Tehnikaülikooli teadlased lähevad Euroopale appi – kuidas tuvastada biorelvi senisest kiiremini?

Olli Pekka Smolander juhib töörühma, mille ülesandeks on arendada universaalne tehnoloogia vähelenduvate keemiliste ja mittelenduvate bioloogiliste ühendite kiiresti avastamiseks. Foto: TalTech

• See on esimene kord, kui Eesti ülikool osaleb Euroopa Kaitsefondi projektis
• Olemasolevatel tehnoloogiatel on olulisi puudujääke

Euroopa Kaitsefondi rahvusvahelisse projekti* kaasati esimese Eesti ülikoolina Tallinna Tehnikaülikool, et uurida võimalusi ohtlike keemiliste ja bioloogiliste ainete tuvastamiseks kiiremini, täpsemalt ja suurema tundlikkusega, kui seni on võimalik olnud.

«Lisaks sisulistele tulemustele on see oluline ka regiooni tehnoloogia sõltumatuse ja jätkusuutlikkuse pärast,» rõhutab projekti TalTechi poolne vastutav täitja, professor Olli-Pekka Smolander.

Eestist osalevad 4,3 miljoni eurose kogueelarvega rahvusvahelises projektis «Surveillance and Reconnaissance Techniques for Chemical and Biological Threats (TeChBioT)» TalTech keemia ja biotehnoloogia instituudi ning tarkvarateaduse instituudi teadlased. TalTech koordineerib projekti raames tööpaketti 3, mis keskendub keemiliste ja bioloogiliste indikaatorite määramisele, sh töökeskkonna defineerimisele, proovivõtule, andmete kogumisele, keemiliste ja bioloogiliste ühendite tuvastamise indikaatoritele.

Olemasolevatel tehnoloogiatel on veel puudujääke

«Uuritakse tehnoloogilisi võimalusi vähelenduvate keemiarelvade ühendite (CWA) ja mittelenduvate bioloogiliste relvade (BWA) ühendite avastamiseks, tuvastamiseks ja monitoorimiseks kompleksses keskkonnas, kuna selles valdkonnas on hetkel teadmiste lüngad,» avaldab Smolander.

Olemasolev parim laboritehnoloogia nende ainete tuvastamiseks väga madalatel kontsentratsioonidel (ppbV) on tema sõnul näiteks IMS (ion mobility spectrometry), kuid on ka teisi võimalusi.

Olemasolevad tehnoloogiad suudavad nimetatud ühendeid tuvastada sekundite kuni minutitega, kuid ei suuda tuvastada neljanda generatsiooni keemiarelvi, sh kurikuulsaid Novitšoki klassi mürke (A chain of stupidity': the Skripal case and the decline of Russia's spy agencies | Russia | The Guardian) ülimadalatel (pptV) kontsentratsioonidel.

Lisaks puudub hetkel võimekus tuvastada bioloogilisi fragmente (ohtlike ühendite lagunemisel tekkivad jääkproduktid) ohututest ainetest. Seda nendib ka professor Smolander, kelle sõnul on antud projekti üheks suurimaks väljakutseks bioloogiliste ohutegurite detekteeritavus ehk võimekus täpselt tuvastada ja omavahel eristada bioloogilisi ohutegureid.

«On olemas vahendid, millega keemilisi agente tuvastada, kuid ei ole eriti häid lahendusi bioloogiliste agentide tuvastamiseks ja eriti veel keemiliste ning bioloogiliste tuvastamiseks kiiresti sama vahendi abil,» sõnas Smolander.

Nende lünkade täitmiseks on vaja olemasolevate parimate tehnoloogiate baasil välja arendada uued kõrge tundlikkuse ja selektiivsusega detektorid, mis suudaksid tuvastada ainete kontsentratsioone pptV (osakest triljoni osakese kohta) piirkonnas.

TeChBioTi eesmärk on arendada universaalne tehnoloogia vähelenduvate keemiliste ja mittelenduvate bioloogiliste ühendite kiiresti avastamiseks ja identifitseerimiseks. See riistvara kombineeritakse tehisintellekti ja süvaõppe mudelitega, mille tulemusena saab võimalikuks bakterite, seente, viiruste, vähelenduvate keemiarelvade ja toksiliste tööstusühendite tuvastamine ja identifitseerimine komplekssetes keskkondades nende unikaalse sõrmejälje järgi.

Eesti kõrge IT-maine aitas kaasa

Lisaks projektile TeChBioT osales Euroopa Kaitsefondi 2021. aasta taotlusvoorul veel 142 projekti, millest rahastati 61 kogumahuga 1,2 miljardit eurot.

