Teine vasuvõtuperiood (01.05. - 01.06.2020)

Juhendaja: Tsipe Aavik

Looduslike ja poollooduslike kasvukohtade killustumine on seadnud ohtu nendest kasvukohtadest sõltuvate taimeliikide mitmekesisuse püsimajäämise. Võib aga eeldada, et maastike muutused kutsuvad esile ka evolutsioonilisi muutusi erinevates killustumise poolt mõjutatud taimetunnustes, ja seda eeskätt paljunemise ning levikuga seotud tunnustes. Nurmenuku perekonnas sageli esinev õite erikaelsus ehk heterostüülia (mille puhul esineb populatsioonides morfoloogiliselt kahte tüüpi õisi) on üks selliseid paljunemistunnuseid, mis on kujunenud tagamaks putukatest tolmeldajate abiga taimedevahelist geneetilise info levikut ning vältida võimalikku sugulusristumist. Kui stabiilsetes taimepopulatsioonides on kahte erinevat tüüpi õitega isendeid võrdselt, siis hiljutise kasvukohtade killustumise tagajärjel, aga ka tolmeldajate vähesuse tõttu võib see tasakaal paigast nihkuda ning viia lõpuks heterostüülia täieliku kadumiseni. Doktoritöös vaadeldakse hariliku nurmenuku erikaelsuse mustreid nii Eestis kui ka üle kogu Euroopa kasvukohtade killustumise poolest erinevates regioonides, et hinnata maastikumuutuste võimalikku mõju sellele huvitavale paljunemistunnusele. Töös analüüsitakse ka erikaelsuse rolli taimepopulatsioonide geneetilise mitmekesisuse tagamisel kasvukohtade killustumise kontekstis ning antakse sellest tulenevalt soovitusi taimepopulatsioonide kaitse korraldamiseks ja populatsioonide seisundi hindamiseks. Kuna töös kasutatakse lisaks geneetilistele andmetele rahvateadusekampaaniate teel kogutud andmeid, annab projekt märkimisväärse panuse taimeteaduse populariseerimisse.

Juhendaja: Carlos Perez Carmona

Looduslikud kooslused on viimastel sajanditel märkimisväärselt muutunud ja käimas on kuues massiväljasuremine. Seega on käesoleval ajal ökoloogia üheks põhiülesandeks välja selgitada, kuidas mõjutavad hinnangulised liikide väljasuremised ökosüsteemide struktuuri ja terviklikku toimimist. Liikide kadumine on oluliselt seotud funktsionaalsete tunnustega, kuid enamik globaalse elurikkuse hinnanguid põhinevad vaid taksonoomilistel nimekirjadel. Selle doktoriprojekti eesmärgiks on hinnata liikide väljasuremise funktsionaalseid tagajärgi erinevatel ruumiskaalaldel (globaalsest lokaalse skaalani). Me kavatseme välja selgitada, millised kooslused on funktsionaalselt enim ohustatud liikide väljasuremise tõttu. Samuti uurime, kuidas mõjutavad globaalmuutused funktsionaalsete tunnuste mustreid erinevates ökosüsteemides. Väljasuremisriski ja sellega seotud tegurite tundmine aitab meil paremini aru saada globaalsest elurikkusest ning tõhustada elurikkuse kaitset erinevates ökosüsteemides.

Juhendajad: Leho Tedersoo, Sergei Põlme

Projekti peamine eesmärk on hinnata mullas elavate seente ja munasseente elurikkust Aafrika ökosüsteemides ning tuvastada seda mõjutavad tegurid. Projekti käigus määratakse mullaproovidest seened ja oomütseedid kasutades spetsiifilisi praimereid. Nakatunud kultuurtaimede nekrootilistest kudedest isoleeritakse nii patogeenid kui ka kaaslevad seened, mis testitakse biokontrolli välja töötamiseks. Mullaseente DNA järjestused säilitatakse referentsjärjestustena UNITE ja GBIF andmebaasides. Nende ning mulla- ja kliima-andmete põhjal tuvastatakse peamised faktorid, mis mõjutavad erinevate seenerühmade levikut.

Juhendaja: Aurele Toussaint

Mageveekalad on inimtegevuse tõttu üks ohustatumaid liigirühmasid. Viimase kahe sajandi jooksul on pea kõikide jõgede liigiline koosseis muutunud sissetoodud liikide tõttu ning halvimal juhul põhjustanud ka kohalike liikide väljasuremise. Lisaks võivad tulevased kliimamuutused veelgi seda globaalset trendi võimendada ning põhjustada drastilisi muutusi ökosüsteemi toimimises. Ka Eesti pole nendest trendidest puutumata, veelgi enam, Eesti jõed on ühed enim invadeeritud jõgesid Euroopas. Antud projekti eesmärgiks on välja selgitada kuidas on Eesti mageveekalade liigiline koosseis muutunud sissetoodud/väljasurnud liikide ja kliimamuutuste valguses. Selleks kasutame mitmetahulist lähenemist, mis võtab arvesse nii taksonoomilise kui funktsionaalse mitmekesisuse. Uurime esmalt Eesti mageveekalade liigilise koosseisu ajaloolisi mustreid ja mõjutanud tegureid ning seejärel selgitame välja millised muutused on toimunud mageveekalade koosseisuga maailmas. Ajalooline andmestik ja aegread on analüüside tegemiseks juba olemas, vaja minevad täiendavad andmed kogutakse antud projekti raames läbiviidavate välitööde käigus. Teades ajaloolist liigilist koosseisu mõjutanud tegureid, võimaldab see meil analüüsida iga liigi funktsionaalset rolli ja mõju ökosüsteemi toimimisele. Liikide sissetoomise ja väljasuremise mustrite kindlaks määramine aitab välja selgitada suurema väljasuremisohuga või ökosüsteemi toimimist rohkem mõjutavad liigid. Need uued teadmised aitaksid looduskaitselisi tegevusi oluliselt efektiivsemalt planeerida.

Juhendajad: Arvo Tullus, Pille Mänd

Tänaste hinnangute kohaselt põhjustavad kliimamuutused Põhja-Euroopas tulevikus niiskemaid ilmastikutingimusi. Niiskem kliima mõjutab oluliselt puude kasvu kuna süsihappegaasi sidumine atmosfäärist väheneb nii tänu õhulõhede sulgumisele väga niisketes tingimustes kui ka seetõttu, et liigniiskes mullas halveneb osade lämmastikuühendite kättesaadavus. Kuna puude kasv on oluline nii metsamajandusele kui ka meie keskkonnatingimustele (metsad on olulised CO2-sidujad atmosfäärist), siis on vaja mõista neid füsioloogilisi protsesse, mis määravad, kuivõrd Eesti metsade võtmeliigid, arukask ja harilik kuusk niiskemast kliimast mõjutatud on.
Käesolev doktoriprojekt uurib, mil moel niiskem kliima mõjutab puude kasvu ja süsiniku ning lämmastiku emissioone kuuse- ja kasepuistutes. Arvestades, et kasvuressurssidega varustatus erineb liikidevahelise ja liigisisene konkurentsi tingimustes, võrdleb projekt niiskema kliima mõju kasele ja kuusele puht- ja segapuistus. Samuti selgitatakse, kas konkurentsieelis (domineerimine naabrite üle) annab eelise ka niiskemate tingimustega toimetulemisel ning millised füsioloogilised protsessid on puude suurusest sõltuva kohanemisvõime taga. Käesolev projekt võimaldab paremini teha tulevikku suunatud metsanduslikke ja keskkonna-alaseid teaduspõhiseid otsuseid, andes ettekujutuse, mil määral ja millisel viisil niiskem kliima meie kase ja kuuse puht- ja segapuistute kasvu ning atmosfääri emiteeritavate reaktiivsete ühendite hulka võib mõjutada.

Juhendajad: Sten Anslan, Leho Tedersoo

Projekti peamine eesmärk on välja töötada metoodika kolmanda põlvkonna DNA sekveneerimisplatvormide abil saadud pikkade DNA järjestuste bioinformaatiliseks analüüsiks, mis hõlmab artefaktide ja spetsiifiliste geenipiirkondade tuvastamist, klasterdamist ja taksonite määramist järjestuse eri fragmentide kaupa. Töö jooksul koostatud skriptid ja taustandmestikud integreeritakse programmikogusse PipeCraft, et võimaldada töörühmadel üle maailma läbi viia pikkade DNA markerjärjestuste esmast bioinformaatilist andmetöötlust ilma programmeerimiskeeli valdamata.

Juhendajad: Luca Marzola, Martti Raidal

Käesoleval hetkel on kõik Universumis leiduva tumeaine omadused peale gravitatsiooniliste nähtuste jäänud teoreetiliselt lahendamata mõistatuseks ning eksperimentaalselt on samuti õnnestunud tuvastada ainult tumeaine gravitatsioonilist vastastikmõju. Seetõttu on loomulik oletada, et tumeaine võib olla laiendatud gravitatsiooniteooriatest järelduv nähtus. Käesoleva projekti eesmärk on seda hüpoteesi põhjalikult kontrollida kasutades mitmekanalise astronoomia tulemusi ning seeläbi gravitatsioonilistest teooriatest johutuva tumeaine mudelite kosmoloogilise ja eksperimentaalseid järeldusi kindlaks määrata. Projekti raames uurime makroskoopilise tumeaine kandidaate, uusi laiendatud gravitatsiooniteooriatega seotud spin-0, 3/2, 2 osakesi ja nende seost inflatsiooniga, osakestefüüsika fenomenoloogiaga ning kosmoloogiaga.

Juhendajad: Madis Kiisk, Andrea Giammanco

Kosmilisel kiirgusel põhinev tomograafia on kiiresti arenev uurimisvaldkond. Meetod tugineb peamiselt müüonitel, mille vootihendus merepinnal on ca 10 000 müüon/m2/min. Kosmilise kiirguse tomograafias kasutatakse müüonite Coulomb’i hajumise efekti tuumadelt. Hajumise suurus sõltub tuuma laengust (Z) ja on võrdeline laenguarvu ruuduga. Seetõttu on meetodit seni rakendatud spetsiaalsete tuumamaterjalide detekteerimisel julgeoleku- ja tuumatööstuses. Ehkki mitmed uurimisrühmad on pakkunud välja väikese aatomarvuga materjalide detekteerimislahendusi, ei leidu uuringuid selle kohta, et väikestes kogustes kergeid materjale on võimalik lühikese mõõtmisaja jooksul tuvastada. Meie uurimisrühm on hiljuti välja töötanud uue tomograafilise rekonstrueerimise meetodi ja tomograafilise mõõtesüsteemi, mille puhul on simulatsioonidega näidatud, et see suudab tuvastada madala Z-sisaldusega materjale, näiteks lõhkeaineid, narkootikume jm. kergeid materjale. Sellise tundlikkuse saavutamisel on olulisteks aspektideks võime eristada kosmilise kiirguse voo eri omadustega spektriosad üksteisest, piisav osakeste mõõtmise ruumiline lahutusvõime ning kasutada kergete materjalide tuvastamiseks kohandatud rekonstrueerimismeetodeid.
Käesoleva doktoriprojekti eesmärk on arendada edasi tomograafilist objekti rekonstrueerimismeetodit keskendudes mõnele olulisimale rekonstrueerimist määravale parameetrile.

Juhendajad: Jüri Raud, Lauri Aarik

Madalatemperatuurilist plasmat on võimalik rakendada mitmesuguste materjalide töötlemisel reaktiivsete hapniku ja lämmastiku osakeste (RONS) allikana. Seni on plasmaallika töö optimeerimisel rakendustes kasutatud enamasti empiirilist lähenemist: muutes plasmaallika parameetreid (näiteks võimsus, töötlemisel kasutatud gaaside koostis, rõhk) on uuritud selle mõju töödeldavale materjalile. Plaanitavas doktoritöös soovime töötada välja plasma-keemilise mudeli, mis võimaldab leida RONS kontsentratsiooni ja koosseisu plasmareaktoris ja mida kasutades oleks võimalik määrata rakenduse seisukohast optimaalsed plasmaallika tööparameetrid. Antud töös uuritakse RONS mõju kahes rakenduses: plasmameditsiini rakenduses (RONS mõju vähirakkudele) ning tahkise töötlemisel (aatomkihtsadestus). Töös uuritakse raadiosageduslikke plasmallikaid, mis töötavad laias rõhkude vahemikus (1-760 Torr) Ar/He kandegaasis. RONS tekitatamiseks lisatakse kandegaasile N2 ja/või O2. Töö esimeses etapis töötatakse välja metoodika RONS koosseisu ja kontsentratsiooni määramiseks. Järgnevalt koostatakse plasma-keemiline mudel, mille sisendparameetriteks on mõõdetud/arvutatud plasmakarakteristikud (rõhk, gaasikoosseis, temperatuur, elektronide kontsentratsioon ja energia, metastabiilses seisundis olevate aatomite kontsentratsioon) ning väljundiks RONS kontsentratsioon töödeldava objekti pinnalähedases piirkonnas. Mudeli valideerimiseks kasutatakse RONS mõõtmistest ning plasmaproduktidega töödeldud materjali analüüsist saadud tulemusi. Töö viimases osas kasutatakse plasma-keemilist mudelit plasmaallika tööparameetrite optimeermiseks eelnimetatud rakendustes.

Juhendajad: Tomi Koivisto, Stefan Groote, Luca Marzola

Teooriate ühendamisele lähenetakse algebralisest suunast. Kasutame ära asjaolu, et standardmudeli saab elegantselt tuletada nelja jagamisega algebra omadustest ja et varem käsitletud standardmudeli ühenduskatsed nagu SU(5) saab esitada diferentsiaalvormide abil, mis ühtlasi kirjeldavad aegruumi geomeetria elemente. Kompleksarvude fundamentaalne tähtsus kvantmehhaanikas ja kalibratsiooniteooriates on hästi tuntud ning on kogunenud veenvaid tõendeid, et jagamisega algebrate struktuur on füüsikalise reaalsuse aluseks.
Üks lõppeesmärk on jõuda uue arusaamiseni ruumist, ajast ja mateeriast kui ühe ühendatud struktuuri erinevatest aspektidest, ja vähendada standardmudeli vabade parameetrite arvu. Üks konkreetne ettevõetav ülesanne on uurida elektronõrgas sektoris Higgsi mehhanismi ja spontaanset sümmeetria rikkumist, tekitades sel viisil aegruumi kui üksiku nähtuse. Projekti käigus ühtlasi uurime konstrueeritava uue aegruumi teooria ilminguid. Kavatseme lisaks vaadata mõnd probleemi, mis on seotud tumeaine, Universumi alguse ja mustade aukudega.

