SAISis avaldust esitades tuleb valida projekt, millele soovitakse kandideerida. Kandideerida saab ainult ühele projektile. Kandidaatidel tuleb koostada lühike motivatsioonikiri (eesti või inglise keeles, maksimaalselt 6000 tähemärki koos tühikutega), tuginedes järgmistele punktidele:

1.     Miks teid huvitab see doktoriprojekt, selgitage oma valikut.
2.     Millised on teie varasemad kogemused selles valdkonnas? Selgitage, kuidas teie haridus- ja ametialane taust on seotud projektiga, kuhu kandideerite.
3.     Millised on analüütilised/teaduslikud meetodid, mida te valdate?
4.     Kirjeldage lühidalt oma magistritöö meetodeid ja peamisi tulemusi.
5.     Esitage oma varasemad uurimistegevused, sealhulgas teaduspublikatsioonid ja konverentsiettekanded, kui need on olemas.

Motivatsioonikirja puhul hinnatakse:

•     kandidaadi motivatsiooni ja oskuste argumenteerimist ning projekti valiku põhjendust
•     asjakohast õppe- ja töökogemust ning teisi asjakohaseid tegevusi (artiklid, projektijuhtimine jne), nagu on nõutud motivatsioonikirja esitamisel.

Intervjuu

Kandidaat peab komisjoni poolt läbi viidud sisseastumisvestluse käigus kirjeldama doktoriprojekti laiemat teaduslikku tausta ja tulemuste võimalikku rakendatavust ning oma motivatsiooni asuda doktoriõppesse valitud projektiga. Intervjuule kutsutakse kandidaadid, kelle motivatsioonikirja on hinnatud positiivselt (vähemalt 35 punkti 50st).

Intervjuu käigus hinnatakse:

•     teadmisi projekti laiemast teaduslikust taustast ja oodatavate tulemuste võimalikust rakendamisest
•     kandidaadi motivatsiooni jätkata doktoriõpinguid vastavas teadusvaldkonnas ja sellel alal töötada
•     laiemaid analüüsi- ja üldistamisoskusi õpingutes ja uurimisteemadel.

Intervjuud ja motivatsioonikirja hinnatakse 50-punkti skaalal, minimaalne positiivne tulemus mõlema vastuvõtutingimuse eest on 35 punkti. Kokku on võimalik saada maksimaalselt 100 punkti. Vastuvõtutingimused täidab üliõpilaskandidaat, kelle kummagi vastuvõtutingimuse hindamise tulemus on vähemalt 70 protsenti võimalikust punktide hulgast. Vastuvõtt toimub paremusjärjestuse alusel.

Juhendajad: Arun Kumar Singh

Roboti planeerimise ja juhtimise reeglite käsitsi koostamine optimaalsuse ja juhitavuse esimeste põhimõtete kaudu viib sageli konservatiivse jõudluseni dünaamilistes ja struktureerimata keskkondades. Teisest küljest ei ole andmepõhised n-ö. end-to-end lähenemisviisid, mis seavad
tajursdinaali vastavusse kontrollitoimingutega, jõudnud korratavuse, vastupidavuse ja ohutuse tõttu kontrollitavast laboratoorsetest katsetest kaugemale. Antud PhD projekti üldeesmärk on lahendada andmepõhise planeerimise ja kontrolliga seotud põhiprobleemid; (i) tegelike õppeandmete nappus ja (ii) õpitud mudeli jõudluse, ohutustagatiste ja seletatavuse puudumine. PhD projekt keskendub ühe ja mitme agendi navigeerimisele heterogeensetes keskkondades. Täpsemalt hõlmab see navigeerimist erinevatel maastikutingimustel ja keskkondades, mis on sisustatud erinevate/heterogeensete võimetega esindajatega (nt rahvahulk, linnaliiklus). Sel eesmärgil töötatakse projektiga välja füüsikateadlikud tõenäosusjaotused ratta-maastiku ja agent-agendi interaktsiooni modelleerimiseks, mis põhinevad diferentseeritaval optimeerimisel ja harilikel diferentsiaalvõrranditel (ODE).

Eriala esindaja kontakt: Heiki Kasemägi, heiki.kasemagi@ut.ee, +372 737 4834

Juhendajad: Kaire Torn, Kristjan Herkül, Martin Gullström

Rannikumere ökosüsteemidel on suur tähtsus globaalses süsinikuringes, kuna need neelavad atmosfäärist CO₂ ja aitavad seeläbi leevendada kliimamuutusi. Suur osa süsinikust ladestub rannikumere setetesse, mis on kaetud põhjataimestikuga. Senised uuringud Läänemeres on keskendunud eelkõige mereheina kooslustele, kuid viimased tulemused näitavad, et ka muu põhjataimestik, sh makrovetikad, mängivad süsiniku sidumisel sama olulist rolli. Süsiniku sidumine on ruumiliselt varieeruv ja sõltub konkreetsetest kohalikest tingimustest, seega on vajalikud põhjalikud kohaspetsiifilised uuringud.