Kuidas õnnestus Eesti teadlastel nii olulisse projekti pääseda? Tänu oma heale mainele informaatikavaldkonnas kutsus Belgia Kuningliku Kaitseväeakadeemia (RMA) juhitav konsortsium oma meeskonda TalTechi, kus esmalt pöörduti tarkvarateaduse instituudi vanemteaduri Andres Udali poole sooviga kaasata bioinformaatika kompetentsi. Nii jõudis Udali kaudu jõudis info keemia ja biotehnoloogia instituudi professori Olli-Pekka Smolanderini, kes vaatamata lühikesele allesjäänud ajale võttis vastu väljakutse osaleda projekti taotluses.

Smolanderi sõnul oli taotluse kirjutamise protsess kui hästi koordineeritud pingutus. Näiteks iga konsortsiumi liige kirjutas taotlusse oma osa, mille järel projekti koordinaator RMA sidus osad ühtseks tervikuks. Samas mõjus Smolanderi sõnul konsortsiumisse kaasamine paar kuud enne taotluse esitamise tähtaega mõnigi kord survestavalt.

Peale ajalise piirangu mõjutas taotlust ja projekti ambitsioone ka 4,3 miljoni eurone eelarve, tänu millele pidi konsortsium keskenduma vaid kõige kindlamale ja paljulubavamale tehnoloogiale, mis võiks viia keemia- ja bioloogiliste ühendite tuvastamise täiesti uuele tasemele.

Lisaks Belgia Kuninglikule Kaitseväeakadeemiale võib silmatorkava konsortsiumi liikmena esile tõsta ka Saksamaa Kaitseministeeriumi (BMVg), kes juhib tööpaketti, mille eesmärk on defineerida stsenaariumid ja tuvastamist vajavad keemilised ja bioloogilised ohtlikud ained.

Kuigi tegemist on Euroopa Kaitsefondi poolt rahastatava projektiga, mille jaoks tekkis vajadus seoses Covid19 pandeemiaga ja lähiajaloos aset leidnud keemiarelvade kasutamisega Süürias ja ka Inglismaal (perekond Skripalide mürgitamine Novitšokiga), ei piirdu potentsiaalsed rakendused vaid sõjalise kasutusega.

Professor Smolanderi hinnangul on tegemist nn kahese kasutusega projektiga, mille tulemusi võib kasutada tsiviilelus näiteks taimede või loomade epideemiate avastamiseks. Ka EDF hindajate tagasisidest ilmneb, et projekti tulemust saab edasi arendada tsiviilvaldkondadesse.

TeChBioT puhul on tegemist küll teadusprojektiga, mille tehnoloogilise valmiduse aste (TRL) peaks projekti lõppedes jõudma 4. tasemeni, kuid projekti tulemusi saab edukalt edasi arendada nii kaitse- ja julgeolekuvaldkonnas kui ka spin-off ettevõtteks tsiviilrakenduste jaoks.

TalTechi projekti juhib soomlasest professor

Professor Olli-Pekka Smolander on pärit Soomest Varkause linnast, kus pärast kohaliku gümnaasiumi lõpetamist tundis huvi kaitseväeteenistuse ja ohvitserikarjääri vastu, kuid peale ajateenistust astus Tampere Tehnikaülikooli, sest huvi teaduse vastu oli veelgi suurem. Seal alustas ta õpinguid signaalitöötluse valdkonnas ning doktoritööna uuris geenide mudeleid molekulaartasandil.

Peale doktorantuuri suundus Olli-Pekka Helsingi ülikooli järeldoktorantuuri, kus osales mitmes genoomi uuringutega seotud projektis, mille tulemusi on avaldatud ka tunnustatud väljaannetes Nature ja Nature Genetics.

Alates 2018. aastast töötab ta Tallinna Tehnikaülikoolis, kus annab hea meelega oma panuse ka kaitse- ja julgeolekuvaldkonda ning hindab kõrgelt valdkonnas kogenud partnerite kõrvalt õppimist ja professionaalsete sidemete loomist.

Mida on varem selles valdkonnas tehtud?

Näiteks Soomes tegutsev ettevõte Nvironics on välja töötanud lahendusena nn kasti kolmjala peal, mis tuvastab bioloogilisi lahendusi mingil määral ja ka keemilisi agente. TalTechis on sarnasel tehnoloogial põhinevaid asju juba tehtud: näiteks seade Drug Hunter.

Techbioti lahendus on aga täiesti mobiilne, kiire ja inimene ei pea prooviga kokku puutuma, samuti on eesmärgiks võimalikult suur kuluefektiivsus. Ehkki Soomes on kaitse- ja julgeolekualane teadus- ja arendustegevus olulised ning ka Euroopa Kaitsefondi voorus olid soomlased aktiivsed, räägitakse Soomes sellest turvalisuse huvides avalikult vähem.

(Avaldatud seisukohad ja arvamused on autorite omad ja ei pruugi kajastada projekti rahastaja, sh Euroopa Liidu või Euroopa Kaitsefondi seisukohti)