Juhendajad: Mihkel Pajusalu, Mart Noorma

Autonoomne navigatsioon hakkab lähitulevikus üha rohkem põhinema kaameratel, kuid kaameratel põhinevate meetodite kasutamine tundmatus keskkonnas liikumiseks vajab veel palju arendustööd. Doktoritöö eesmärk on mitme kaamera pildivoogude põhjal arendada välja tõrkekindel visuaalse odomeetria süsteem lokaliseerimiseks ja navigeerimiseks nii erinevate taevakehade pinnal kui ka erinevatel maastikel Maal. Arendamise eesmärk on jõuda autonoomia tasemeni 3, abistades seega isesõitva sõiduki operaatorit nii palju kui võimalik.
Lokaalne visuaalne odomeetria turvaliseks manööverdamiseks on juba arendamise kooostöös Milrem Robotics-iga projekti “Rakendusuuring kaugjuhitavate sõidukite juhtimisabi ning turvalisuse funktsioonide jaoks oluliste sensorite ja tarkvaraalgoritmide süsteemi arendamiseks” raames.
Doktoritöö käigus täiendatakse olemasolevaid meetodeid, kasutades selleks näiteks optilise voo meetodit, närvivõrkudel põhinevat monokulaarset sügavustaju, servandmetöötlemist koos algoritmide optimeerimise ja kiirendamisega. Lisaks tegeletakse kaamerate autonoomse kalibreerimisega ning sõidukit ümbritseva keskkonna rekonstrueerimise ja simuleerimisega.

Juhendajad: V. Kiisk, R. Jaaniso

Uued suunad pooljuhtgaasisensorite arendamisel on seotud 2D (sh grafeenil põhinevate) materjalide  ja/või optilise koste/stiimuli rakendamisega. See võimaldaks realiseerida miniatuurseid mitmekostelisi sensorelemente ja nende massiive, mis on odavad, tundlikud ja energiasäästlikud. Projekti põhieesmärk on juurutada kaasaegne masinõppe tarkvara (näiteks TensorFlow) ja töötada välja optimaalsed andmetöötlusprotokollid, mis kasutaks ära nii lühi- kui ka pikaajalisi trende sensormassiivi kosteis ja seeläbi suudaks välja filtreerida triivi segava mõju, vähendada reageerimisaega ja suurendada selektiivsust mitmete ohtlike gaaside (NO2, O3, NH3, …) detekteerimisel.

Juhendajad: Heikki Junninen, Madis Kiisk, Urmas Hõrrak

Atmosfääri ioonidel on oluline roll klastrite ja uute aerosooliosakeste moodustumisel ja pilvede tekkimisel atmosfääris. Atmosfääriioonide tekkeprotsesside üksikasjalik mõistmine on vajalik biosfääri, atmosfääri ja kliima vahelistest komplekssetest seostest paremaks arusaamiseks. Selle töö käigus töötatakse välja uus aparatuur õhu ionisatsiooni intensiivsuse, aeroioonide füüsikaliste ja keemiliste omaduste määramiseks ning ioniseeriva kiirguse detekteerimiseks atmosfääris. Ioniseeriv kiirgus pärineb galaktilistest kosmilistest kiirtest ja maapinnas sisalduvate radioaktiivsete ainete lagunemisel tekkivast primaarsest kiirgusest ning radooni emissioonidest ja tema tütarnukliide lagunemistest. Uued väljatöötatud mõõteriistad võetakse kasutusele atmosfääri uurimise jaamas, kus hinnatakse aeroioonide tekke ja kadude allikate vahelisi seoseid. Töö hõlmab radioaktiivse kiirguse modelleerimist, uute seadmete väljatöötamist, eksperimentaalset tööd laboratooriumis ja välijaamas, andmete kogumist ja kogutud andmete statistilist analüüsi üheskoos kõigi teiste välijaamas mõõdetud asjakohaste andmetega. Sõltuvalt kandidaadi isiklikest võimalustest ja huvidest võib töö olla suunatud rohkem modelleerimise, instrumentide väljatöötamise või andmete analüüsi poole.

Juhendajad: R. Jaaniso, M. Kodu

Projekti eesmärk on integreerida funktsionaliseeritud ühekihilisel grafeenil põhinevad gaasisensorid CMOS kiipide, mikrokuumutite ja -valgustusplaatidega. Uuritakse meetodeid mitmete funktsionaliseerimiste ühendamiseks ühes kiibis. Projekti toetab Graphene Flagship.

Juhendaja: Marco Kirm

Uurimistöö eesmärgiks on arendada funktsionaalsed nanomaterjale, mille toime põhineb kalgi kiirguse kiiritusefektide sünergial teiste ravi ja diagnostika meetoditega meditsiinis. Kasvaja rakkudesesse viidud rasked nanoosakesed neelavad kalki kiirgust, kiirgavad UV footoneid, mis tõstab vähirakkude hävitamise efektiivsust kiiritusravil. Pr3+ lisandiga ortofosfaatide elektronstruktuuri detailsete uuringute tulemusena selgitatakse välja neeldunud röntgenkvantide energia relakseerumise iseärasused, mis lõpuks viib kiirguse tekkeni UV-C spektraalpiirkonnas. Targalt valitud teiste haruldaste muldmetalli ioonide (nt Nd3+, Gd3+, Er3+, or Yb3+) lisamine LuPO4, LaPO4 and YPO4 maatriksisse võimaldab luua uusi materjale, mis sobivad multifunktsionaalseteks rakendusteks kuvamise, diagnoosimise ja ravi vallas meditsiinis.

Juhendajad: Mihkel Pajusalu, Andris Slavinskis

Paljud teaduslikud eksperimendid peavad arvestama piiratud andmemahtudega ja vähese ajaga vaatluste läbiviimiseks. Näideteks sellistest olukordadest on nii kosmosemissioonid päikesesüsteemi väikekehade juurde, orbiidil ülevaatusi tegevad missioonid kui ka suure kiirusega maastikul liikuvad osaliselt autonoomsed kulgurid.
Selle doktoriprojekti põhieesmärgiks on ESA uus F-klassi missiooni Comet Interceptor, mis on planeeritud sooritama möödalennu esmakordselt päiksele lähenevast komeedist või võimalusel isegi objektist, mis pärineb tähtede vahelisest ruumist. Selle missiooni jaoks arendatakse Tartu Observatooriumis instrumenti Optical Periscopic Imager for Comets (OPIC), mis peab paarisaja sekundi jooksul sihtmärgist täiesti automaatselt pilte tegema, need ära töötlema ja nende seast maksimaalselt kasuliku info välja filtreerima ja Maale saatma.
Eesmärgi saavutamiseks planeeritakse kasutatada füüsikapõhiste pildisünteesi meetodite abil koostatud pilte, millele rakendatakse erinevaid töötlemise, filtreerimise ja prioritiseerimise algoritme, et saavutada võimalikult täpne sihtmärgi rekonstruktsioon ja kosmosesondi trajektoor. Samuti uuritakse nende strateegiate kasutamise võimalusi maapinnal ning Kuul liikuvate autonoomsete sõidukite tarbeks.

Juhendajad: Anders Eriksson, Tõnis Org, Georgi Hudjašov, Irene Gallego Romero

Antud doktritöö eesmärk on leida seoseid Lääne-Euraasia populatsioonide geneetilise adaptsiooni ning keskkonna- ja kultuurimuutuste vahel viimase 20 000 aasta jooksul - ajavahemik, mis hõlmab kliima, toitumise ja patogeenidega kokkupuute olulisi muutusi selles piirkonnas. Projekti põhieesmärk on uurida, kuidas hiljutine geneetiline evolutsioon on kujundanud variatsiooni immuunsussüsteemis ja põletiku signaale ning kuidas need süsteemid suhestuvad erinevate keskkonnateguritega nagu toidust saadavad biomolekulid, patogeenid ja kaasaegsed kunstlikud ained.
Kasutades Eesti Geenivaramus olemasolevaid andmeid, aga ka eksperimentaalset funktsionaalset genoomikat, on meie eesmärgiks selgitada, kuidas enamlevinud geneetilised variandid koos erinevate keskkonnateguritega mõjutavad rakkude bioloogilisi protsesse. Projekti käigus püüame tuvastada pleiotroopseid toimeid immuunsüsteemi ja põletiku regulatsioonimehhanismides, sealhulgas geen-geen ja geen-keskkond koostoimeid, et leida põhjuseid, mis mõjutavad individuaalset vastuvõttlikust krooniliste põletike ja sellega seotud meditsiiniliste seisundite suhtes.

Juhendajad: Michael Dannemann, Jon Anders Eriksson

Töö eesmärk on leida seoseid Lääne-Euraasia populatsioonide geneetilise adaptsiooni ning keskkonna- ja kultuurimuutuste vahel viimase 20 000 aasta jooksul - ajavahemik, mis hõlmab kliima, toitumise ja patogeenidega kokkupuute olulisi muutusi selles piirkonnas. Projekt kasutab ära kõrge kvaliteediga geneetilisi ja biomeditsiinilisi andmekogusid, sealhulgas dateeritud inimese fossiilidest saadud iidset DNAd ja terveid genoomijärjestusi kaasaegsetest populatsioonidest, juht-kontroll ning biopankade andmekogusid koos seotud geneetilise, biomarkerite, geeniekspressiooni ja tervisealase teabega (näiteks Eesti Geenivaramu).
Selle projekti peamine eesmärk on süstemaatiliselt kaardistada, kuidas looduslik valik on selle aja jooksul kujundanud inimese geneetilist varieerumist ja milliseid tagajärjed on sellel kohanemisel tänapäeva inimpopulatsioonide tervisele. Kuna osa tänapäevaste mitteaafriklaste geneetilistest variatsioonidest tuleneb segunemisest Neandertaalidega ~ 55 000 aastat tagasi, uuritakse töös täiendavalt, millist rolli see segunemine on nende kohanemisprotsesside kujundamisel mänginud.
Selle uurimistöö tulemused annavad (1) olulist teavet loodusliku valiku ja segunemise rolli kohta geneetika ja keskkonna vahelises vastastikmõjus pikaajalises perspektiivis, mida on üksnes kaasaegseid populatsioone ja keskkonda uurides raske saada. See teadusuuring aitab (2) selgitada erinevate toitumis- ja keskkonnategurite (elustiili) rolli tänapäeva inim-populatsioonide vastuvõtlikkuses erinevate ainevahetus- ja südame-veresoonkonna haiguste suhtes, mis on eriti oluline kui soovime geneetilist informatsiooni kasutada haiguste ennustamisel, ennetamisel ja ravil.

Juhendajad: Lili Milani, Kelli Lehto

Raskete psühhiaatriliste haigustega patsientidel (skisofreenia, bipolaarne häire, depressioon) on üldpopulatsioonist oluliselt kõrgem suremus, mis on suuresti tingitud kaasuvatest südame-veresoonkonna haigustest (südame isheemiatõbi, südamepuudulikkus, insult). Südame-veresoonkonna  haiguste (SVH) väljakujunemisel mängivad olulist rolli erinevad riskitegurid, näiteks II tüüpi diabeet, rasvumine, suitsetamine ja vähene füüsiline aktiivsus. Nii kardiovaskulaarsete kui ka psühhiaatriliste haiguste puhul on varasematest ülegenoomsetest assotsiatsiooniuuringutest teada arvestatav geneetiline ühisosa. Kuid need uuringud ei võimalda teha järeldusi mehhanismide kohta, mis selgitaks kõrget komorbiidsust SVH ja psüühikahäirete vahel.
Käesoleva doktoritöö projekti eesmärgiks on ülegenoomsete meetodite abil seletada SVH ja psühhiaatriliste haiguste ühiseid tekkemehhanisme ning kasutada neid teadmisi patsientide ravitulemuste parandamiseks. Doktoritöö käigus teostatakse ülegenoomsed assotsiatsiooniuuringud (GWAS) SVH ja psühhiaatriliste haiguste ning nende koosesinemise kohta, kasutades Eesti geenivaramu ja UK biopanga andmeid (juhtude arv >10,000). Uuringute tulemusi analüüsitakse edasi aheldustasakaalutus-skoori regressiooni abil, et selgitada haiguste geneetilist ühisosa. Leitud seoste suunda ja põhjuslikkust uuritakse Mendeli randomiseerimise meetodiga. Ravitulemuste erinevusi analüüsitakse teadaolevate farmakogeneetiliste markerite põhjal ja ülegenoomselt. Viimase osana arendatakse koostöös välispartneritega ennustusmudelid SVH riski hindamiseks psühhiaatrilisel populatsioonil ja vastupidi.
Töö on osa Euroopa koostööprojektist “CoMorMent”, mida on rahastatud Euroopa Liidu teadus- ja innovatsiooniprogrammist Horisont 2020 toetuslepingu nr 847776 alusel.

Juhendajad: Jaan Pärn, Ülo Mander

{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}{C}Maailma turbamuldade süsinikuvaru on sama suur kui taimestikus ja peaaegu sama palju kui atmosfääris. Turbas on ka kümnendik maakera lämmastikust. Kuivendus vabastab suure osa sellest N2O ehk naerugaasina, mis on ohtlik kasvuhoonegaas (KHG) ja peamine stratosfääri osoonikihi lõhkuja. Looduslikud sood aga on arvestatavad CH4 (metaani) allikad. Soode ja kuivendatud turba summaarne roll kliimamuutuses on tõenäoliselt suur, kuid ebaselge. Võimalik, et looduslike soode kaitse ja taastamine on üks efektiivsemaid kliima soojenemise vastaseid meetmeid, kuid eriti maastiku tasandil vajab see veel kontrollimist. Äärmiselt vähe on uuritud troopilisi soid, kus kasvuhoonegaaside teke peaks olema eriti intensiivne. Rahvusvahelise Kliimapaneeli IPCC praegune KHG hindamisjuhend põhineb maakasutusel. Kavandatav doktoriväitekiri viib praeguse KHG hindamisviisi uuele tasemele, võttes kasutusele kõik võimalikud keskkonnategurid nagu mullatemperatuur ja -niiskus, taimkate, funktsionaalsete geenide arvukus ja orgaanika kvaliteet. Tartu ülikooli geograafia osakonnal on ainulaadne soomuldade arhiiv KHG mõõtmistega kogu maakeralt. Kavandatav doktoriprojekt töötab välja protsessipõhised maastikutasandi mudelid, mis ennustavad kogu maailma lagesoode ja põllumajanduslikus kasutuses turbamaade KHG heitmeid käepärastest kaugseire- ja muudest keskkonna-andmetest.

Juhendajad: Anto Aasa, Tiit Tammaru

Mobiilpositsioneerimine ja GPS olnud andmekogumise meetodina edukalt kasutusel inimeste liikuvusuuringutes juba mitu kümnendit. Mõlemad meetodid on ennast tõestanud kõrge kvaliteedi ja kuluefektiivsete alternatiivsete andmeallikatena traditsioonilisele andmekogumisele. Mobiilpositsioneerimise kasutamine sisendina ametliku turismistatistika tootmisel on laialt tuntud edulugu. Nii on hakanud erinevate riikide statistikaametid kaardistama mobiilpositsioneerimise kasutamise võimalusi ka rahvaloenduse andmesisendina. Kogu rahvastikku hõlmav statistika pole enamasti väga detailne. Et koguda infot majapidamise ja indiviidide tasemel, kasutatakse erinevaid temaatilisi uuringuid. Et selliste uuringute korraldamine on väga kallis, siis on ka nende valimid väiksed ning uuritav periood väga lühike. Peale paljude teiste uuringute on Eurostat ka Euroopa ajakasutuse uuringu peakorraldaja, mida riigiti viivad läbi statistikaametid. Uuringu eesmärk on saada ülevaade inimeste ajakasutusest, liikumisele kulutatud ajast ning ajaveetmise kohtadest. Uuringu peamisteks instrumentideks on küsitlused ja reisipäevikud, mida täidetakse iga 10 minuti tagant (Eurostat). Kõike seda saaks aga korraldada ka mobiiltelefonide abil. Mobiiltelefoni saab kasutada sensorina detailsemaks andmekogumiseks. Enamus tänaseid mobiiltelefone on varustatud GPS’i ja teiste sensoritega, mis võimaldavad koguda selle kandja asukoha- ja aktiivsuse infot. GPS-andmete abil on võimalik analüüsida liikumismustreid ning tuvastada külastatud kohti. Mobiilsust kirjeldava andmekihi ühendamisel ruumi konteksti andmebaasiga (maakasutus, rahavastiku register, hoonete register, äriregister, teenused jt), on võimalik vastata küsimusele: mida uuritav ühes või teises kohas eeldatavalt tegi? Andmekogumise alusplatvormina kasutatakse doktoritöö eesmärkide saavutamiseks mobiilirakendust “MobilityLog (link). Doktoritöö uudsus seisneb innovatiivses andmekogumise ning analüüsi metoodikas, mille tulemusena muutub ajakasutusuuringute korraldamine efektiivsemaks ning uuritavate suhtes vähem invasiivsemaks.