Doktoriprojekt keskendub oluliste teadmislünkade täitmisele seoses süsiniku sidumise mustrite ja protsessidega Läänemere põhjaosa rannikumere elupaikades. Uuringu eesmärk on hinnata, kui palju süsinikku on salvestunud rannikualadele, ning leida peamised erinevused eri liikide, koosluste ja merepiirkondade vahel. Projekti käigus modelleeritakse olemasolevate biomassi- ja keskkonnaandmete põhjal põhjataimestiku biomassi ruumiline levikukaart. Kasutades erinevate koosluste süsiniku sisalduse punktandmeid ja modelleeritud põhjataimestiku biomassikaarti, koostatakse ruumiline kaart biomassi salvestunud süsinikuvarudest Eesti rannikumeres. Saadud tulemused aitavad tuvastada piirkondi, kus süsinikku salvestub eriti suures mahus, ning seeläbi panustada merealade planeerimisse. Tulemused võimaldavad ka hinnata rannikumeres salvestunud süsiniku koguseid, nii biomassi kui settetesse talletuvat. Lisaks määratakse primaarproduktsiooni mõõtmiste põhjal erinevate põhjataimestiku liikide liigispetsiifiline võime siduda süsinikku.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Arvo Tullus, Priit Kupper

Harilik kuusk (Picea abies (L.) Karst.) on ökoloogiliselt ja majanduslikult üks olulisemaid puuliike Kesk- ja Põhja-Euroopas. Samas peetakse kuuse kohanemist kliimamuutustele kehvemaks, võrreldes teiste selle piirkonna peamiste puuliikidega. Kliimamuutuste prognooside kohaselt suureneb käesoleva sajandi lõpuks sademete hulk Põhja-Euroopas (sh Eestis) 5-30%. Samuti ennustatakse äärmuslike ilmastikunähtuste (põuad, üleujutused, kuumalained) sagenemist. Harilik kuusk on põuatundlik puuliik, keda ohustavad nii kuuse-kooreüraski (Ips typographus) kui seenpatogeenide (nt Heterobasidion parviporum) massilised kahjustused. Seega määrab kuuse üldise edukuse suuresti tema võime tulla toime abiootiliste ja biootiliste stressi teguritega; seejuures arvatakse, et puude stressitaluvus on parem segametsades kui üheliigilistes puistutes. Okaspuude esmase füüsilise ja keemilise kaitse biootiliste kahjustajate vastu tagab koores ja maltspuidus sisalduv vaik. Kuuse keemilist kaitsevõimet määrab ka spetsialiseerunud metaboliitide (sh fenoolsete ühendite) süntees koore ja okaste floeemis. Kuna vaigu ja polüfenoolsete ühendite tootmine on energiakulukas, võib puude kasvu ja kaitseainete tootmise vahel esineda lõivsuhe. Senised teadmised kuuse kaitsevõime kujunemisest kliimamuutuste tingimustes ja erinevates kasvukohtades on lünklikud, eriti areaali põhjapoolses osas. Doktoritöö eesmärgiks on analüüsida hariliku kuuse kaitsevõimet (vaiguvool, vaigukäikude anatoomilised omadused, fenoolsete ühendite sisaldus koores ja okastes) sõltuvalt metsakasvukohatüübist ja puistu liigilisest koosseisust (üheliigiline vs segapuistu). Kliimamuutuste mõju kuuse kasvule ja kaitsevõimele selgitatakse 15-st looduslikust puistust kogutavate puursüdamike dendrokronoloogilise analüüsi ja FAHM kliimamanipulatsioon-katsest saadavate andmete põhjal.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendaja: Riin Tamme, Meelis Pärtel

Autotroofsed organismid (sh soontaimed ja vetikad) on fundamentaalne osa elust Maal. Need organismid on kohastunud eluks nii vee- kui ka maismaaökosüsteemides, kuid erinevatel liikidel on erinevad elupaiga- ja keskkonnaeelistused. Seni on uuritud autotroofsete organismide peamiste elupaikade evolutsiooni (nt veest maale), kuid nende organismide elupaigaeelistuste biogeograafiline ja fülogeneetiline jaotus on jäänud tähelepanuta. Käesolev doktoriprojekt püüab seda teadmistelünka täita läbi kolme peamise uurimiseesmärgi. Esiteks, koguda kokku ja analüüsida andmeid autotroofsete liikide elupaiga- ja keskkonnaeelistuste kohta, mille tulemusel luuakse ülemaailmne andmebaas. Teiseks, uurida erinevate elupaiga- ja keskkonnaeelistustega ning spetsialiseerumisega soontaimede globaalset biogeograafiat ja fülogeneetilist mitmekesisust. Kolmandaks hõlmab projekt erinevate elupaiga- ja keskkonnaeelistustega vetikate ülemaailmsed levikumustrid ja fülogeneetilise mitmekesisuse. Doktoriprojekt annab uusi teadmisi autotroofsete organismide elupaigaeelistustest globaalsel tasandil. Nende elupaigaeelistuste biogeograafilised ja fülogeneetilised mustrid on oluline teadmine globaalmuutuste mõjude ennustamiseks ja leevendamiseks.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Kadri Koorem, Marina Semtšenko

Globaalne keskkonnatingimuste muutumine loob olukorra, kus ökosüsteemid muutuvad liigivaesemaks ning samas peavad kohanema üha sagedasemate ja intensiivsemate äärmuslike ilmastikuoludega nagu näiteks põud ning hilised öökülmad. Samal ajal kasvab inimeste arv planeedil Maa, mis loob lisaks väljakutse tagada toidu kättesaadavuse. Üheks võimaluseks selle vastuolulise olukorra lahendamiseks on kasvatada kultuurtaimi, mis lisaks saagi andmisele toetaksid ökosüsteemi liigirikkust ning funktsioneerimist, kuid sellekohast infot napib

Käesoleva projekti eesmärgiks on hinnata kultuurtaimede mõju mullaorganismide kooslustele ning sellistele olulistele olulistele ökosüsteemi funktsioonidele nagu süsiniku sidumine. Kuna muutunud klimaatilised tingimused pakuvad võimalust kasvatada kultuurtaimi, mis on seni kasvanud soojemates oludes, on selle projekti keskmeks just need, uudsed, kultuurtaimed, mida Eestis varem laialdaselt kasvatatud ei ole. Doktoriprojekti raames esiteks kaardistatakse uute kultuurtaimede tunnused ning kasv erinevate mikroorganismidega koos kasvades. Teiseks testitakse uute kultuurtaimede ning mikroobikoosluste vastupidavust ekstreemsetes ilmastikuoludes. Kolmandaks testitakse saadud teadmisi välikatses, mõõtes lisaks taimede kasvule ja mikroobikooslustele koosseisule ka võtmetähtsusega ökosüsteemi funktsioone nagu näiteks süsiniku mulda talletumine.

