.; Rosenvald, S.; Timberg, L.; Laos, K. (2021). The Composition, Physicochemical Properties, Antioxidant Activity, and Sensory Properties of Estonian Honeys. Foods, 10(3):511. https://doi.org/10.3390/foods10030511

5.    Rosend, J.; Kaleda, A.; Kuldjärv, R.; Arju, G.; Nisamedtinov, I (2020). The effect of apple juice clarification and concentration on cider fermentation and properties of the final product. Foods, 9(10):1401. https://doi.org/10.3390/foods9101401

6.    Friedenthal, M.; Eha, K.; Kaleda, A.; Part, N.; Laos, K. (2020). Instability of low-moisture carrageenans as affected by water vapor sorption at moderate storage temperatures. SN Applied Sciences, 2: 243 https://doi.org/10.1007/s42452-020-2032-9

7.    Rosend, J.; Kuldjarv, R.; Rosenvald, S.; Paalme, T. (2019). The effects of apple variety, ripening stage, and yeast strain on the volatile composition of apple cider. Heliyon, 5(6): e01953
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01953

8.    Adamberg, K; Kolk, K; Jaagura, M; Vilu, R; Adamberg, S (2018). The composition and metabolism of faecal microbiota is specifically modulated by different dietary polysaccharides and mucin: an isothermal microcalorimetry study. Beneficial Microbes, 1−14.
https://doi.org/10.3920/BM2016.0198

9.    Kaleda, A.; Tsanev, R.; Klesment, T.; Vilu, R.; Laos, K. (2018). Ice cream structure modification by ice-binding proteins. Food Chemistry, 246, 164-171
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.10.152

10.    Seisonen, S.; Vene, K.; Koppel, K. (2016). The current practice in the application of chemometrics for correlation of sensory and gas chromatographic data. Food Chemistry, 210 (1), 530−540.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.04.134

11.    Kevvai, K.; Kütt, M.-L.; Nisamedtinov, I.; Paalme, T. (2016). Simultaneous utilization of ammonia, free amino acids and peptides during fermentative growth of Saccharomyces cerevisiae. Journal of the Institute of Brewing, 122 (1), 110−115.
https://doi.org/10.1002/jib.298