Juhendajad: Evelyn Uuemaa, Tiit Tammaru, Alexander Kmoch

Käesolev doktoriprojekt keskendub ülemaailmse rahvastiku ümberjaotumisest tingitud rannikualadel toimuva kiire rahvastiku ja linnade kasvu ning samaaegse globaalse soojenemise tagajärjel tekkinud merepinna muutustest tingitud survega rannikualadele. IPCC prognoosi kohaselt võib keskmine merepinna tase tõusta kuni 1 meeter aastaks 2100. Paljud uuringud on hinnanud meretaseme tõusu potentsiaalseid riske kohalikul ja globaalsel tasandil, kuid enamasti on uuringutes hinnatud ainult rahvaarvu, mis on potentsiaalselt mõjutatud meretaseme tõusu poolt. Vähem uurimusi on analüüsinud rannikualade maakasutuse (eelkõige hoonestatud alade) muutusi ning nende piirkondade erinevate sotsiaaldemograafiliste rühmade haavatavust. Selles uuringus töötatakse välja ja katsetatakse uudset lähenemisviisi, mis kasutab Google Street View pilte masinõppe mudelite treenimiseks, et tuvastada kaugseire piltide põhjal sotsiaaldemograafilised grupid, kes elavad rannikualadel. Rannikualadel elavate sotsiaaldemograafiliste rühmade hindamine on keeruline, kuna puuduvad andmed traditsioonilistest allikatest nagu rahvaloendused. Selle uuringu eesmärgiks on 1) hinnata rannikualade maakasutuse muutusi globaalsel tasandil, keskendudes hoonestatud aladele aastatel 2000 ‒ 2020; 2) hinnata, kui palju uut maad inimtegevuse tagajärjel merel juurde võetud aastatel 2000 ‒ 2020; 3) hinnata, millised sotsiaal-majanduslikud grupid elevad rannikualadel ning hinnata nende haavatavust merepinna tõusu suhtes nii globaalsel tasandil kui ka detailsema juhtumianalüüsi uurimisaladel.

Juhendajad: Kaido Soosaar, Ülo Mander

Toitainerikkad orgaanilised mullad on kasvuhoonegaaside (KHG) emissioonide suurimad allikad Euroopa boreaalses ja parasvöötme jahedas ja niiskes kliimapiirkonnas ja ka mujal maailmas.
Kuivendatud metsi peetakse reeglina CH4 ja N2O allikateks. Neid voogusid mõõdetakse metsadest põhiliselt vaid mullast või ökosüsteemi kohal, jättes välja muud ökosüsteemide osad nagu puud. Lehtede ja juurte voogusid uuritakse väga harva ning ökosüsteemi KHGide uuringutes on need täielikult kõrvale jäetud tehniliste/metodoloogiliste keerukuste tõttu. Samas näitavad meie esimesed uuringute tulemused, et puude lehestiku CH4 ja N2O emissioonid võivad olla märkimisväärselt suuremad kui tüvest. Seetõttu eeldame, et puud tervikuna võivad anda veelgi suurema panuse metsa CH4 ja N2O voogudesse, kui seni võiks eeldada ainult puude tüvelt tehtavate uuringute tulemustele tuginedes.
Projekt põhineb erinevatel ökosüsteemitasanditel KHGide voogude mõõtmistel (ökosüsteemi kohal, juured/lehed, tüvi ja pinnas) hiljuti rajatud Agali kasemetsa uurimisjaamas.
Laiema uurimistöö raames ühendatakse saadud vooandmed mulla biogeokeemia ja mikroobide dünaamika andmetega, et parendada turbaalade KHG heite protsessipõhist modelleerimist.
Käesoleva doktoritöö projekti peamine eesmärk on suurendada meie arusaamist KHGide voogudest kuivendatud lämmastikurikastel turbaaladel ja eraldada komponentvood, võttes arvesse piirkonna kliimat ja lokaalset taimestikku.
Doktoritöö põhieesmärgid on: (1) analüüsida samaaegselt mõõdetud ökosüsteemi erinevatel tasemetelt KHGide vooge: mulla-puu-võra tasandilt; (2) testida erinevate mullavaatluse meetodite sobivust erinevate uuringualade kasvuhoonegaaside heitkoguste muutuste selgitamisel; (3) analüüsida kasvuhoonegaasivoogude ja mullamikroobikoosluste vahelisi seoseid.

Juhendajad: Kadri Leetmaa (peamine juhendaja), Kadi Kalm, Tiit Tammaru

Ebavõrdsuse ja segregatsiooni kui selle ruumilise väljenduse põlvkondlik edasikandumine on oluline teema ebavõrdsuse uuringutes kogu maailmas. Suuremates linnades on kinnisvara hinnad tõusnud tasemele, mille puhul noorematel põlvkondadel on keeruline siseneda nii linnade omaniku- kui ka üüriturule. Ehkki kaasaegsed hästitasustatud töökohad paiknevad eelkõige suurlinnades kui majanduse tuumkeskustes, ei piisa oma elu jooksul kogutud jõukusest sageli kinnisvaraturul esimeste sammude tegemiseks, ammugi mitte elukohaeelistustest lähtuva elukohavaliku tegemiseks linnas. Järjest rohkem sõltub noorte leibkondade elukohatrajektoor linnas ja linnaregioonis sellest, mil määral neil on olnud võimalik pärida vanemate jõukust – nii vanemate tuge hariduse omandamisel kui ka otsest jõukust algkapitalina kinnisvaraturul. Projekt analüüsib erinevusi noorte leibkondade vahel sõltuvalt nende vanemate seostest kinnisvaraturuga Eesti eri regioonides, rahvustevahelisi erinevusi põlvkondadevahelises jõukuse ja segregatsiooni ülekandumises ja võrdleb põlvkondade jõukuse seoseid Tallinnas ja Stockholmis. Andmeanalüüsis kasutatakse indiviidi tasandil rahvaloenduse (1989, 2000, 2011) andmebaase ja hilisemaid registriandmeid (2018) ning registriandmestikke muudes riikides.

Juhendajad: Enn Karro, Andres Marandi, Alar Rosentau

Käesoleva doktoriprojekti eesmärk on välja töötada uued GIS-i põhised töövahendid ja metoodikad põhjaveevarude ja põhjavee kaitstuse modelleerimiseks praeguses ja tulevases klimaatilises kontekstis. Üha kasvav hüdrogeoloogiline informatsioon loob võimaluse andmete kompleksseks, kuid samas piirkondlikke geoloogilisi iseärasusi arvestavaks kasutamiseks. Põhjavee dünaamilise modelleerimise integreerimine GIS-analüüsiga võimaldab hüdrogeoloogilisteks uuringuteks kasutatavate andmete terviklikku ja kiiret interpretatsiooni erinevates mõõtkavades. Kavandatud doktoriprojekt hõlmab nelja peamist uurimisteemat. Esiteks, põhjavee kaitsuse hindamise metoodika (DRASTIC) edasiarendamine, mille Eesti oludes tingib muutliku paksuse ja geneesiga kvaternaaristetest koosneva pinnakatte esinemine. Teiseks, gridipõhiste arvutusmeetodite väljatöötamine ja arendus hindamaks põhjaveevarusid, põhjavee dünaamikat ja kvaliteeti. Teema on seotud Horisont 2020 projektiga GeoERA. Kolmandaks, GIS-rasteranalüüsiks mõeldud töövahendite täiendamine prognoosimaks kliimamuutuste võimalikke tagajärgi hüdrogeoloogilisele süsteemile. Teema raames täiendatakse GIS-meetodeid kalibreeritud ja kinnitatud põhjavee modelleerimise tulemustega. Doktoriprojekti raames publitseeritakse ka väljatöötatud skriptid ja GIS-i tööriistakastid.

Juhendaja: Kalle Kirsimäe

Projekti eesmärgiks on selgitada Fe-Mn ja P geokeemilise sidustumise dünaamika ja trendid hapnikulise Maa süsteemi kujunemisel Proterosoikumis, et mõista põhjuslikke seoseid bioproduktsiooni limiteerivate toitainete sissekande-mattumise ja süsiniku aineringe ning fotosünteetiliselt toodetud vaba hapniku ajalise dünaamika vahel.

Juhendajad: Päärn Paiste, Kärt Paiste

Sufiidsed mineraalid, eriti püriit, on erinevates geoloogilistes keskkondades laialtlevinud faasid, mille koostise variatsioonid võimaldavad hinnata erinevaid geokeemilisi protsesse. Sulfiidide jälgelementide koostise ja väävli isotoopsuhete variatsioonide abil on võimalik tuvastada erinevaid maagistumisnähtusi ja varajase elu jälgi Maal. Käesoleva projekti eesmärgiks on töötada välja ja valideerida analüütiline protseduur in situ väävli isotoopsuhete ja jälgelementide sisalduste määramiseks erinevatest sulfiidsetest mineraalides (peamiselt püriit) ja demonstreerida selle sobivust erinevates geokeemilsites rakendustes. Projekti käigus töötatakse välja in situ analüüsiks vajalikud sulfiidsed standardid ja hinnatakse nende sobivust.

Juhendaja:  Anne Laius

Käesoleva projekti eesmärgiks on välja selgitada erinevused erinevate ainete õpetajate ja üldhariduskooli erinevate astmete õpilaste arusaamades säästva arengu haridusest (SAH) ja selle komponentidest eesmärgiga integreerida SAH läbivalt kõikidesse õppeainetesse kõikides kooliastmetes. Eesti õpilaste keskkonnateadlikkus on PISA 2015 ja PISA 2018 andmeil üks Euroopa kõrgeimaid, kuid keskkonna-alane käitumine üks madalamaid, mistõttu on säästva arengu hariduse efektiivsuse tõstmiseks vaja ühtlustada  erinevused arusaamades säästva arengu haridusest ning saavutada sellega lisaks säästva arengu alasele teadlikkusele ka kompetensuste areng  (probleemide lahendamine, otsuste tegemine ja põhjendamine, kommunikatsiooni- ja loostööoskused) ning säästva arengu hoiakute ülekasvamine säästvateks käitumisharjumusteks, mida kujundatakse läbivalt kõikides õppeainetes õpetajate teadlikul osalusel. Projekti andmete kogumine toimub koostöös Tartu Ülikooli Loodusmuuseumi ja Eesti Loodusmuuseumiga ning koolide ja mitteformaalsete loodushariduse asutustega.

Juhendaja: Radwa Elshawi
Doktoritöö peamiseks eesmärgiks on arendada interaktiivne, kasutaja juhitav ja tõlgendatav automaatne masinõpe raamistik. Loodav raamistik lihtsustab kasutajatel luua nende vajadustele vastavaid ja usaldusväärseid mudeleid. See raamistik vähendab andmeteadlaste ja ekspertide ajakulu skaleeritavate masinõppe mudelite ehitamisel. Lõppeesmärgiks on muuta andmeteaduse protsess kõigile kättesaadavamaks ka väiksema tehnilise kogemusega lõppkasutajatele ning võimaldades neil seeläbi enda andmeid lihtsamini analüüsida.

Juhendajad: Helle Hein, Karin Täht

Selle doktoriprojekti eesmärk on paremini mõista arvutiteaduse üliõpilaste õppeprotsesse, kasutades selleks spetsiaalselt loodud veebipõhiseid tööriistu, informaatika õppekava sisu silmas pidavaid küsimustikke ja õpianalüütikat. Akadeemilist edu ennustavate õpitavate tegurite tuvastamises ja edendamises võiks olla abi tulevaste informaatikatudengitele ja nendega kokku puutuvale akadeemilisele personalile - seda nii andmepõhiste õpijuhiste väljatöötamisel kui ka tudengite psühholoogilise heaolu tagamiseks. Samuti saaks andmeid kasutada õppekavade õpilaskesksemaks kujundamiseks.

Juhendaja: Naveed Muhammad

Inimesena autojuhtimisel kasutame instinktiivselt oma teadmisi teiste liiklejate käitumise osas ohutuks ja tõhusaks juhtimiseks. See on autonoomsete sõidukite jaoks siiski mittetriviaalne ülesanne. Selle teeb veelgi keerukamaks asjaolu, et inimeste käitumine liikluses muutub vastavalt erinevatele situatsioonidele (millega jällegi pole meil inimestel probleeme kohaneda).
See projekt keskendub kontekstiteadlike agentide käitumise modelleerimise ja ettenägemistehnikate uurimisele. Projekt algab mudelite uurimisega, mis kodeerivad agentide käitumist ja liikluse stsenaariumites toimuvat interaktsiooni. Seejärel uuritakse käitumismudeleid, mida saab kasutada erinevates kontekstides, samuti töötatakse välja raamistik kontekstipõhiste käitumismudelite haldamiseks.
Projekti oodatav tulemus koosneb mudelitest, algoritmidest ja raamistikust, mida autonoomsed sõidukid saavad kasutada tõhusate, kuid ohutute manöövrite ja trajektooride jaoks.

Juhendaja: Kallol Roy

Ennustavaks politseitööks nimetatavat tehisintellekti süsteeme kasutatakse selleks, et ennustada, millal ja kus kogu linnas toimub kuritegu, viies andmepõhise korrakaitse ajastusse. Kuid üllatavalt ennustav politseitöö näitab rassilist diskrimineerimist, kuna seda koolitatakse andmete põhjal, mis põhinevad diskrimineerival allikal, nt. kriminaalsed andmed rassiliste vähemuste kohta, millele politsei on ebaproportsionaalselt palju tähelepanu pööranud. See loob sotsiaalse tagasiside lingid, mille tulemusel politseinikke saadetakse korduvalt teatud linnaosadesse - tavaliselt linnadesse, kus on palju rassilisi vähemusi, olenemata selle piirkonna tegelikust kuritegevuse määrast. Ennustavat politseitöötlustarkvara näib õppivat pigem politsei salvestatud teadetest - mis võivad olla kõrgemad piirkondades, kus politsei on rohkem -, mitte aga aluseks oleva kuritegevuse määra põhjal. Seega on mõnes naabruskonnas kuritegevuse määr ülehinnatud, võtmata arvesse võimalust, et seal täheldatakse rohkem kuritegusid, kuna sinna on saadetud rohkem ohvitsere. Selle projekti eesmärk on välja töötada ennustava politseitöö matemaatiline mudel Eesti kontekstis. Mudel selgitab, miks tagasisidet tekitatakse, ja demonstreerib, kuidas muuta ennustatava politseisüsteemi sisendeid, nii et tagasisideahelat ei toimu, võimaldades seega teada saada tegeliku kuritegevuse määra. Projekt näitab, kuidas teatatud kuriteojuhtumid (elanike teadaanded) ja avastatud kuriteojuhtumid (s.t need, mida politseinikud otseselt jälgisid) reaalajas toimivad. Projekt soovitab sobivaid sekkumisi, et leevendada tagasisidet ja seega toimida erapooletult politseitöö.