Käesoleva doktoriprojekti tulemused võimaldavad arendada ökoloogiliselt jätkusuutlikku põllumajandust muutuvas kliimas.   

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Sten Anslan, Leho Tedersoo

Tehisintellekt leiab rakendust pea igas eluvaldkonnas. Tõenäoliselt on tehisintellektil tuntav potentsiaal DNA järjestuste andmete kvaliteedikontrollis, kus tavalised matemaatilised algoritmid ei toimi optimaalselt, aga andmete visuaalsel vaatlemisel on näha selged vead. Selle doktoritöö peamine eesmärk ongi rakendada tehisintellekti DNA mass-sekveneerimise andmete vigade järelkontrollis. Selleks luuakse vastavad andmestikud ja treenitakse tehisintellekti-põhiseid mudeleid ära tundma PCR ja sekveneerimise käigus tekkinud vigu. Saadud metoodika koondatakse analüütiliseks rutiiniks, millel võib olla suur potentsiaal DNA andmete kvaliteedikontrollis tulevikus

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Krista Takkis, Liis Kasari-Toussaint, Triin Reitalu

Poollooduslikud rohumaad on ühed mitmekesisemad ökosüsteemid Euroopas, mis on kujunenud sajanditepikkuse inimtegevuse tulemusel. Need kooslused mitte ainult ei toeta erakordset elurikkust, vaid pakuvad ka mitmeid olulisi looduse hüvesid, nagu süsiniku sidumine, tolmeldamine, loomasööt ning vaba aja veetmise võimalusi, lisaks nende kultuurilisele ja sotsiaalmajanduslikule tähtsusele. Hoolimata nende ökoloogilisest ja kultuurilisest olulisusest, on parasvöötme poollooduslikud rohumaad kaotanud viimase sajandi jooksul umbes 90% oma pindalast põllumajanduse intensiivistumise, linnastumise ja hülgamise tõttu. Seetõttu on hädavajalik võtta kasutusele efektiivsed meetmed nende väärtuslike elupaikade taastamiseks ja jätkusuutlikuks majandamiseks. Kuigi viimastel aastakümnetel on üle kogu Euroopa Liidu mitmel pool rohumaid taastatud, ei pruugi olemasolevad peamiselt tegevuspõhised toetusmeetmed täielikult võimaldada poollooduslike rohumaade liigirikkuse säilitamist. Seetõttu on hädavajalik põhjalik hinnang praegustele toetusskeemidele ja nende tagajärgedele, et tuvastada kitsaskohad ja võimalikud lahendused.

Tulemuspõhised meetmed pakuvad paljulubavaid võimalusi poollooduslike rohumaade kaitse parandamiseks. Need meetmed kaasavad aktiivselt põllumehi, võimaldavad asukohapõhist lähenemist ning soodustavad vastutuse ja omanditunde tekkimist. Kuigi tulemuspõhised meetmed võivad olla tõhusamad ja paindlikumad kui tegevuspõhised lähenemisviisid, kaasnevad nendega ka omad ohud ning need ei pruugi siiski täielikult lahendada olemasolevaid probleeme. Lisaks on vaja täiendavaid uuringuid, et mõista põllumajandustootjate eelistusi ja suhtumist erinevatesse toetusmeetmetesse poollooduslike rohumaade elurikkuse toetamisel. Antud doktoriprojekt püüab täita neid lünki, kasutades ära olemasolevaid materjale, näiteks põllumajandustootjate küsitlusi ja elurikkuse seireid, LIFE-IP ForEst&FarmLand ja teistest Maastike elurikkuse töörühma projektidest, et hinnata tootjate suhtumist ning tegevus- ja tulemuspõhiste toetusmeetmete tõhusust rohumaade elurikkuse säilitamisel.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendaja: Tuul Sepp

Ökoloogilised uuringud linnas on seni keskendunud peamiselt lindudele ja taimedele, kuid nahkhiiri peetakse suurepärasteks bioindikaatoriteks elupaiga kvaliteedi hindamiseks. Linnades läbi viidud nahkhiireuuringud on seni peamiselt keskendunud koosluste struktuurile. Käesolev uuring võtab fookusesse loomade tervise, et paremini mõista neid ökosüsteemi omadusi, millest sõltub kohalike liikide hea käekäik. Doktoriprojekt on seotud viieaastase linnalooduse taastamise projektiga (urbanLIFEcircles), mille käigus me plaanime hinnata elupaiga kvaliteeti mitte ainult klassikaliste mitmekesisuse ja arvukuse hinnangutega, vaid arendada ka uudseid konditsiooniindeksitel põhinevaid monitoorimismeetodeid. Me oleme selles projektis valinud nahkhiired põhilisteks indikaatorliikideks, sest nad on esindatud nii linna- kui maaelupaikades, on toiduahela tipus (bioakumuleerijad) ning seotud nii vee- kui maismaaelupaikadega. Selles doktoriprojektis plaanime rakendada erinevaid metodoloogilisi lähenemisi. Esiteks plaanime läbi viia suureskaalalise harrastusteadlaste uuringu (esimene etapp korraldatud suvel 2023), et hinnata hääledetektoreid kasutavate vabatahtlike abil nahkhiirte arvukust ja liigilist mitmekesisust erinevates linnalistes elupaikades. Teiseks plaanime koguda proove erineva tasemega inimmõjuga elupaikadest, et hinnata nahkhiirte kokkupuudet reostuse ja parasiitidega ning nende terviseseisundit. Me plaanime hinnata ka Lyssa viiruse esinemist Eesti nahkhiirtel, et täita sellealane teadmistelünk. Viimaks plaanime DNA analüüsi abil hinnata ka rändavate nahkhiirte toitumisharjumusi erinevates elupaikades. See projekt annab meile parema ülevaate linnanahkhiirte terviseseisundist ning võimaldab anda soovitusi liigirikkama ja ökoloogiliselt terve linnaruumi kujundamiseks.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Asko Lõhmus, Ants Kaasik