Juhendajad: Hanno Evard, Ivo Leito

Selle projekti eesmärk on oluliselt täiustada immunokromatograafia (IK) kiirtestide analüütilist võimekust. IK testid on lihtsad ja odavad, kuid nende võimalikud rakendused on piiratud kehva analüütilise võimekuse tõttu. Põhilised probleemid on tundlikus ja korduvus. Parema IK testide võimekuse korral oleks võimalik neid rakendada näiteks haiguste laiaks sõeluuringuks. Hetkel see ei ole võimalik, kuna selliseks uuringuks peab kasutama keerukaid ning kalleid tehnoloogiaid.
Doktoritöö põhiline eesmärk on uurida fundamentaalseid uusi suundi , mis võimaldaks IK testide analüütilist võimekust oluliselt parandada. Täpsemalt:
(1) Kasutatakse siiditrükki ja uudseid materjale IK testide valmistamiseks. Selline lähenemine laseb saavutada paremat korduvust ning lubab toota keerukamaid mikrofluiidika kanalite süsteeme;
(2) Arendatakse mikrofluiidika kanalite süsteem, mis lubab teostada mitu analüüsi töötlemise sammu automaatselt ühel kiibil. Seeläbi on võimalik saavutada oluliselt paremat tundlikust;
(3) Arendatakse süsteem, mis on võimeline solventi automaatselt vabastama IK testil. See lubab täpset proovi koguse mõõtmist analüüsiks ja seega paremat korduvust.
Need välja pakutud lahendused on uudsed ning doktorantuuri käigus kirjutatakse 4 artiklit. Uurimustöö IK testide analüütilise võimekuse parendamiseks on juba alanud ja rahastatakse projektist PUT PSG431. Seega on vajalikud teadmised ja rahastus uurimustöö teostamiseks olemas.

Juhendaja: Ivo Leito

NMR spektromeetria potentsiaal pKa väärtuste mõõtmisel on selgelt alakasutatud. NMR spektromeetria kasutamisel pKa mõõtmisel saadakse info ainete ionisatsiooni kohta signaalide nihetest (kiire vahetuse tingimustes), mida on võimalik mõõta märksa kõrgema täpsusega kui signaalide intensiivsusi. Seetõttu on NMR mõõtmine enamasti kõrge täpsusega. Sageli on võimalik saada usaldusväärseid tulemusi ainete lagunemise või kõrvalprotsesside esinemise tingimustes. Ionisatsioonisuhete kõrval võib NMR anda olulist lisainfot kõrvalreaktsioonide, konformeeride jne kohta. Vastupidiselt tavaarusaamale on usaldusväärsed NMR mõõtmised (enamasti) võimalikud ka deutereerimata lahustitega, isegi 1H NMR korral.
Käesoleva projekti põhieesmärk ja innovatiivsus seisneb NMR spektromeetria (vajadusel kombinatsioonis teiste meetoditega) rakendamises hapete-aluste keemia mõnede „suurte väljakutsete“ lahendamiseks. Konkreetsed uurimiseesmärgid: Sulfohapete happelisuste määramine vesilahuses; Karbeenide aluselisus; Polüfluoreeritud hapete happelisused; Üldistatud happelisuse skaala (pHabs skaala) eksperimentaalne realiseerimine madala polaarsusega lahustites.

Juhendajad: Kaido Tammeveski, Margus Marandi, Marek Mooste

Käesoleval ajal pärsib madalatemperatuuriliste kütuseelementide laialdast kasutuselevõttu ühe asjaoluna kallihinnaliste Pt-põhiste hapniku redutseerumisreaktsiooni katalüsaatorite kasutamine. Seetõttu on tarvis Pt asendamiseks kütuseelementide katoodimaterjalina välja arendada mitte-väärismetallkatalüsaatorid. Viimasel ajal on hakatud sel eesmärgil uurima juhtivatel polümeermaterjalidel põhinevaid katalüsaatoreid tänu nende odavale hinnale ja lihtsatele valmistamismeetoditele. Selliste katalüsaatorite elektrokatalüütilise aktiivsuse tõstmiseks hapniku redutseerumisreaktsioonil kasutatakse heteroaatomitega (nt N, S, P, B) ja siirdemetallidega (nt Co, Fe, Mn) dopeerimist. Käesoleva doktoritöö eesmärk on uurida väävli ja lämmastikuga kaasdopeeritud katalüsaatormaterjale, mis põhinevad antud rakenduse jaoks seni uurimata pürolüüsitud polümeeride segudel. Algse polümeeri morfoloogia mõju uurimiseks katalüsaatori hapniku redutseerumise aktiivsusele kasutatakse materjali sünteesiks võrdlevalt nii keemilist kui ka elektrokeemilist polümerisatsiooni. Valmistatava polümeeri omaduste lihtsamat kontrolli ja muutmist võimaldab elektrokeemiline sünteesimeetod.  Lisaks kasutatakse käesolevas töös eelistatult polümerisatsioonikeskkonnana keskkonnasõbralikumaid lahusteid (nt vesi). Olulise töö osana viiakse polümeeri struktuuri siirdemetallid, eesmärgiga valmistada pürolüüsitud polümeermaterjalis kõrge aktiivsusega M-N4 tüüpi hapniku redutseerumise tsentreid. Valmistatud pürolüüsitud polümeermaterjale uuritakse põhjalikult elektrokeemiliste ning füüsikaliste meetoditega ja lisaks testitakse neid polümeerelektrolüüdiga kütuseelemendis.

Juhendajad: Ave Sarapuu, Kaido Tammeveski

Madaltemperatuursete kütuseelementide ja metall-õhk patareide laialdasemaks kasutuselevõtuks on tarvis välja töötada odavad mitte-väärismetallkatalüsaatorid hapniku elektrokeemilise redutseerumisreaktsiooni (ORR) ja eraldumisreaktsiooni (OER) katalüüsimiseks. Siirdemetalle sisaldavaid lämmastikuga dopeeritud süsiniknanomaterjale on võimalik saada orgaaniliste lähteainete, lämmastikuallikate ja metallisoolade (Fe, Co, Mn jt) pürolüüsil. Metall-õhk patareides kasutatakse bifunktsionaalseid ORR/OER katalüsaatoreid, milleks võivad olla ORR ja OER katalüsaatorite hübriidid; Hapniku eraldumisreaktsiooni jaoks on aktiivsed näiteks siirdemetallide oksiidid, sulfiidid, nitriidid, karbiidid jt. Fenoolseid ühendeid, sh põlevkivist pärit alküülfenoole, on võimalik kasutada odavate ja kättesaadavate orgaaniliste lähteainetena ORR ja OER elektrokatalüsaatorite valmistamisel.
Doktoritöö eesmärgiks on välja töötada meetodid aktiivsete ja stabiilsete nanosüsinikmaterjalidel põhinevate mitte-väärismetallkatalüsaatorite valmistamiseks madaltemperatuursete kütuseelementide ja metall-õhk patareide jaoks. ORR ja OER katalüsaatorid valmistatakse fenoolsetest lähteainetest pürolüüsi teel. Katalüsaatorite koostist ja pooride jaotust optimeeritakse, et saada kõrge aktiivsus hapniku redutseerumisreaktsiooni jaoks ja sobivad O2 massiülekande tingimused kütuseelementides ja metall-õhk patareides kasutamiseks, rakendades nanomatriitsidel põhinevaid meetodeid. Elektrokeemiliste meetoditega määratakse katalüsaatormaterjalide elektrokatalüütiline aktiivsus ja viiakse läbi lühiajalised stabiilsustestid. Parimate omadustega materjale iseloomustatakse füsikokeemiliste analüüsimeetoditega ja testitakse anioonvahetusmembraaniga kütuseelemendi testsüsteemis ning metall-õhk patareides.

Juhendaja: Erki Enkvist

Doktoriprojekti eesmärkiks on disainida ja sünteesida uusi orgaanilisi ühendeid, mis kiirgaksid valgust tripletsest ergastunud olekust. Selleks arendatakse fosforestseeruvaid ühendeid ning konjugeeriatkse need fluorestseeruvate värvidega. Saadavates tandemühendites toimub efektiivne FRET tüüpi energiaülekanne tripletselt ergastuselt singletsele, mis muudab summaarse kiirguse tripletsest olekust kiiremaks ja efektiivsemaks. Valmistatud ühendite fotoluminestesnti uuritakse ning koostöös välispartneritega testitakse ühendite sobivust OLED valgustite valmistamiseks.

Juhendajad: Vladislav Ivaništšev, Piret Pikma, Enn Lust

Tänapäeval on tehnoloogias oluline aina väiksemate ja kõrgemate tehniliste näitajatega seadmete valmistamine. Selle eesmärgi saavutamiseks on vajalik seadmete elektrooniliste komponentide mõõtmete vähendamine ja võimsuse suurendamine. Ühte võimalikku lahendust pakub molekulaartehnoloogia, mille kohaselt võimaldaksid tahkiste pinnal moodustuvad kontrollitavate omaduste ning funktsionaalsusega nanostruktuurid kahandada transistorite suuruse ühe molekulini. Transistorite mõõtmete viimine molekulide tasemele lubaks omakorda salvestada ühele kiibile kordades rohkem infot kui seni.
Antud doktoriprojekti eesmärgiks on modelleerida üksikute molekulide ja isemoodustunud monokihtide füsikokeemilisi omadusi metall-ioonvedelik piirpinnal. Tihedusfunktsionaali teoorial põhinevaid arvutusi kõrvutatakse eksperimentaalsete mõõtetulemustega, panustamaks kahedimensionaalse kondensatsiooni ning molekuljuhtivuse teooria arengusse. Soovime vähendada erinevusi eksperimentaalsete tulemuste ning teooria vahel, võttes arvestades tihedusfunktsionaali arvutustes elektrolüüdi ja substraadi mõju. Lisaks pakub kaadmiumile ja niklile keskendumine võimalust leida säästlikum alternatiiv hetkel kasutatavatele väärismetallidele.

Juhendaja: Ago Rinken

Täieliku sisepeegelduse fluorestsentsi mikroskoopia (TIRFM) võimaldab jälgida prooviklaasi pinna läheduses toimuvaid protsesse kuni üksiku molekuli tundlikkusega. Selle tundlikuse saavutamiseks on vajalik kõrvaldada mittespetsiifilised interaktsioonid pindade ja ka proovides olevate osakestega. Käesoleva projekti eesmärgiks ongi arendada välja katsesüsteem, mis vastaks nendele nõuetele ning võimaldaks mõõta mitmeid proove paralleelselt. Katsesüsteemi loomisel ja valideerimisel kasutatakse neuropeptiid Y1 retseptorit bakuloviirusosakestes ja selle fluorestsents ligande mudelsüsteemina. Projekti järgmistel etappidel kasutatakse loodud süsteemi ekstratsellulaarsete vesiikulite kui ka valkhormoonretseptorite uurimiseks.

Juhendaja:  Siim Kukk

Elektropihustus on levinud meetod polümeeri kiudude ja kilede valmistamiseks pihustades polümeeri lahust pinge abil. Analoogselt on viimastel aastatel elektropihustus leidnud kasutust ka reaktsioonide kiirendamisel, mida põhjustab laetud tilkade suur eripind ning reagentide kontsentreerumine lahusti aurustumise tulemusena. Käesoleva doktoriprojekti hüpotees on, et polümerisatsiooni reaktsiooni saab viia läbi ka samaaegselt kasuliku materjali valmistamisega. Seda tõestavad hiljutised polümeeride keemia publikatsioonid, kus polüamiidi membraane saadakse kahe monomeeri samaaegse pihustamise tulemusena. Polüamiidid on väga laia kasutusvaldkonnaga polümeerid, nende seast leiab erakordselt tugevaid tehiskiude ning kõrge efektiivsusega membraane veepuhastusseadmetes. Doktoriprojekt püüab tuvastada, kas monomeeride ja elektropihuse tingimusi varieerides on võimalik töötada välja metoodikaid ka teiste levinud polümeeride valmistamiseks. Lisaks katsetatakse ka metallilise vase katalüütilisi omadusi elektropihuses toimuvatele reaktsioonidele ning selle rakendatavust vask-katalüüsitud polümerisatsioonidele. Juhul kui polümerisatsioon ja sellest kasutatava materjali valmistamine on võimalik ühe etapina läbi viia, võimaldab selline lähenemine oluliselt efektiivsemalt ja kiiremini polümeere toota.

Juhendajad: Koit Herodes, Ivo Leito

Ligniin on üks suurima mahuga taastuvaid orgaanilisi tooraineid (jäädes alla vaid tselluloosile). Aastas toodavad taimed planeedil Maa umbes 35 miljardit tonni ligniini. Ligniini struktuur võimaldaks sellest toota arvukalt kemikaale. Samas kasutatakse vaid imeväike osa ligniinist lisandväärtusega kemikaalide tootmiseks. Ligniini väärindamises kasutatavate protsesside esimeste etappide tulemusel tekivad ülikeerukad – nii analüüsi kui komponentide preparatiivse eraldamise seisukohast – kemikaalide segud. See pidurdab oluliselt väärindamist.
Käesolev projekt panustab ligniini väärindmise arendamisse kahel moel: (1) arendades välja multiinstrmentaalse (GC-MS, LC-MS, SEC, FT-ICR, NMR ja FT-IR, võimalik, et preparatiivse kromatograafia lisamisega) analüüsimetodoloogia ligniini töötlemisel saadud keerukate segude analüüsiks ja (2) arendades välja kombineeritud eraldamismetodoloogia, mis põhineb ekstraheerimisel (koos sobivate solvendisüsteemide leidmisega), destilleerimisel ja sadestamisel ning võiks tulevikus olla edasi arendatav tööstuslikuks kasutamiseks.

Juhendaja: Koit Herodes

Bioloogilised proovid (bioloogilised vedelikud, koed) sisaldavad suurel hulgal väikse molekulmassiga aineid – metaboloom. Need ained peegeldavad organismis toimuvaid protsesse. Metaboloomi uuringud on olulised nende protsesside, olgu normaalsete või haigusest põhjustatud, mõistmisel. Kuigi metaboloomi uurimisel kasutatakse kõige kaasaegsemaid analüüsimeetodeid, nagu vedelikkromatograafia-massispektromeetria (LC-MS), on suurem osa metaboloomist siiski läbi uurimata.
Käesolevas projektis kasutatakse derivatiseerimist amino-rühma sisaldavate metaboliitide LC-MS analüüsil. Derivatiseerimisel lisatakse metaboliidi amino-rühma spetsiifiline grupp, mis parandab LC-MS analüüsil aine eraldamist, selektiivsust ja avastamispiiri. Käesolevas projektis kasutatakse seda lähenemist, nn derivaat-sihitud LC-MS analüüsi, taimsete ja loomsete proovide metaboliitide uuringuks.