Metsad on parasvöötmes valdav potentsiaalne (looduslik) taimkattetüüp, mille võrdlus realiseerunud taimkattega (sh inimtekkeliste ökosüsteemidega) pakub ühtaegu referentsi inimtegevuse keskkonnamõju hindamiseks ning on samas strateegiline planeerimisobjekt eri loodushüvede tagamiseks. Kuigi metsaökoloogilistel uuringutel on pikk ajalugu, on metsade suuremastaabilised tulevikuprognoosid suures mastaabis senini väga üldised, mis ei ole võimaldanud hinnata erinevate strateegiliste/poliitiliste otsuste võimalike tagajärgi keskpikas perspekiivis.. Looduskaitsebioloogia töörühmas on äsja loodud unikaalne ülepinnaline ruumiline simulatsioonimudel “NextStand” metsade tulevikuseisundite prognoosimiseks piirkondlikus mastaabis (Kaasik jt 2023 PLoS ONE). Käesoleva doktoritöö eesmärk on käsitleda seniste prognooside tegemise keskseid määramatuse allikaid, mille tulemusena 1) paraneb ülevaade tulevikuseisundite prognoositavusest üleüldse; 2) muudetakse NextStand prognoose realistlikumaks ja mitmekesisemaks; 3) prognoositakse mõnede reaalsete keskkonnahüvede tulevikuperspektiive Balti riikides (vähemalt) 2050. a perspektiivis. Konkreetselt uuritakse: a) väliuuringutes – looduslike häiringute ning nende tõttu tekkiva puistustruktuuri ja järgneva majandamise prognoositäpsust ja parametriseerimist NextStand mudelis stohhastilise muutujana, b) mudeli kohaldamist Läti metsadele ja kogu Balti regiooni realistlikele sotsiaalmajanduslikele stsenaariumidele (senine parametriseering on tehtud Eestis), c) mudeli väljundiks olevatest takseertunnustest uute tunnuste loomist, nagu hinnang kõdupuiduvarule, elupaigafunktsioonidele jm. Projekt võimaldab uute alusteaduslike hüpoteeside püstitamist metsade tulevikudünaamika peamiste tegurite ja tagajärgede kohta ning sellel on hulk potentsiaalseid väljundeid reaalses ruumiplaneerimises.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Jeffrey Malherbe Carbillet, Jaanis Lodjak, Tuul Sepp

Merelinnud on üks maailma kõige ohustatumaid linnurühmi inimtegevusest tingitud kiirete keskkonnamuutuste tõttu, mis põhjustavad sobivate elupaikade vähenemist. See elupaikade vähenemine suurendab lindude asustustihedust järele jäänud sobivates elupaikades, mis omakorda toob kaasa tugeva konkurentsi liigikaaslaste ja teiste liikide esindajate vahel, mis võib vähendada ellujäämist ja paljunemisedu igal konkureerival isendil. Pesitsuspaigavalik, mis on merelinnule oluline eduka paljunemise alus, toimub mitmel ruumilisel tasandil, alates laiemast maastikuulatusest kuni väga väikese kohaliku tasandini mõne meetri kaugusel. Arvestades, et enamik merelinde on truud oma pesitsuspaigale, ja elupaikade kaotus vähendab isegi neile võimalusi, kes tavaliselt oma kolooniast lahkuvad, muutub väikesemahuline pesapaiga valik üha olulisemaks. Pesitsuskoloonias varieerub elupaik nii maastikuliste omaduste (mikrokliima, taimestik, topograafia) kui ka liigikaaslaste / teiste liikide esindajate (sotsiaalsed suhted, konkurents, kiskjad) tõttu, mis mõjutavad nii pesapaiga kvaliteeti ja sigimise tulemuslikkust. On teada, et elupaiga muutumine ja madala kvaliteediga pesitsuspaikade kasutamine vähendab merelindudel vanalindude ellujäämist ja sigimisedu. Pole aga teada, millised mehhanismid seda põhjustavad ning milline on isendite võimekus kohaneda muutustega läbi füsioloogiliste ja käitumuslike mehhanismide. Käesoleva doktoritöö raames kavatseme kasutada longitudinaalsest katselist lähenemist pesitsuspaiga valiku uurimisel kalakajaka (Larus canus) koloonias, mida on viimased 40 aastat järjepidevalt monitooritud Lääne-Eestis Matsalu rahvuspargis Kakrarahu laiul. Laiul pesitsevate kalakajakate, aga ka teiste liikide asustustihedus on viimastel aastakümnetel järsult suurenenud, muutes selle ideaalseks kolooniaks, et uurida pesitsuspaiga valikut mõjutavaid tegureid ja selle mõjusid ellujäämisele muutuvates keskkonnatingimustes. Projekti eesmärgid on: 1) määrata peamised pesitsuspaigavalikut mõjutavad tegurid, nagu eelnev pesitsuskogemus, geneetiline varieeruvus ja käitumisprofiilid; 2) Tuvastada füsioloogilised mehhanismid, mis vahendavad pesitsuspaiga valikut, ümbritsevaid keskkonnatingimusi ja paljunemisedukust; 3) hinnata pesitsuspaiga valiku mõju ellujäämisele ja sigimisedule, arvestades võimalust kohaneda aastate jooksul läbi paindlike evolutsiooniliste elukäigustrateegiate.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Kadri Runnel, Ivika Ostonen-Märtin