Juhendajad: Nadezda Kongi, Vladislav Ivaništšev

Antud uurimus keskendub senisest jätkusuutlikuma energeetika tarbeks metall-orgaanilistel võrgustikel (MOF) põhinevate multifunktsionaalsete katalüsaatorite arendamisele. Rakendades molekulaardünaamikat ja tihedusfunktsionaali teoorial põhineva tiheda sidumise meetodi (DFTB) arvutusi, uuritakse hapniku/vesiniku eraldumisreaktsiooni ja hapniku redutseerumisreaktsiooni. Simulatsioonide eesmärgiks on mõista molekulide tasemel eelnimetatud reaktsioonide mehhanisme. Uurimuses kasutatavad suuremõõtmelised mudelid saadakse reprodutseerides esialgsest MOFist lähtudes katalüsaatori sünteesi ning võrreldes saadud tulemusi eksperimentaalsete andmetega. Adsorptsiooni energeetikat üheaatomilistes ja bimetalsetes katalüütilistes tsentrites uuritakse võttes arvesse elektrolüüdi solvatatsiooni ning elektroodi elektronstruktuuri. Reaktsioonikineetikat modelleeritakse elektronstruktuuri arvutuste tulemuste abil. Projekti eesmärgiks on töötada välja töövoog elektroaktiivsete materjalide modelleerimiseks, mille abil saaks disainida uusi MOFil põhinevaid multifunktsionaalseid katalüsaatoreid.

Juhendajad: Nadezda Kongi, Kaido Tammeveski

Antud doktoritöö projekti eesmärk on töötada välja uusi elektrokatalüsaatormaterjale jätkusuutlikuks energia muundamiseks ja salvestamiseks. Ajendatuna tungivast vajadusest mitteväärismetallidel (s.o Pt-vabad) põhinevate katalüsaatorite järele, kavandatakse ja arendatakse uudne metallorgaanilistel võrestikel (metal-organic frameworks - MOF) põhinevate elektrokatalüsaatorite pere. See saavutatakse katalüsaatorite struktuuride kohandamise, erinevate laialt levinud metallide kaasamise ja elektrokatalüütiliselt aktiivsete tsentrite teadmistepõhise projekteerimise kaudu. Rakendades nüüdisaegseid elektrokeemilisi tehnikaid koos füüüsikaliste uurimismeetoditega, uuritakse multifunktsionaalset võimet samaaegselt tõhusalt katalüüsida erinevaid hapniku ja vesiniku elektrokeemilisi reaktsioone.

Juhendajad: Riho Mõtlep, Andres Marandi

Põlevkivitööstuse osatähtsus on lähtuvalt kliimapoliitika suunistest määratud olulisele vähenemisele, siiski tööstuse otsesed ja kaudsed keskkonnamõjud jäävad kestma aastakümneteks, seega jääb kestma ka vajadus nende mõjude likvideerimiseks ja leevendamiseks. Põlevkivitööstuse pikaajalisemad mõjud on seotud elektri ja õlitootmisel tekkivate jäätmete potentsiaalse keskkonnaohtlikkusega (sh stabiilsusega), samuti maa-aluste kaevandusalade stabiilsusega.
Puuduvad uuringud, mis selgitaksid põlevkivi kaevandamise ja töötlemisega tekkinud jäätmeladestutest juba eksisteeriva ja potentsiaalselt tekkiva põhjavee reostuse ajalis-ruumilist levikut ning võimaldaksid hinnata nende reostusallikate ning neist lähtuva põhjaveereostuse pikaajalist levikumustrit ning potentsiaalset ohtlikkust. Eriti kompleksne on sellise potentsiaalse reostuse levimine aladel kus eksisteerivad vanad maa-alused kaevandusalad, mis oluliselt mõjutavad-kontrollivad põhjavee liikumist. Samamoodi on varasemate rakendusuuringutega hästi selgitatud maa-aluste kaevanduskäikude vajumiste probleemistik, sh selle ruumiline levik, kuid puuduvad süsteemsed uuringud, mis võimaldaks adekvaatselt hinnata maapinna vajumite käitumist ja potentsiaalse kollapsi ohtlikust aladel kus kaevanduskäigud paiknevad maapinnalähedasel sügavusel ja elamupiirkondade all.
Doktoriprojekti uurimistegevus keskendub põhjavee reostuse levikumudelite väljatöötamisele põlevkivitööstuse jäätmehoidlatest lähtuvale punkt- ja pindalalisele reostusele ning selle levikule vanadel kaevandusaladel ning kaevandatud alade geotehnilise stabiilsuse suurendamisele läbi altkaevandatud alade tagasitäitmise. Samuti tagasitäitmise mõju põhjavee dünaamikale ning täitematerjali täiendava leostumise uurimisele looduslikes tingimustes.

Juhendajad: Susanne Kratzer, Krista Alikas

Veekogudes elutsevate taimede ja loomade liigirikkus ja olemasolu sõltub nii toiteainete ja hapniku hulgast, päikesevalgusest kui ka veetemperatuurist. Kaugseire andmetega on võimalik vees tuvastada optiliselt aktiivseid ained, mis neelavad või hajutavad kiirgust, muutes seeläbi vee valgusvälja. Nii Läänemerd kui ka parasvöötme boreaalseid järvi iseloomustab madal vee läbipaistvus ja kõrgem värvunud lahustunud orgaanilise aine (CDOM) hulk võrreldes teiste
piirkondadega. Kaugseire andmetega on võimalik selliste veekogude ülevaatlik seire, lubades paremat ruumiliste ja ajaliste muutuste jälgimist. Doktoritöös keskendutakse nii pikaajalistele kaugseire andmeridadele (SeaWiFS, MERIS, MODIS) kui ka hetkel Kopernikus programmi raames opereerivaile satelliitide Sentinel-3 A, B, C sensorite andmetele hindamaks erinevaid optilisi vee kvaliteedi parameetreid (klorofüll a, hägusus, CDOM, hõljum) ja nende muutusi.
Planeeritud on kombineerida kontaktmõõtmiste ja kaugseire andmed, mis lubavad hinnata kaugseire andmete sobivust ja täpsust ning luua asukohapõhiseid algoritme.
Doktoritöös keskendutakse esialgu olemasolevate kaugseire produktide (radiomeetrilised ning optilised vee kvaliteedi tulemid) täpsuse hindamisele boreaalsete vete seireks. Seejärel keskendutakse keskkonnas toimunud muutuste ja põhjuste hindamisele kaugseire andmete abil läbi kahe juhtumiuuringu. Esiteks analüüsitakse hõljuvainete kaardistamist ning orgaanilise ja anorgaanilise osa eristamise võimalikust kaugseire andmetest ning nende mõju vee läbipaistvusele. Teiseks võetakse kasutusele pikaajalised kaugseire andmeread ning hinnatakse võimalikke trende veekogude pruunistumises ja temperatuuris Läänemere erinevates piirkondades ja boreaalsetes järvedes. Uurimistöö aitab analüüsida looduslike ja inimtegevusest tingitud muutuste mõju Läänemere ja boreaalsete järvede ökosüsteemidele.

Juhendajad: Kristi Kuljus, kaasjuhendaja Bo Ranneby

Statistilisel modelleerimisel on oluline leida mudel, mis kirjeldab tegelikkust mingis mõttes kõige paremini. Enamus mudelite valimise meetodeid on seotud mingi informatsioonikriteeriumiga. Informatsioonikriteeriumid nagu näiteks Akaike või Bayes võimaldavad valida kandidaatide seast parima mudeli, aga nad ei võimalda hinnata, kas eeldatav mudelite klass on sobiv. Suurimate vahemike meetod (MSP), mis on algselt parameetrite hindamise meetod pidevate jaotuste korral, võimaldab hinnata vaadeldava mudelite klassi sobivust antud andmete jaoks. MSP meetodit on võimalik rakendada erinevate informatsioonimõõtude korral, mis on mudelite valideerimise kontekstis väga oluline. Projekti üks eesmärk on uurida MSP hinnangute omadusi erinevate informatsioonimõõtude korral, kui vaatlused on mitmemõõmelised, sõltumatud ja sama jaotusega. Teine eesmärk on uurida MSP meetodi üldistusi juhul, kui vaatlused pole enam tingimata sõltumatud, ning vaadelda suurimate vahemike meetodi võimalusi mudelite valideerimisel erineva keerukusega mudelite korral.

Juhendajad: Vambola Kisand, Angela Ivask, Rainer Pärna

Doktoriprojekti eesmärgiks on edasi arendada ZnO/Ag nanokomposiitsetel osakestel põhinevaid uudseid antimikroobseid pinnakatetteid. Esmajoones on selliseid pinnakatteid kavas rakendada nii haiglates kui avalikes ruumides sagedasti puudutatavatel pindadel, mis on aeg-ajalt eksponeeritud kas UV-A või päikesekiirgusele. Võrreldes turul olevate toodetega on käesoleva lahenduse eelis selle kolm üheaegselt toimivat antimikroobset funktsionaalsust: tsingi ioonid, hõbeda ioonid ning vabad hapniku radikaalid. Lisaks lagundavad uuritavad pinnakatted fotokatalüütiliselt ka surnud mikroobidest tekkivaid orgaanilisi jääke. Käesoleva doktoriprojekti käigus uuritakse ZnO/Ag nanoosakeste erinevatesse pinnakattesse fikseerimise võimalusi, pinnakatete vastupidavust erinevatele protsessidele (kaasa arvatud fotokatalüütilised protsessid), kulumist ning pinnakatete mikroobidevastast efektiivsust.

Juhendajad: Angela Ivask, Maia Kivisaar, Vambola Kisand

Käesoleva projekti eesmärk on selgitada olulisimad sihtmärgid ja protsessid bakteriaalsetes biokiledes, mida oleks võimalik rünnata antimikroobsete katete abil. Protsessid ja sihtmärgid, millele peamiselt fokuseeritakse, on rakuväline DNA, rakuvälised polümeersed ained sh amüloidfiibreid moodustavad valgud, samuti kvoorumi tunnetamine. Töö põhirõhk on bakteriaalsetel amüloididel, mis mängivad olulist rolli biokile moodustamisel ja stabiliseerimisel.
Töö esimeses pooles uuritakse varasemates uuringutes välja töötatud antimikroobsete pindade ja nanosuuruses komposiitimaterjalide mõjusid biokiles kasvavatele bakteritele Staphylococcus aureus, Staphylococcus, epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli. Varasemate tulemuste põhjal oletame, et eelnimetatud antimikroobsed katted pidurdavad amüloidide moodustumist teatud bakteriaalsetes biokiledes, kuid käesolevas töös uuritakse selle protsessi taga olevaid mehhanisme. Selleks iseloomustatakse pindadele moodustunud biokiledes amüloidide esinemist mikroskoopia, standardse värvimise ja molekulaarsete meetodite abil. Selles osas tehakse tihedat koostööd Prof. Pu-Chun Ke-ga Fudani ülikoolist Zhongshani haiglast Hiinas, rakendamaks tema eelnevaid kogemusi seoses amüloidfibrillide tekkimisega ja selle protsessi inhibeerimisega.
Uurimisaluste antimikroobsete kattematerjalide mõju bakteriaalsetele biokiledele võrreldakse varasemate tõestatud biokilevastaste ühenditega ja vastavalt sellele pakutakse lisaks olemasolevatele antimikroobsetele katetele välja ka teisi biokile kinnitumist ja kasvu inhibeerivaid materjale. Lõppeesmärgiks on selliste molekulide rakendatavuse uurimine antimikroobsetes katetes ning selles osas tehakse tihedat koostööd Tartu Ülikooli Füüsika Instituudiga.

Juhendajad: Jaak Truu, Marika Truu

Maailmamerre satub naftat ja naftasaadusi laevaõnnetuste ja nafta tootmise käigus. Naftareostuse eemaldamiseks merekeskkonnast on välja töötatud erinevaid tehnoloogiaid, kuid kõige vähem on sobivaid lahendusi naftaga reostunud meresetete puhastamiseks. Üks võimalikke meetodeid orgaaniliste ühenditega reostunud setete ja pinnase puhastamiseks on bioelektrokeemiliste süsteemide (BES) rakendamine. Käesoleva projekti eesmärgiks on uurida seiratava loodusliku tervendamise ja täiustatud BES rakendamise potentsiaali naftaga reostunud mere setete ja ranniku
puhastamiseks naftasaadustest. Töö käigus kasutatakse nafta biolagunemises osaleva mikroobikoolsuse uurimiseks erinevaid uue põlvkonna DNA järjestamisel põhinevaid tehnoloogiaid. Projekti tulemused võimaldavad paremini prognoosida nafta biolagunemise kiirust erinevates merekeskkonna osades ning töötada välja tõhusamaid reostuse eemaldamise meetodeid.

Juhendajad: Marika Truu, Jaak Truu, Ivika Ostonen-Märtin

Subarktiliste ja boreaalste ökosüsteemide kohanemisel kliima- ja maakasutusmuutustega on taime juurtel ja mulla ning juurtega seotud mikroobikooslustel väga oluline osa. Rohumaade ja metsade jätkusuutliku toimimise seisukohast on olulisim juurtoitumine, mille sujuvuse tagab keeruline ja omavahel tugevasti interakteerunud juur-risobioom (sümbiontsed seened, bakterid, arhed ja juure endofüüdid) kompleks. Käesoleva projekti eesmärkideks on analüüsida funktsionaalseid seoseid juur-risobioom konsortsiumis ning hinnata konsortsiumi eri osapoolte rolli  keskkonnamuutustega (temperatuuri tõus, veetaseme muutused ja kliimamuutustega kaasnev fenoloogiline nihe) kohanemisel. Esmakordselt analüüsitakse juuresisese mikrobioomi rolli juurtoitumises, juureeritiste rolli risosfääri ja mulla aineringes ning  juur-risobioom konsortsiumi kompleksete muutuste rolli mulla süsinikuvarude muutustes. Mulla- ja juureproovid kogutakse geotermaalse temperatuurigradiendiga piirkonnast Islandil (FOTHOT), kuivendatud ja kuivendatud ning metsastatud märgaladest ning õhuniiskusega manipuleeritud katsealalt FAHM) Eestis. Mikroobikoosluse analüüsil rakendatakse uue põlvkonna järjestamise meetodeid (amplikonidel põhinev järjestamine, metagenoomika ja metatranskriptoomika) ning geenide kvantifitseerimist kvantitatiivse PCR meetodiga. Andmeanalüüsil rakendatakse uuemaid mudeldamise ja masinõppe meetodeid.

Juhendaja: Uko Maran

Lahustuvus soolevedelikes on võtmetähtsusega biofarmatseutiline omadus, mis määrab suu kaudu manustatavate raviainete imendumise soolestikus. Suukaudsete manustatavate ravimite efektiivne väljatöötamine eeldab, et halva või muutuva lahustuvusega seotud võimalikud imendumisprobleemid soolestikus tehakse kindlaks ravimiarenduse varases staadiumis. Seetõttu on inimese soolevedelikes raviainete lahustuvuse arvutuslik modelleerimine suure tähtsusega. Käesolev doktoritöö keskendub raviainete soolevedelikes lahustuvuse andmete süstemaatilisele analüüsile, et mõista soolevedelikes lahustuvuse ajal toimuvate molekulaarsete interaktsioonide mehhanisme ja avastada mustreid keemilistes andmetes. Rõhuasetus on keemia informaatikal, masinõppel (ML) ja tehisintellektil (AI) põhinevatel meetoditel, mis aitavad välja töötada kirjeldavaid ja ennustavaid kvantitatiivseid struktuur-aktiivsus sõltuvuste (QSAR) mudeleid raviainete soolevedelikes lahustuvuse hindamiseks.

Juhendajad: Uko Maran, Sulev Sild, Jaan Leis

Ioonsed vedelikud pakuvad suurt huvi tööstusele ja teadusele, asendades traditsioonilisi kergesti lenduvaid orgaanilisi solvente ohutumate või paremate alternatiividega, seda nii sünteesi ja katalüüsi, elektrokeemia, kemikaalide eraldamise ja ekstraheerimise, analüütilise keemia, bio- ning materjali-tehnoloogiaga, ka elektroketrusega seotud rakendustes. Plaanitava doktoritöö teemaks on ioonsete vedelike süstemaatiline analüüs, keskendudes mitmekomponendiliste süsteemide modelleerimisega seotud probleemidele. Töö eesmärgiks on aidata mõista füüsikokeemiliste interaktsioonide mehhanisme kemikaalide sattumisel ioonsetesse vedelikesse ning modelleerida selliseid mehhanisme ja prognoosida nendest tulenevaid omadusi. Selleks kasutatakse in silico lähenemist, nagu keemia informaatika analüüs, sh. masinõpet ja tehisintellekti. Sellised meetodid võimaldavad täita lünki kemikaalide kohta käivates teadmistes, kui vastavad eksperimendi andmed on puudulikud või need puuduvad üldse. Kvantitatiivsete struktuur-omaduse sõltuvuste (QSPR) meetodikate uued väljakutsed tulenevad mõõdetud keemiliste ühendite struktuurse mitmekesisuse kasvust ning uute keemiliste ühendite omaduste prognoosimisest erinevates otsustusprotsessides. Samuti võimaldab metoodika peen-häälestada ioonsete vedelike omadusi konkreetsetele rakendustele, viies sisse modifikatsioone nende komponentide keemilises struktuuris. Kokkuvõttes hakkab see doktoritöö uurima kompleksseid seoseid ioonsete vedelike omaduste ja nende keemilise struktuuri vahel, mis lõpptulemusena jõuab uudsete lähenemisteni, mis võimaldavad disainida uusi ioonseid vedelikke.

Juhendajad: Gholamreza Anbarjafari, Madis Kiisk, Andrea Giammanco

Käesolev doktoriprojekt keskendub kosmilise kiirguse tomograafia uuringute läbiviimisele. Kasutades masinõppes ning masinnägemises viimasel ajal toimunud suuri edusamme, planeeritakse töötada välja AI-toega autonoomne süsteem, mis suudab skaneeritud objektid rekonstrueerida ning selle tulemusel objektid ning nende koostis tuvastada. Projektis kombineeritakse uus kontseptuaalne tomograafiline mõõtesüsteem uue kontseptuaalse objekti rekonstrueerimise meetodiga, mis koosmõjus võimaldab kergetest elementidest koosnevate materjalide tuvastamist. Tomograafi suur ruumiline lahutusvõime ja leptonite hajumise määramise tundlikkus võimaldab lahutada kosmilise kiirguse voo energiaspektri järgi eri osadeks ning viia rekonstrueerimist läbi erinevate parameetritega. Samas, arendatud rekonstruktsioonimeetodi rakendamine on muudetud vähemtundlikuks leptonite energia suhtes, vähendades vajadust keerulise mõõtesüsteemi arendamiseks. Rekonstrueerimistundlikkust suurendab uudne pilditöötlusmeetod, võimaldades paremat objektituvastust kõrge müra foonil. Lisaks arendatakse selle doktoritöö raames mitmik-parameetril (nt hajumistiheduse ja neeldumistiheduse) ja mitmikpildil põhinevat objektide tuvastusmeetodit. Eeldatavasti tutvustatakse selle doktoritöö lõpuks uudset skaneerimise kontseptsiooni – silmapaistmatut, koridor-tüüpi turvaskännerit inimeste ja nende pagasi üheaegseks sujuv-voos skaneerimiseks piiri- ja turvakontrollisüsteemides. Taolised süsteemid koos automatiseeritud otsustusprotsessiga võiks tulevikus võimaldada realiseerida sõidukite ja reisijate kiiret ja sujuvat teenindamist turvakontrolli ja julgestusprotseduurides.

Juhendajad: Dmitry Yarmolinsky, Hannes Kollist, Ebe Merilo

Õhulõhed on mikroskoopilised poorid taimelehtede pinnal, mis kontrollivad taimede gaasivahetust ümbritseva keskkonnaga - CO2 omastamist fotosünteesi käigus ja vee aurumist transpiratsiooni teel. Õhulõhede avatust reguleerib poori moodustavate sulgrakkude ruumala muutus ja sel on otsene mõju taimede veekasutuse efektiivsusele ja vastupidavusele stressis. Vaatamata intensiivsele uurimistööle on õhulõhede regulatsioonmehhanismide mõistmisel jätkuvalt mitmeid lünki. Käesoleva doktoriprojekti eesmärgiks on identifitseerida uusi regulaatoreid sulgrakkude signalisatsioonis ja karakteriseerida nende funktsioonid õhulõhede avatuse määramisel. Projektis kasutatakse Taimsete signaalide uurimisrühmas viimastel aastatel loodud mutandikollektsiooni. Doktorandi ülesandeks on häiritud õhulõhede toimimisega mutantide iseloomustamine ja vähemalt ühe mutandi fenotüüpi põhjustava mutatsiooni kaardistamine. Identifitseeritud regulaatorite funktsiooni karakteriseerimiseks rakendatakse geneetika, biokeemia ja rakubioloogia meetodeid. Projekti annab uusi teadmisi mehhanismidest, mis reguleerivad õhulõhede avanemist ja sulgumist vastavalt muutustele taimede kasvukeskkonnas. See informatsioon on vajalik sordiaretusprogrammides, mille eesmärgiks on vett säästvate taimesortide aretamine.

Juhendaja: Andres Merits

Kokkuvõte: Alfaviirused (sugukond Togaviridae) on meditsiiniliselt ja majanduslikult tähtsad vektorlevikulised positiivse polaarsusega RNA genoomiga viirused. Nende RNA süntees toimub peremeesraku tsütoplasmas ja seda viib läbi viiruse kodeeritud valkudest ja peremeesraku faktoritest koosnev replikastioonikompleks. Kavandatud uurimise suunad on:
1. Analüüsida replikaasi kompleksi komponentide omavahelist kokku sobivust kasutades trans-replikaase ja kimäärseid viiruseid.
2. Analüüsida replikaasi komponentide funktsioone ja nende võimet komplementeerida defektsete komplekside funktsioneerimist.
3. Analüüsida RNA replikatsiooni mõjutavate keemiliste ühendite ja peremeesraku faktorite toimemehhanisme.
4. Välja arendada ja võtta kasutusele replikaasi põhised biosensorid – stabiilsed rakuliinid ja transgeensed hiired.
Töö on eksperimentaalne ja selle läbiviimiseks on kavas kasutada laia valikut molekulaarbioloogia, rakubioloogia, sünteetilise bioloogia, biokeemia ja viroloogia meetoode.

Juhendajad: Saoni Banerji, Alvo Aabloo, Jordi Madrenas, Daniel Fernàndez

Keskkõrvapõletik (Otitis Media OM), kui levinud laste külmetushaigus, on keskkõrva põletikuline seisund. Olemasolevad lüngad standardse diagnostikapraktika (otoskoopia) osas on vaatlusseadme valesti paigutamine ja kuvamine, mis põhjustab haiguse vale klassifitseerimise. Peamine väljakutse kolde pildistamisel on nutika pildisensori kujundamine, mis ühendaks mitmefunktsioonilised integraallülitused ja oleks madala energiatarbega. Täiendav metallioksiidi pooljuhtide (CMOS) valmistamisprotsess on võimalik lahendus neile väljakutsetele. See pakub suurt integreerimisvõimet, väiksemat sensori pindala ja madalamaid kulusid, integreerides anduri ja töötlemise ühes kiibis monoliitselt. Kavandatud uurimistöö eesmärk on ületada olemasolevad valeliigutuse lüngad keskkõrvapõletike diagnoosimisel. Doktorant arendab välja tehnoloogia , mis baseerub süsteemsel kiibil (SoC) paikneva CMOS-pildianduril (CIS), mis on monoliitselt integreeritud uudsete lugemisahelatega.

Juhendaja: Taavi Lehto

Antisense-oligonukleotiididel (ASO-del) põhinevatel raviainetel on äärmiselt suur potentsiaal erinevate geneetiliste haiguste raviks ning viimastel aastatel on ka mitmed ASO-del põhinevad ravimid edukalt läbinud kliinilised katsetused. Kui üldiselt nukleiinhapetel põhinevad ravimid on tuntud oma väga vähese biosaadavuse tõttu, siis mitmete uuema põlvkonna ASO-de puhul on täheldatud nende võimet teatud määral siiski oma rakkusisele toimekohale jõuda ning farmakoloogilist toimet avaldada. Miks ASO-de vaba transport rakkudesse aset leiab ning millised faktorid seda mõjutavad on siiani ebaselge. Nende protsesside parem mõistmine võimaldaks tulevikus disainida efektiivsemaid ning ohutumaid ASO-del põhinevaid raviaineid.
Selle töö peamine eesmärk on välja selgitada, milliseid protsessid on seotud ASO-de vaba rakkudesse transpordiga  ja uurida võimalusi vaba transpordi mehhanismi efektiivsemaks ärakasutamiseks. Selleks plaanime uurida milliste valguliste faktoridega ASO-d rakuvälises ning –siseses ruumis interakteeruvad ning kuidas see nende transporti mõjutab. Samuti uurime, kuidas ASO-d vaba transprordi tingimustes ikkagi rakkudesse sisenevad, seal jaotuvad ning millised protsessid selles rolli mängivad. Viimases osas plaanime uurida keemiliselt modifitseeritud ASO-de analooge ning püüame hinnata nende potentsiaali ASO-de vaba transpordi efektiivsemalt ära kasutada.

Juhendajad: Arun Kumar Singh, Karl Kruusamäe

Üldistatult võib väita, et robotite liigutusplaneerimiseks ja kontrolliks (ingl motion planning and control) on kaks lähenemisviisi: (i) klassikaline kontrolliteooria tugineb lineaaralgebrale, optimeerimisteoorialne jne; (ii) kaasaegne andmepõhine tehisintellekt (TI) -- ennekõike sügavõppe -- võimaldab robotil ise omandada vajalikud liigutuse ja kontrolli eeskirjad kas läbi katse-eksitusmeetodi (stiimulõpe) või inimkäitumist imiteerides (imiteerivõpe). Kontrolliteooria-põhine lähenemine nõuab küll rohkem eeldusi probleemi struktuuri kohta, aga samas tagab matemaatilised garantiid jõudluse ja turvalisuse osas. TI-põhine lähenemisviis ei eelda eelnevat roboti kinemaatika ega dünaamika mudelit ning toimib vahetu sensorite sisendi pealt. Ent on ülimalt keeruline prognoosida TI-põhise süsteemi tegutsemist olukorras, mida õppefaasis ei ilmnenud. Käesoleva doktoritöö eesmärk on leida optimaalne kombinatsiooni robotsüsteemi jaoks, mis samaaegselt tugineb nii klasskalise kontrollteooria ja andmepõhise TI lähenemisviisidele oma liigutuste planeerimise ja kontrollalgoritmides. Täpsemalt, doktoritöös uuritakse ja arendatakse mooduseid, kuidas TI abil vähendada kitsendavaid eeldusi kontrolliteooria lähenemisviisdes. Sedasi saab tugineda kontrolliteooria matemaatilistele alustaladele, et tagada jõudluse ja turvalisuse garantiid ka TI-põhistes liigutuste planeerimise ja kontrolli algoritmides.

Juhendaja: Tanel Tenson

Antibiootikumide tarbimine inimestel ja loomakasvatuses tekitab antibiootikumiresistentsust (AMR). Paljusid bakteriaalseid infektsioone on üha raskem ravida. Seetõttu on oluline mõista AMR-i päritolu ja ringlust keskkonnas. Üks suurimaid antibiootikumide tarbijaid on loomakasvatus. Resistentsed mikroobid ja ravimijäägid levivad keskkonda sõnniku ja lägaga kui neid kasutatakse väetisena põllukultuuride kasvatamiseks. Ravimijäägid ja resistentsed mikroobid võivad koguneda pinnasesse, põllukultuuridesse ja seega jõuda meie toitu. Oluline on pöörata tähelepanu taimedele, mida me sööme toorelt, sealhulgas juurviljadele. Käesoleva projekti eesmärk on iseloomustada mulla ja köögiviljade mikroobikooslusi erinevate põllumajanduspraktikate korral. Mõõdame ka ravimite kontsentratsioone mullas ja taimedes ning hindame nende mõju antibiootikumiresistentsuse levikule.

Juhendaja: Indrek Must

Pehmerobootika raamistik annab tööriistad arendamaks roboteid, mis liidestuvad inimestega ja sulanduvad ümbritsevasse keskkonda eelkõige elusorganismidele omasel viisil. Oluliseks komponendiks looduslikes pehmetes interaktsioonides on muutjäikus, mille jäljendamine on pehmerobootikas keskne ülesanne. Uudsete elektroaktiivsete materjalide ühildamine traditsioonilise tekstiilitehnoloogiaga tekitab pehmerobootika jaoks eriti atraktiivse platvormi. Muutjäikusega materjali loomisel omandatakse inspiratsiooni elusrakkudest: rakust inspireeritud kangas pakub unikaalse skaleeruvusega ja ohutu pehmerobootikaplatformi. Rakuline kangas võimaldades uudseid kantavaid personaalse meditsiini abivahendeid ning bioinspireeritud funktsionaalseid pindu.

Juhendaja: Mart Loog

Sünteetiline bioloogia on seni keskendunud peamiselt transkriptsiooni ning translatsiooni kontrollil põhinevate signaaliradade de novo disainile. Eukarüootsed rakkudes on aga sadu proteiinkinaase ja fosfataase, mis fosforüleerivad kümneid tuhandeid valke, et võimaldada kiiret ja täpset signaaliradade regulatsiooni. Seda potentsiaali ja kombinatoorseid võimalusi valkude fosforüleerimisel pole seni sünteetiliste signaaliradade disainimisel peaaegu üldse kasutatud. Oleme hiljuti avastanud rea uusi mehhanisme, kuidas valkude multi-fosforüleerimise lülitite sisend-väljundfunktsioonid on kodeeritud (Örd et al. (2019) Nature Struct Mol Biol., and Örd et al. (2019) Molecular Cell), mis moodustavad nüüd meie laboris arendatava sünteetiliste fosforüülimissüsteemide süsteemi (MPToolbox) kontseptuaalse aluse. MPToolbox on mõeldud rekendusteks biotehnoloogias, eriti pärmipõhiste rakuvabrikute loomisel kõrge väärtusega kemikaalide tootmiseks, kasutades lähteainena biomassist saadud suhkruid (alternatiivina naftasaadustel põhinevale keemiatööstusele). Üks suurimaid kitsaskohti tööstuslike rakuvabrikute tüvede disainil on raskus luua metaboliitide sensoreid ja nendega ühendatud regulatsioonimehhanisme, mis oleks suutelised mõõtma metaboliitide akumuleerumist või leevendama erinevate ühendite toksilist mõju rakkude kasvule. Käesoleva projekti eesmärgiks on rakendada nende disainiprobleemide ületamiseks uuenduslikku lähenemist. Projekt aitab märkimisväärselt kaasa meie võimele toota pärmi rakuvabriku tüvesid, mis on vastupidavamad tööstuslikes bioreaktorites esinevatele stressidele ning võimaldavad biomassi efektiivsemat kasvu puidusuhkrutel - kohaliku puidutööstuse poolt lignotselluloosist eraldatud suhkrutel, mis muidu lisaühendite tõttu pärmi kasvu bioreaktorites võivad pidurdada.