See ambitsioonikas doktoriprojekt on osa suuremast FutureScapes algatusest. Projekti eesmärgiks on hinnata süsiniku ladustumispotentsiaali hemiboreaalses metsas, analüüsides lagunemisprotsesse ja selle biootilisi ja abiootilisi mõjutegureid samal ajal nii maapinnal (kõdupuidus) kui ka maa all (mullas) ning pannes need potentsiaalsete kliimamuutuste konteksti. Muld ja surnud puud moodustavad üle poole lühi- kuni keskajaliselt seotud metsa süsinikuvarudest ja on haavatavad metsamajandusele ning kliimamuutustele. Projekti võtmeks on hinnata süsiniku ladestamist mullas ja kõdupuidus samaaegselt, samas kui neid seni on valdavalt käsitletud eraldi. See võimaldab kavandada metsamajandamispraktikaid, mis samaaegselt leevendavad samaaegselt süsiniku jalajälge ja säilitadavad bioloogilist mitmekesisust. Doktorant töötab 2023. aastal loodud uurimissüsteemis, kus ta täiendab olemasolevat kõdupuidu lagunemise eksperimenti, eksperimendiga, kus mõõdetakse teiste taimsete fraktsioonide (nt lehekõdu ja peenjuurte) lagunemist. Kandidaat saab osaleda välitöödel Eesti hemiboreaalsetes metsades, õppida kaasaegseid laboritehnikaid (qPCR ja uue põlvkonna sekveneerimisega seotud tehnikad), bioinformaatikat ja statistikat, mis kõik on akadeemias hinnatus oskused.

Eriala esindaja kontakt: Tiit Teder, tiit.teder@ut.ee

Juhendajad: Sergei Põlme, Leho Tedersoo

Doktortitöö käigus laiendatakse märkimisväärselt andmebaasi FungalTraits, mille esimene versioon sisaldab eluviisi hinnanguid seentaksonite kohta perekondade tasemel. See ei ole siiski piisavalt täpne, kuna paljude seeneperekondade eri liigid võivad olla taimede või loomade patogeenid, lagundajad või endofüüdid. Projekti eesmärk on andmabaasi laiendamine liigitasemele perekondades, kus eluviis on varieeruv. Doktoritöö käigus võetakse kasutusele ka seente genoomides peituvad metabolismi ja patogeensuse geenide andmed. Lisaks kasutatakse ka metaandmetega hästi varustatud proovide eDNA järjestusi, et seente kasvukoha andmed siduda liigi üldiste ökoloogiliste ja genoomipõhiste tunnustega. Töö tulemusena valmib FungalTraits andmebaasi laiendus, mida saavad õppe ja teadustöö eesmärkidel kasutada tudengid, spetsialistid ja teadlased kogu maailmast.

Juhendajad: Niloufar Hagh Doust, Kristel Panksep, Leho Tedersoo

Seened on olulised lagundajad ja taimede ning protistide patogeenid mulla- ja veekooslustes. Kuigi mulla- ja veeseeni on ohtralt uuritud, meie teadmised seentest rannikualade maismaa-vee gradiendil on puudulikud. Rahvusvahelise EMBLi juhitud projekti TREC raames koguti 2023 aastal proove mullast, setetest ja veest ning taimelehtedest üle Euroopa DNA ja keemiliste analüüside jaoks. Selles doktoritöö projektis analüüsitakse kogutud seente DNA andmeid ning vaadeldakse, kui erinevad substraadid, keemilised ja klimaatilised tegurid mõjutavad seente elurikkust ja kooslusi rannikualadel. Töö peamine väärtus on anda oluline panus TREC projekti rannikualade elurikkuse ja ökosüsteemi teenuste analüüsi. Projekti käigus selgub ka, kuidas seenekooslused muutuvad muld-sete-vesi gradiendil erineva soolsusega ja inimmõjuga aladel.

Juhendaja: Vladimir Mikryukov, Sergei Põlme, Leho Tedersoo

Mulla seenestik on väga liigirikas. Lähedastel liikidel võivad olla sarnased või väga erinevad eelistused kasvukoha, substraadi ja peremeestaimede osas, mida ei osata seletada. Doktoritöö eesmärk on kirjeldada ektomükoriisaseente ja lagundajate nishe liigi tasemel ning tuvastada evolutsioonilised, geograafilised ja ökoloogilised mehhanismid, mis mõjutavad nishide arengut. Selleks kaasatakse olemasolevad Eesti metsamulla metatriipkoodistamise andmed ja genereeritakse genoomiandmed, mida võrreldakse sarnase ja erineva nishiga liigipaaridel. Projekt aitab selgitada, kuidas on lähedased liigid Eestis levinud ja mis seda levikut põhjustavad. Projekti tulemusi interpreteeritakse ka looduskaitselisest aspektist.

Juhendaja: Leho Tedersoo

Käesoleva projekti eesmärk on selgitada seente ja bakterite elurikkuse ja koosluse struktuuri kujunemist rohumaadel võrrelduna metsa- ja põllukooslustega, kasutades kaasaegseid molekulaarse analüüsi, bioinformaatika ja statistika meetodeid. Projekti käigus selgitatakse välja ka optimaalsed proovivõtu-meetodid. Doktoritöö võimaldab paremini mõista, kuidas mikroobid on levinud erinevates rohumaakooslustes, ning pakub paremaid võimalusi looduskaitseliseks planeerimiseks. 

Doktorant võetakse vastu üliõpilase õppekohale, täiskoormusega, nominaalne õppeaeg on neli aastat. Nooremteaduri töölepingut ei sõlmita. Planeeritud õppe- ja teadustöö algus on 2. september 2024.

Juhendajad: Urmas Saarma, Ants Tull

Patogeensed parasiidid eksisteerivad kõigis ökosüsteemides ja enamik neist on zoonootilised, st kanduvad edasi loomade ja inimeste vahel. Piiratud teadmised lemmikloomade zoonootiliste parasiitide koosluste kohta ei võimalda sageli infektsioone diagnoosida ja ravida nii lemmikloomadel kui ka nende omanikel. Seetõttu on ülioluline omada üksikasjalikke teadmisi parasiitide koosluste kohta. Kuna peremeesorganismi, parasiitide ja mikroobide vaheline keeruline interaktsioon on neile kõigile adapteerumisel oluline tegur, on samuti oluline uurida, mil määral on peremeesorganismi parasiidid ja mikrobioom vastastikuses koosmõjus. 