Juhendaja:  Andres Merits

Alfa- (sugukond Togaviridae) ja flaviviirused (sugukond Flaviviridae) on meditsiiniliselt ja majanduslikult tähtsad vektorlevikulised positiivse polaarsusega RNA genoomiga viirused. Nende RNA replikatsioon toimub peremeesraku tsütoplasmas viiruse kodeeritud valkudest ja peremeesraku faktoritest koosneva replikaasi abil. Lisaks viiruse RNAde sünteesile omavad replikaasi komponendid veel ka muid funktsioone mis on sageli seotud peremehe viirusvastase vastuse mahasurumisega. Kavandatud uurimise suunad on:
1. Konstrueerida flaviviiruse replikaase ekspresseerivad konstruktid ja kasutada neid uurimaks matriits-RNAde ristkasutamist flaviviiruste poolt,
2. Analüüsida alfa (10 erinevat viirust) ja flaviviiruste (10 erinevat viirust) replikaaside võimet sünteesida raku RNAde maatritsil PAMP RNAsid.
3. Analüüsida seost PAMP RNAde sünteesi ja viiruse põhjustatud patoloogia vahel.
4. Analüüsida miks alfaviiruste RNA replikatsioon sõltub peremeesraku G3BP/Rasputin valkude olemasolust ja miks seda sõltuvust ja PAMP RNAde sünteesi reguleerib üks ja seesama determinant.
Töö on eksperimentaalne ja selle läbiviimiseks on kavas kasutada laia valikut molekulaarbioloogia, rakubioloogia, sünteetilise bioloogia, biokeemia ja viroloogia meetoode.

Juhendajad: Reet Kurg, Mart Ustav

Melanoom on pahaloomuline nahavähi vorm, mida iseloomustab kõrge suremus ja mille esinemissagedus on viimastel aastatel kasvanud. Melanoomi ravis on kriitrilise tähtsusega selle varajane avastamine. Käesoleva doktoriprojekti eesmärgiks on leida vereseerumist detekteeritavaid biomarkereid, mida saaks kasutada melanoomi varajases diagnostikas.

Juhendaja: Hanna Hõrak

Õhulõhed on avad lehepinnal, mille kaudu siseneb taime fotosünteesiks vajalik CO2 ning väljub veeaur. Iga õhulõhe moodustub kahest sulgrakust ning nende vahele jäävast avast, mille suurus sõltub sulgrakkude veesisaldusest. Tasakaal CO2 omastamise ja veekaotuse vahel sõltub sellest, kui palju moodustub lehe arengu käigus õhulõhesid (õhulõhede tihedusest lehepinna ühiku kohta) ning kui avatud need on. Õhulõhede tihedus ja avatus sõltuvad erinevatest keskkonnast ning taime seest tulevatest signaalidest. Neist üheks olulisemaks on põuatingimustes sünteesitav taimehormoon abstsiishape, mis kutsub esile õhulõhede sulgumise ning vähendab õhulõhede tihedust arenevates lehtedes. Kuigi molekulaarseid signaaliülekande radu, mis reguleerivad õhulõhede arengut ning avatust, on tänaseks palju uuritud, ei ole siiani teada, kas need rajad omavahel interakteeruvad ning kas ja kuidas on koordineeritud nende regulatsioon vastusena keskkonnatingimuste muutustele. Käesoleva projekti eesmärk on sellele olulisele küsimusele vastuse leidmine, kasutades mudeltaime hariliku müürlooga (Arabidopsis thaliana) taimeliine, kus on samasse taime viidud mutatsioonid nii õhulõhede tihedust kui avatust reguleerivates geenides. Eesmärgiks on luua mudeltaimeliinid, millel on a) parem põuataluvus ilma saagikuse languseta; b) kõrge transpiratsioon ja fotosüntees soodsates tingimustes ning põuatingimustes kiiresti sulguvad õhulõhed; ja c) maksimaalne transpiratsioon ja kõrgem fotosüntees. Nende taimeliinide fenotüübi analüüs annab olulist teavet õhulõhede tihedust ja avatust kontrollivate signaaliradade interaktsioonide kohta. Lisaks, kuna õhulõhede regulatsiooni molekulaarsed mehhanismid on evolutsioonis konserveerunud, on antud projektist saadav teave oluliseks sisendiks rakendusteadusele, mille eesmärgiks on põuataluvamate, kõrgema veekasutuse efektiivsusega või saagikamate toidutaimede aretamine.

Juhendajad: Margus Pooga, Ana Rebane

Oligonukleotiidid (ON, nt siRNA, SCO, ASO, miRNA), mis seostudes spetsiifiliselt oma märklaud-järjestusega, võimaldavad täpselt kontrollida valitud geenide avaldumist ja on kujunenud tõhusaks töövahendiks bioteadustes ja eksperimentaalses meditsiinis. Keemiliselt modifitseeritud ON, mis mõjutavad geeniekspressiooni selle erinevatel etappidel on ka farmaatsiatööstuses aktiivses arendustöös kui potentsiaalsed ravimid. Tähelepanuväärselt on esimesed ON ravimid saanud ka FDA ja EDA heakskiidu ning jõudnud kasutamiseni meditsiinis, eelkõige lihasdüstroofiate ravil (eteplirsen DMD, nusinersen VLA korral) ja päriliku polüneuropaatia ravis patisaraniga. 
Kuna ON-de märklauad on rakkude sees, siis nende laialdast ravimina kasutamist takistab ülimadal omastamine rakkude poolt ja hetkel puuduvad piisavalt efektiivsed ja ohutud transpordisüsteemid. Rakkudesse penetreeruvad peptiidid (RPP, inglise keeles CPP) on võimelised viima rakkude sisemusse erinevaid makromolekule ja nanoosakesi (NP) ning on väga tõhusaks alternatiiviks viirustega vahendatud ON transpordile. RPPd kondenseerivad ON nanoosakesteks, kaitstes neid degradeerivate ensüümide toime eest. RPP-d tõhustavad oluliselt ka tekkinud NP omastamist rakkude poolt endotsütoosi teel ja hiljem vabanemist endosoomidest. Paraku suudavad RPP-d vabastada endosoomidest vaid väga väikese osa rakku viidud NP-dest, mis üldjuhul ei ole piisav in vivo rakendusteks.
Hiljuti me avastasime võimaluse RPP-NP-de tõhusaks vabastamiseks endosoomidest, lisades NP-de koosseisu uut klassi abiaineid. Tähelepanuväärselt suureneb sellistes NP-des rakku viidud ON mõju märklaud-geeni ekspressioonile enam kui kümme korda (splaissingu ümberlülitamisel põhinevas reporter-rakuliinis).
Käesolevas projektis valmistame uudsed efektiivselt rakkudesse transportivad ja seal ON vabastavad CPP-NP ja rakendame neid nahahaiguste rakukultuuri- ja loommudelites.
Peale organismi viimist kaetakse NP (nii sünteetilised kui looduslikud) valkude kihiga (nn „protein corona“, PC), mis märgistab NP kui võõrmaterjali ja suunab selle elimineerimisele erinevate kaitsesüsteemide poolt. Me jätkame käesolevas projektis PC koostise, mis tekib RPP-ON NP pinnale, analüüsiga ja rakendame saadud andmeid organismis selektiivselt suunavate NP disainimiseks.

Juhendajad: Riho Vendt, Joel Kuusk

Üle maailma kogutakse suurel hulgal satelliitidelt, lennukitelt, maismaalt ja merelt pärinevaid Maa kaugseire andmeid, mis on oluliseks toeks keskkonnamuutuste probleemide lahendamisel. Uurimused kinnitavad, et mõõtetulemuste metroloogiline jälgitavus rahvusvahelise mõõtühikute süsteemini SI koos sinna juurde kuuluva mõõtemääramatuse hinnanguga on usaldusväärsete kaugseireandmete kogumisel ülitähtis. Kogutud andmete analüüs näitab, et mõõtemääramatust saab oluliselt vähenda mõõtmisteks kasutatavate radiomeetrite regulaarse kalibreerimise ja tehnilise iseloomustamisega. Sellegipoolest näitab stabiilsetes labori- ja muutlikes välitingimuste kogutud mõõteandmete võrdlemine, et radiomeetrite nõuetekohasest kalibreerimisest ainuüksi ei piisa, et kindlustada mõõtetulemuste seostatus SI-ga loodetud mõõtemääramatuse piires. Antud doktoritöö eesmärgiks on 1) analüüsida kõige olulisemaid mõõtemääramatuse allikaid veekogude radiomeetrilises kaugseires võrreldes nende panust eesmärgiks seatud kogumõõtemääramatuse tasemega; 2) arendada välja meetod kaugseire radiomeetrite tehniliseks iseloomustamiseks, mis võimaldaks parandada olulisemate, soovitud määrmatuse taseme saavutamist takistavate allikate mõju; 3) arendada välja meetod ühe konkreetse määramatuse allika – ümbritseva keskkonna temperatuuri mõju radiomeetri kostele – iseloomustamiseks ja parandamiseks.

Juhendajad: Indrek Must, Kärt Ojavee

Looduslikud organismid kasutavad keskkonnaga suhestumiseks, füsioloogiliseks regulatsiooniks, suhtluseks, aga ka kaitseks sageli suurt arvu poolautonoomseid, kuid tsentraalselt kontrollitud üksusi, mis koos moodustavad funktsionaalseid mustreid. Kontrollitult pindmorfsed ja muuttekstuursed pinnad on vaatamata oma kõrgele potentsiaalile leidnud põhjendamatult vähe tähelepanu pehmerobootikas. Bioühilduvuse ja ohutuse maksimeerimiseks kasutatakse antud töös proteiinset biomaterjali, siidi, mis on sulandatud ioonse elektromehaanilise ajami koostisosaks. Ajamid omakorda on musterdatud lähtuvalt bioloogilistest eeskujudest. Elektromorfsed pinnad võimaldavad (vaid valitud näidetena) reguleerida roboti avatust keskkonnale ning kandja kehale, muutes nii transpiratsiooni efektiivsust ning tundlikkust. Projekt asetab erilise rõhu professionaalsele rakendusdisainile, pakkudes rüürobootikalahenduse, mis on oma funktsionaalsuse kui kandmismugavuse tõttu nii tavainimestele kui tervishoiuspetsialistidele vastuvõetav tervisetehnoloogiana. Uudsed pindmorfsed robotid pakuvad kiiremat traumajärgset taastusravi kui tõstavad kõigi kandjate heaolu.

Juhendajad: Randel Kreitsberg, Margit Heinlaan, Angela Ivask

Plastireostus on üks tänapäeva suuremaid keskkonnaprobleeme, millele lahenduste leidmist takistavad puudulikud teadmised selle leviku ning mõjude kohta. Seni on mikroplasti (MPL) mõju elusorganismidele uuritud valdavalt väga kõrgetes kontsentratsioonides, mis ei vasta keskkonnas leiduvatele kogustele. Sellised uurimused võivad viia eksitavatele järeldustele MPL mõjude kohta. Litterbase andmebaasi, mis on analüüsinud 1199 temaatilist teadustööd, andmetel mõjutab plastireostus 2249 meres elavat liiki. Kirjanduse andmetel on MPL bioloogilised mõjud pigem subletaalsed ning indutseeritud füüsikalistest ja/või keemilistest mõjuteguritest. Projekti raames selgitame välja MPL looduslikud kontsentratsioonid nii ookeanis kui Eesti rannikumeres. Saadud levikuandmetele tuginedes hindame MPL mõjusid valitud mudelorganismile– sebrakalale ehk vöödilisele pisidaaniole (Danio rerio) keskkonnarelevantsetes ekspositsioonitingimustes. Käesoleva projekti parimaks võimalikuks elluviimiseks ühendame Tartu Ülikooli, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi ning Eesti Maaülikooli MPL-alase kompetentsi.

Juhendajad: Toomas Tammaru, John Clarke

Kehasuurus on organismi keskse tähtsusega bioloogiline parameeter. Veidi paradoksaalselt on arusaamine kehasuuruse evolutsiooni mõjutavatest teguritest senini puudulik. Taotletava projekti raames on plaanis uurida putukate kehasuuruse evolutsiooni rakendades fülogeneesil põhinevaid võrdlevad meetodeid. Tuginedes hiljutistele edusammudele vaksiklaste sugulussuhete rekonstrueerimisel analüüsitakse kehasuuruse ning ka kehasuuruse evolutsioneerumise kiiruse sõltuvust keskkonnatingimustest, need analüüsid viiakse läbi vaksiklaste sugukonna liikidega globaalses ulatuses. Uusimaid tarkvaralisi lahendusi kasutades on eesmärgiks tuvastada pikaajalisi evolutsioonilisi trende kehasuuruses ning ka piiranguid kehasuuruse adaptiivsele evolutsioonile. Selline lähenemine on uudne selgrootute loomade evolutsioonilises ökoloogias ja lubab seetõttu olulist edasiminekut kehasuuruse evolutsiooni uurimises üldiselt.

Juhendaja: Asko Lõhmus

Projektis uuritakse ulatusliku südamemädaniku tekkimist elus puudesse ning selle tulemusena suurte puuõõnsuste (ava läbimõõt min. 10 cm) ja neid asustavate loomade dünaamikat Euroopa metsades. Teatakse, et vanades looduslikes metsades on suur osa puid õõnsad (mis oluline nt süsinikuringe arvestustes); et suured puuõõnsused on üks ohustatumaid metsamajanduse poolt mikroelupaiku metsas; et juba tekkinud õõnepuid saab raietel tõhusalt säilitada. Küll pole metsa tasemel õõnsuste dünaamika ja selle kasutus elupaigana piisavalt teada selleks, et seda suudetaks metsamaastike tasemel pikaajaliselt ette planeerida ja tagada. Varasemad sedalaadi tööd keskenduvad väikestele puuõõnsustele ja neid asustavatele väikestele õõneloomadele, keda on kergem uurida.
Projekt on planeeritud kolme sisulise teemalõiguna. 1. Suurte puuõõnsuste ja ulatusliku südamemädanikuga puude (millesse võivad õõnsused tekkida) olemit kirjeldatakse standardse metoodikaga erinevates Euroopa parasvöötme looduslikes metsades. Eesmärk on kirjeldada õõnevaru looduslik varieeruvus (foon). 2. Juba varem pikaajaliselt jälgitud osal uurimisaladest kirjeldatakse suurte puuõõnsuste tekke ja hävimise dünaamika u. 10-aastases aja-aknas. 3. Väiksemal osal uurimisaladest uuritakse rajakaamerate abil suurte puuõõnsuste kasutamist loomade poolt kogu aasta vältel. Eesmärk on kirjeldada eri liikide pesitsus-, ööbimis-, toitumis- jt külastuste sagedust ja jaotust ja liikidevahelisi interaktsioone ning seostada need lokaalse õõnevaru seisundiga.