Teadaolevalt kannavad kassid inimestele arvukalt patogeenseid parasiite ja mikroorganisme, mõned võivad põhjustada raskeid haigusi või olla isegi eluohtlikud, eriti riskirühmadele nagu lapsed ja rasedad naised. Selle projekti eesmärk on analüüsida kasside parasiitide kooslusi, eriti patogeenseid, nende varieeruvust ja nakatumise intensiivsust. Samuti on meie eesmärk hinnata seoseid erinevate parasiitide esinemise ja nakatumise intensiivsuse vahel, samuti parasiitide ja mikrobioomi seoseid. Plaanis on koguda 800 ekskrementi Tartu varjupaiga kassidelt, kes on pärit nii linna- kui ka maapiirkonnast. Parasiitide ja mikroorganismide kooslusi analüüsitakse DNA-triipkoodimise abil. Tehakse kindlaks parasiitsete helmintide (paelussid, ümarussid, imiussid) ja mikroorganismide (bakterid, seened, algloomad) erinevad esindajad.

Selle projekti uuenduslikud aspektid on: 1) kasside parasiitide koosluste ja mikrobioomi süva-analüüs; 2) erinevate parasiitide esinemise ja intensiivsuse vaheliste seoste hindamine; 3) parasiitide ja mikroorganismide vastastikuse vastasmõju uurimine.

Käesolev projekt on esimene, mis annab tervikliku ülevaate kasside parasiitide ja mikroobide kooslustest ning nende vahelisest dünaamikast. Kuna zoonootilised parasiidid ja patogeensed mikroorganismid võivad tõsiselt mõjutada inimeste tervist, on sellest projektist saadud uued teadmised olulised, et tõsta üldsuse teadlikkust patogeenidest, mida kassid võivad oma omanikele ja hooldajatele edasi anda, ning kavandada strateegiaid nakkusohu ennetamiseks või vähendamiseks.  

Doktorant võetakse vastu üliõpilase õppekohale, täiskoormusega, nominaalne õppeaeg on neli aastat. Nooremteaduri töölepingut ei sõlmita. Planeeritud õppe- ja teadustöö algus on 2. september 2024.

Juhendajad: Maris Hindrikson, Egle Tammeleht

Hundi ja koera hübriidide uurimine on äärmiselt oluline, kuna selliste hübriidide järjest arvukam esinemine võib avaldada suurt negatiivset mõju Euroopa killustunud hundipopulatsioonidele. Hundi ja koera hübriide on tänaseks tuvastatud kõigis Euroopa riikides, kus hunte esineb, kuid publitseeritud uurimistöid hundi ja koera hübriidide teemal on väga vähe. Selleks, et paremini mõista, milline on hübridiseerumise mõju praegustele Euroopa hundipopulatsioonidele, on doktorantuuri jooksul kavas määrata hübriidistumise ja introgressiooni tase Euroopa hundipopulatsioonides. 

Töö käigus võrreldakse ka koerte ja huntide ning koera ja hundi hübriidide genoome, et mõista hübriidiseerumise mustreid kromosomaalsel tasandil. Lisaks teostatakse ka mitogenoomide ja osaliste Y-kromosoomide analüüsi, et uurida emaliini ja isaliini erinevat panust hübriidide genoomi.

Uuringute tulemusena valmiv doktoritöö annab ülevaate Euroopa hundipopulatsioonide introgressioonist, hundi-koera hübriididest ja hübridiseerumise mustritest ning sellest, millist mõju võivad jätkuv hübridiseerumine ning introgressioon avaldada Euroopa hundi populatsioonidele.

Juhendajad: Velle Toll

Inimtekkelised õhusaasteosakesed kompenseerivad teadmata määral kasvuhoonegaaside poolt põhjustatud globaalset soojenemist. Kui õhusaasteosakestel on tugev jahutav mõju Maa kliimale, on tulevikus oodata kiiret kliima soojenemist. Käesolev projekt analüüsib, kas õhusaasteosakesed jahutavad tugevalt Maa kliimat pilvede omaduste muutmise kaudu. Õhusaasteosakesed võivad nimelt Maa kliimat tugevalt jahutada, kui lisaks sellele, et õhusaasteosakeste mõjul tekivad väiksemad pilvepiisad, muudaksid saasteosakesed pilvi ka paksemaks ja suurem osa taevast oleks pilvedega kaetud. Käesolev projekt analüüsib satelliitmõõtmiste põhjal laevade heitmetest saastunud pilvi. Laevade heitmetest saastunud pilved on loomulikud eksperimendid õhusaasteosakeste mõjust pilvkattele ja võimaldavad võrrelda saastunud ja saastumata pilvede omadusi muidu identsetes tingimustes. See tähendab, et laevade emissioonidest saastunud pilved sarnanevad laborikatsetele, kuigi eksperimenditaolised tingimused on loodud teadlase sekkumiseta. Taolised loomulikud eksperimendid võimaldavad aerosoolide mõju pilvedele kvantifitseerida erakordse usaldusväärsusega. Projekti tulemused võimaldavad koostada senisest usaldusväärsemaid kliimaprognoose, mis on vajalikud kliimamuutuste leevendamiseks ja kliimamuutustega kohanemiseks.

Eriala esindaja kontakt: Toomas Plank, toomas.plank@ut.ee, +372 737 4601

Juhendajad: Siiri Salupere, Marti Jeltsov, Marko Kaasik

Terviklik kiirgusseire kava on iga tuumaenergiaprogrammi oluline osa, et saavutada kiirguskaitse peamine eesmärk – kaitsta inimesi ja keskkonda ioniseeriva kiirguse kahjulike mõjude eest. Väikestest modulaarsetest reaktoritest (SMR) on saamas paljude energiatootjate valik erinevates riikides. Paraku pole praegu veel võtta näiteid SMRide jaoks sobilikest kiirgusseireprogrammidest. 

Selle doktorantuuriprojekti raames töötatakse välja terviklik, SMRide jaoks oprimeeritud kiirgusseire kava, mis sisaldab juhiseid jaama eluea erinevate etappide jaoks lähtudes mõtteviisist “rohealast rohealani”: 

1. jaama rajamise eelne seire (ehitusperiood, fooni mõõtmine), 
2. käiduperioodi seire (nii tavapärase töörežiimi kui hädaolukordade tingimustes)
3. sulgemisjärgne ehk dekomissioneerimise etapi seire. 

Erilist tähelepanu pööratakse SMRide suuruse jm eripäradega arvestava hädaolukordadeks valmisoleku korralduse väljatöötamisele tuumajaama ümbruses. Rõhku pannakse õhusaaste leviku mudeldamisele lähtuvat atmosfääri dünaamikast.

Projekti raames välja töötatav kiirgusseirekava võtab arvesse SMRi parameetreid ja rakendab kaasaegseid mõõtevahendeid (nagu droonid ja mõõtevõrgustik) koos reaalajas teostatava dispersioonanalüüsiga (JRODOS, SILAM vms). Dispersioonanalüüs annab muuhulgas sisendit hädaolukordadeks valmisoleku meetmete – nt varjumine, evakueerimine, joodiprofülaktika – kasutamise vajaduse kohta.

Eriala esindaja kontakt: Toomas Plank, toomas.plank@ut.ee, +372 737 4601

Juhendaja: Jörg Pieper

Viimastel aastatel on kliimamuutustest tingitud nähtused, näiteks põuad ja intensiivse päikesekiirgusega perioodid, muutunud järjest sagedasemaks. Jätkusuutliku põllumajanduse arenguks on kliimamuutustega vaja kohaneda. Üks võimalus ekstreemsetes tingimustes toimetulemiseks on uurida fotosünteesis asetleidvaid natiivseid kohanemismehhanisme, kus on oluline roll fotokatiivsetel valkudel, mis osalevad taimede fotosünteesis. Kaks paljulubavat biokaitsjat on trehaloos ja glütserool, mis on fotoaktiivse valgu jaoks vastavalt stabilisaator ja plastifikaator.

Trehaloos on spetsiifiline suhkur, mida leidub organismides, mis suudavad üle elada ekstreemsed tingimused, näiteks väga äärmuslikud temperatuurid või põuaperioodid. On näidatud, et trehaloos suudab säilitada natiivse fotosünteesiva valgu funktsioneerimise isegi dehüdreeritud seisundis. Glütserool on hüdrofiilne ühend, millel on võime olla vastastikmõjus veega ja seega suurendada valgu pinna märgumist. Plastifitseeriv mõju tagab valgu funktsioneerimiseks olulise painduvuse ja takistab kahjulikku agregatsiooni või valgu valesti voltumist. Samas, trehaloosi ja glütserooli kaitsemehhanismide mõistmiseks molekulaartasandil on veel tõlgendamisruumi.

Neutronhajumise meetodid sobivad nanoskaalas valgu struktuuri ja peaaegu natiivsetel tingimustel liikuvuse uurimiseks. Lisaks sellele saab neutronhajumise meetoditega uurida valkude ja biokaitsjate vahelisi interaktsioone. Trehaloosi või glütserooli molekulide asukohta valgu pinna ja hüdraatkatte suhtes uuritakse väiksenurgalise neutronhajumise meetodiga koos kontrasti sobitamise analüüsiga, et paremini mõista molekulide interaktsiooni mehhanisme. Lisaks struktuursele terviklikkusele peavad valgud funktsioneerimiseks säilitama ka teatud painduvuse. Valkude painduvust ekstreemsetel tingimustel ja biokaitsjate juuresolekul uuritakse kvaasielastse neutronhajumise meetodiga.

Eriala esindaja kontakt: Toomas Plank, toomas.plank@ut.ee, +372 737 4601

Juhendajad: Vitali Nagirnõi, Marco Kirm

Projekti eesmärk on välja töötada uudne stsintillatsiooni materjal gamma-kiirguse joaks, mille toime põhineb Tšerenkovi kiirguse ja kross-luminestsentsi kombinatsioonil. Selline stsitillaator on omab suurt perspektiivi lennuaja positronemissiooni tomograafia (TOF-PET) rakendustes, aidates oluliselt suurendada selle ruumilist lahutusvõimet ja vähendades patsientide kiiritusdoose, viies sellega meditsiinilise diagnostika uuele kvaliteeditasemele. Uurimistöö käigus sünteesitakse ja uuritakse aeglahutusega luminestsentsspektroskoopia meetodil raskeid ternaarseid fluoriide, mis sisaldavad kross-luminetsentsi tekkeks vajalikke katioone (Rb, Cs, Ba) ning rasked elemendid aatomnumbriga üle 70 (Lu, Hf, Ta, W, Pb, Bi), mis soodustavad uuritava ühendi Tšerenkovi kiirguse kõrgemat saagist. Kõrgeima kross-luminestsentsi ja Tšerenkovi kiirguse saagisega ühendeid valitakse edasisteks rakendusuuringuteks. Uurimistöö viiakse läbi tihedas rahvusvahelises koostöös teadlastega (CCC koostöö CERN-s), kes on spetsialiseerunud TOF-PET meetodi arendamisele.