Juhendaja: Raivo Kolde

Tsentraliseeritud elektrooniliste terviseandmete kogumine Eestis on tekitanud rea võimalusi arendada rakendusi mis kasutavad neid andmeid rahvatervise parandmaiseks. Üheks selliseks võimaluseks on krooniliste haiguste ohjamine, sest nende haigustega seootud komplikatsioonid on suureks koormaks tevele tervishou süsteemile. Samas, on paljud komplikatsioonid välditavad kui suurendada patsientide kaastaust raviprotsessi ja tagada regulaarne arstlik kontroll.
Terviseandmeid kasutades on võimalik teha edusamme mõlemas aspektis. On võimalik treenida ennustusmudeleid mis identifitseerivad kõrgema riskiga patsiente, et prioritiseerida nende regulaarset tervisekontrolli. Patsientide kaasatust saab suurendada riskide ja käitumisvalikute mõju visuaalsema ja personaliseerituma esitamisega. Seda on võimalik saavutada igale patsiendile isikliku sarnaste patsientide kohortide loomisega ja nende ravitulemuste visualisserimisega.
PhD projekti eesmärk on uurida selliste ideede elujõulisust ja arendada prototüüpsüsteeme, mis võimaldaks neid praktikas katsetada. Kandidaadilt eeldatakse oskust töötada tervishoiuandmetega, luua ennustusmudeleid ning uudseid visuaalseid lahendusi ja, mis on oluline, huvi meditsiinivaldkonna vastu.

Juhendajad: Kuldar Taveter, Ishaya Peni Gambo

Targa linna nõuete analüüsi teemaline uurimistöö on praegu organiseerimata ja fragmenteeritud. Hiljutised targa linna nõuete analüüsi alased teadusartiklid panevad ette määratleda nõuded targa linna jaoks nn alt-üles lähenemise abil. Niisuguse meetodi puhul on rõhk asetatud nõuetele süsteemiarhitektuuri jaoks, mis skaleeruks mistahes suurusega süsteemidele ning sisaldaks mistahes liiki rakendusi. Sisuliselt tähendab see, et tarku linnu defineerivad tehnoloogilised vajadused ja võimalused kodanike funktsionaalsete ja emotsionaalsete vajaduste asemel, mida rahuldatakse nõutava kvaliteediga. Mainitud kaalutlustel on projekti teemaks nõuete pidev väljaselgitamine targa linna sotsiotehniliste süsteemide jaoks. Projekt tegeleb emotsioonide kaasamisega targa linna lahendustesse ja emotsioonide kirjeldamisega targa linna kontekstis arendamaks privaatsust toetavaid emotsionaalseid süsteeme. Doktoriprojekt pöörab erilist tähelepanu teemale, kuidas tark linn võiks parandada vanemate inimeste võimalusi kogukonnas. Selles kontekstis uurib projekt, kuidas rahuolu targa linna rakendustega saaks tõsta uurides, kuidas inimesed erinevates tingimustes reageerivad ja käituvad, luues selleks meetodi inimeste reaktsioonide ja käitumiste grupeerimiseks kogukonnas. Niisugune grupeerimine võimaldab genereerida suure andmekogumi inimeste käitumiste ennustavaks analüüsiks ja privaatsuse modelleerimiseks ning kavandada ja realiseerida antud andmekogumi põhjal õppimisalgoritmi, mis teeb kindlaks kas andmed on jagamiseks turvalised või mitte. Doktoriprojekti tulemusi valideeritakse osaliselt EL-i H2020 projektis, mis tegeleb vanematele inimeste mõeldud IT-lahendustega ja teistes projektides.

Juhendaja: Jaan Aru

Kuidas inimmõistus tuleb uute lahenduste peale? Kuidas rakendada neid inimmõistuse algoritme tehisintellektis (TI)? Projekti peamised eesmärgid on eksperimentaalsete meetodite abil mõista, kuidas innovatiivsete lahenduste peale tulemine toimub ja üritada neid algoritme rakendada ka TIs. Et selleni jõuda, uurime probleemide lahendamise käitumist virtuaalreaalsusega (VR) ja kirjutame nende eksperimentaalselt saadud teadmiste abil vastavaid TI algoritme. VR võimaldab luua uudseid ja võimatuid ülesandeid, mille lahendamine vajab innovatiivseid lahendusi. Loome “põgenemistoa” laadse probleemi VRs, mille lahendamine vajab tavapärasest erinevat mõtlemist. See uudne lähenemisviis võimaldab meil uurida, millised protsessid on loovate lahenduse aluseks ja millised faktorid mõjutavad loovust ja ülesannete lahendamist negatiivselt.
Need eksperimentaalselt saadud ideed aitavad meil luua arvutusliku mudeli loovusest. Selle mudeli rakendame moodsate TI algoritmide lisana. Hüpoteesiks on, et TI agendid, kellel on ka inimmõistuse laadne loovusprotsess, suudavad lahendada ülesandeid, mida TI agendid ilma selle lisata ei suuda. Uurides ja vastates nendele küsimustele aitab antud uurimistöö paremini mõista inimmõistust ja astuda esimesi olulisi samme nende algoritmide tehisintellekti kirjutamise suunas.

Juhendaja: Jaan Aru

Tehisnägemine on olnud väga edukas objektide tuvastamise ja klassifitseerimise ülesannetes. Sellest edust hoolimata on mõistetud, et tänapäeva tehisnägemine kasutab ainult osasid inimnägemisega seotud oskuseid.
Lisaks kiiretele ja automaatsetele protsessidele, mis on tänapäeva tehisintellekti (TI) süsteemidesse hästi integreeritud, on inimese nägemises ka aeglasem ja rohkem mõtlemisel põhinev protsess, mis on kasulik olukordades, mis on mitmetähenduslikud. Kuidas saaksime uurida neid protsesse viisil, mis võimaldaks neid rakendada ka TI süsteemides? Ehkki masinnägemise testid on TI algoritme palju edasi viinud, puudub selline test-andmestik, mis võimaldaks uurida neid sügavama töötlusega seotud protsesse.
Antud projektis loome uue masinnägemise test-andmestiku piltidest, mis vajavad sügavamat töötlust. Me kogume põhjalikke andmeid inimkäitumise kohta selles test-andmestikus. Meie eesmärgiks on luua esimesed TI algoritmid, mis suudavad selle testi läbida. See projekt aitab meil paremini mõista inimesele iselomuliku vaimse töötluse alustalasid.

Juhendaja: Riccardo Tommasini

Käesoleva doktoritöö eesmärgiks on tuvastada peamised probleemid, mis tuleb lahendada, et rakendada BigSPE-sid (i.k Big Stream Processing Enginges) juba välja arenenud andmehaldus süsteemide asemel. Selleks peab kandidaat olema kursis viimaste saavutustega suurandmete ja andmehalduse valdkonnas, keskendudes BigSPE integreerimisele. Pärast süstemaatilist kirjandusülevaadet, uurib kandidaat järgmiseid aspekte: (i) kirjeldava päringu töötlemine; (ii) terviklikkuse tagavad kitsendused ja (iii) kandehaldus voogprotsessoris.

Juhendaja: Huber Flores

Plastikreostus on ülemaailma kasvav probleem mõjutades mereelustiku, inimeste tervist, kliimamuutust, ja ilmastikku. Plastikreostuse ulatuse kohta andmete kogumine on olemasolevate meetoditega keeruline, sest need metoodid on laboratoorsed või väga kulukad, keskenduvad ainult spetsiifilistele reostusainetele, ning on madala ruumilise ja ajalise lahutusvõimega. Käesoleva projekti eesmärgiks on suuremahulise autonoomse merereostuse monitoorimislahenduse väljatöötamine, mis kasutab koordineeritud autonoomsete veelauste sõidukite (i.k. autonomous underwater vehicles) parvesid plastikreostuse omaduste ja ulatuse määramiseks. Arendatav lahendus kombineerib võimalikult optimaalseid sensorlahendusi, andmeteadust ja robootikat, et tuvastada ja klassifitseerida reostusaineid ookeanis või teistes veekeskkondades nagu järved ja jõed.

Juhendaja: Marlon Dumas

Kaasaegsed organisatsioonid tuginevad tõhusalt toimivatele äriprotsessidele. Ettevõtte eesmärkide saavutamisel on selliste protsesside pidev täiustamine möödapääsmatu, olgu siis eesmärgiks ettevõtte tegevuse tõhustamine, kvaliteedi parandamine või nõuetele vastavuse tagamine. Sellest tulenevalt on protsessianalüütikute igapäevaseks ülesandeks leida ja hinnata äriprotsesside täiustamise võimalusi.
Praegu otsitakse äriprotsesside täiustamise võimalusi ekspertide algatusel ehk äriprotsesside tõhustamise võimaluste otsimisega tegelevad ettevõtluseksperdid, kes lähtuvad neile kehtestatud põhimõtetest ja suunistest. Kõnealuse uurimistöö tulemusena luuakse meetodid, mis leiavad äriprotsesside tõhustamise võimalusi analüüsides organisatsioonis kasutatavate tarkvarde kasutuslogisid.
Doktoriprojekt arendab meetodeid äriprotsesside täiustamise võimaluste automaatseks avastamiseks lähtudes andmetest protsesside kulgemise kohta. Konkreetsemalt arendab projekt meetodeid avastamaks võimalusi ressursside jagamise reeglite ning äriprotsessi otsustusreeglite muutmiseks, et täiustada äriprotsessi ühe või mitme mõõdiku suhtes. Selle saavutamiseks rakendab, kohandab ning võrdleb projekt olemasolevaid meetodeid reeglite kaeve ning hinnatundliku masinõppe vallast. Meetodeid hinnatakse reaalelulistel äriprotsesside kulgemise andmetel. Meetodid integreeritakse automaatse protsesside täiustamise tööriistakomplektiks, mida koostöös tööstuspartneritega hinnatakse juhtumiuuringutega.

Juhendajad: Joris Vermeesch (KU Leuveni Ülikool) ja Ants Kurg (Tartu Ülikool, TÜMRI)

Selle projekti eesmärgiks on uute ühe raku põhiste tehnoloogiate välja arendamine, et selgitada aneuploididate ja mosaiiksuse tekkemehhanisme preimplantatsioonilistes embrüotes. Projekti spetsiifilisteks eesmärkideks on 1) ühe raku põhiste haplotüübi analüüsi ja genotüpiseerimis tehnoloogiate täiustamine, mis võimaldaksid sekveneerimisandmete põhist transkriptoomi ja genoomi analüüsi vastavatest rakuliinidest pärit üksikutes rakkudes ja 2) selgitada varases embrüonaalses arengus tekkinud kromosomaalsete ümberkorralduste tekkemehhanisme ja sagedust, kasutades selleks ühe raku põhiseid tehnoloogiaid veise IVF embrüo rakkudel. Doktorant töötab enamuse ajast KU Leuven-i juures ning lähetatakse lühemaks ajaks Tartu Ülikooli. Ametikoht hõlmab ka koolitusperioodi reproduktiivtervisega seotud Euroopa ettevõttes.

Juhendajad: Ants Kurg/Tõnis Org (Tartu Ülikool, TÜMRI) ja Juha Kere (Karolinska Instituut)

 Selle projekti eesmärgiks on uurida in vitro keskkonna mõju munarakkude küpsemise ja embrüo arengu epigeneetilisele regulatsioonile võrreldes omavahel in vivo ja in vitro saadud veise embrüoid. Selleks võrreldakse in vivo viljastatud embrüoid ja in vitro munasarjade punktsioonil (OPU) saadud munarakkudest viljastatud embrüoid. Spetsiifiliselt uuritakse in vitro manipulatsioonide (embrüo in vitro kultiveerimine erinevates tingimustes ja embrüo külmutamine/sulatamine) mõju embrüorakkude arengu epigeneetilisele regulatsioonile.

Selleks kasutatakse ChIP-seq tehnoloogiat, mis võimaldab uurida erinevate genoomsete tunnustega seotud histoonide modifikatsioone: näiteks aktiivsete geenide promootorid, aktiivsed enhanserid või vaigistatud kromatiin, Lisaks sellele kasutatakse ATAC-seq tehnoloogiat avatud/suletud kromatiini uurimiseks. Nende meetodite abil identifitseeritud regioone testitakse ka teiste meetodite abil.

Doktorant töötab enamuse ajast Tartu Ülikooli juures ning lähetatakse lühemaks ajaks Karolinska instituuti. Ametikoht hõlmab ka koolitusperioodi reproduktiivtervisega seotud Euroopa ettevõttes.

Juhendajad: Triin Laisk (TÜ), Reedik Mägi (TÜ), Terhi Piltonen (Oulu Ü)

 Projekti eesmärgiks on 1) selgitada reproduktiivtervisega seotud fenotüüpide (näiteks polütsüstiliste munasarjade sündroom, raseduskomplikatsioonid, reproduktiivne vananemine jt) geneetilist tausta ning võimalusel ka uudseid leide funktsionaalselt valideerida: 2) arendada geneetilisi riskiskoore reproduktiivtunnustele ning parandada riskiskooride ennustusvõimekust, et stratifitseerida fenotüüpe/haiguseid, nende subfenotüüpe ja kaasuvaid haigusi, ning võtta samas arvesse ka populatsiooni struktuuri. Eesmärkide täitmiseks kasutatakse Eesti Geenivaramu suuremahulist andmekogu, mis sisaldab ka infot geenidoonorite tervisliku seisundi kohta. Õpingute ajal veedab doktorant osa ajast partnerülikooli juures - Medical Research Center (MRC) Oulus ning viib läbi uurimistööd Dr. Terhi Piltoneni uurimisgrupi juures.

Juhendajad: Andres Salumets/Tõnis Org (Tartu Ülikool, TÜMRI/Genoomika instituut) ja Taneli Raivio (Helsinki Ülikool)

Projekti eesmärgiks on välja selgitada naise viljatuse ning endokrinoloogiliste haiguste, näiteks hüpogonadotroopse hüpogonadismi, primaarse amenorröa ja enneaegse ovariaalse puudulikkuse molekulaarseid tekkemehhanisme. Uuringuteks valitakse välja kandidaatgeenid varasematest ülegenoomsetest assotsiatsiooniuuringutest või projekti kliiniliste partnerite kogemusest. Kandidaatgeenide funktsioonide uurimisel kasutatakse inimese indutseeritud pluripotentseid või embrüonaalseid tüvirakke ning nende diferentseerumise protokolle, mille käigus arenevad hormoone produtseerivad neuronid ja folliikuli rakud. Vastavaid haiguseid põhjustavate mutatsioonide esinemisel uuritavates tüvirakuliinide ning nende rakkude diferentseerumise ning talitluse uuringutest saame informatsiooni naise viljatust põhjustavate endokrinoloogiliste haiguste tekkemehhanismide kohta, mis omab suurt tähtsust haiguste patogeneesi mõistmisel.