Eriala esindaja kontakt: Toomas Plank, toomas.plank@ut.ee, +372 737 4601

Juhendajad: J.M. Kahk, M. Kirm, J. Lischner

Doktoriprojekt "Ab-initio elektronstruktuuri arvutused mitmest komponendist koosnevate ülikiirete stsintillaatorite tööpõhimõtte välja selgitamiseks." keskendub anorgaaniliste heksafluoriidstsintillaatorite (K2GeF6, K2SiF6, BaGeF6) fundamentaaluuringutele. Doktoranti juhendavad Dr. Juhan Matthias Kahk, Professor Marco Kirm ja Professor Johannes Lischner. Doktoritöö on osa Horizon Europe Twinning projektist EXANST, mille raames toimub koostöö Tartu Ülikooli, MAX-IV laboratooriumi, Forschungszentrum Jülichi ja Imperial College Londoni vahel.

Projekti eesmärk on selgitada välja nimetatud stsintillaatorite toimimise põhimõtted. Doktorant kasutab ab-initio elektronstruktuuri meetodeid nagu tihedusfunktsionaaliteooria ja Greeni funktsioonide teooria (GW, Bethe-Salpeteri võrrand), et arvutada nende materjalide teoreetilisi spektreid, sealhulgas fotoemissiooni, optilise neeldumise ja lumines­entsi spektreid. Tulemusi võrreldakse vastavate eksperimentaalsete spektritega.

Kui arvutusmeetodid suudavad edukalt reprodutseerida heksafluoriidstsintillaatorite eksperimentaalseid omadusi, saab tulevikus sarnaseid arvutusi kasutada teiste paljulubavate materjalide tuvastamiseks, milles on soovitud lumines­entsi ülemineku tõenäosus suur, ja konkureerivate ebasoovitavate protsesside, nagu muud kiirguslikud või mittekiirguslikud relaksatsiooniprotessid, tõenäosus väike.

Arvutusteks kasutatakse Röntgenspektroskoopia labori arvutusserverit, UT Rocket klastrit ja LUMI HPC süsteemi. Doktoriprojekt on tihedalt seotud kolme rahastatud uurimisprojektiga: Horizon Europe Twinning projekt EXANST, jätkusuutliku rohevesiniku ja energiatehnoloogia tippkeskus, ning Horizon Europe'i Staff Exchange projekt BETTERXPS.

Juhendajad: Michael Dannemann, Irene Gallego Romero, Kaia Palm

Inimesed on kogu oma olemasolu jooksul kokku puutunud paljude erinevate patogeenidega. Nendega kohanemise võime oli elu ja surma küsimus. Geneetilised variandid, mis aitasid patogeenidega võidelda, jäid inimese geenifondi. Tänapäeval on endiselt mõned neist geneetilistest modifikatsioonidest osa meie DNA-st – modifikatsioonid, mis mõjutavad inimeste tervist.

Selle projekti eesmärk on süveneda sellesse, kuidas inimese genoomide koostis vastusena patogeenidega kokkupuutele on olnud mõjutatud varasematest loodusliku valiku episoodidest ja iidsete kaasaegsete inimpopulatsioonide ja arhailiste inimestega segunemisest. Selle saavutamiseks kasutatakse projektis immuunandmekogumeid, mis suudavad luua seose patogeenide ja immuunvastuse fenotüüpide vahel. Nende andmekogumite analüüsi toel on projekti eesmärgiks määrata kindlaks konkreetsed lookused, mis on seotud patogeenspetsiifiliste immuunvastustega. Nende lookuste evolutsioonilise ajaloo uurimine paljastab kuidas varasem patogeenidega kokkupuude on mõjutanud tänapäevaste populatsioonide genoomide kujundamist.

Selle uurimistöö tulemused peaksid andma uudseid teadmisi patogeenide ja haigus variantide seoste kohta kaasaegsetel inimestel, mis omakorda võivad anda teavet uuenduslike ravistrateegiate väljatöötamiseks.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Andres Metspalu, Mart Kals

Veres ringlev kasvaja DNA (ctDNA) on biomarker, mida saaks kasutada vähi enneolematult varajaseks diagnostikaks. Oxford Nanopore Technologies töötas välja Oxford Nanopore sekveneerimistehnoloogia (ONT), mis võimaldab sekveneerida DNA-d kasvõi üheainsa DNA-molekuli olemasolu korral. Ühtlasi on töötatud välja metoodika, kuidas ONT-ga analüüsida ka ctDNA metülatsioonimustreid. Selle töö raames plaanitakse kasutada kliiniliste vähipatsientide vedelbiopsiaid (vereplasma) ja Oxford Nanopore tehnoloogiat, et tõestada, kas ONT-sekveneerimise, metülatsioonimustri analüüsi ning polügeensete riskiskooride kombineerimisega saab vähki tuvastada varem kui olemasolevate meetoditega ning mitu kuud/aastat enne vähidiagnoosi on säärase meetodiga võimalik plasmast ctDNA-d tuvastada. Säärane meetod võimaldaks senisest varasemat kliinilist sekkumist. Ühtlasi soovitakse metülatsioonimustri analüüsi põhjal teada saada uuritava ctDNA päritolu, mis omakorda võimaldaks üheainsa meetodiga kontrollida samaaegselt mitme erineva vähitüübi olemasolu.

Uuritavad fenotüübid oleksid rinnavähk, eesnäärmevähk, jämesoolevähk ja melanoom. Uuringus kasutatakse Tartu Ülikooli Kliinikumi vähipatsiente ja Tartu Ülikooli Eesti geenivaramu geenidoonoreid.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Mait Metspalu,Ester Oras,Antonio de Dios Martinez,Remi Philippe Barbieri

Hiljutised edusammud vana DNA (aDNA) uurimises on pööranud pea peale meie arusaamise eelajaloost. Aja- ja geograafilise asukoha täpne määramine võimaldab aDNA-l põhinevat põhjalikku minevikugenoomide uurimist, lahendades olulisi küsimusi inimdemograafia kohta. Samas napib osade eelajaloo perioodide ja piirkondade puhul inimjäänuseid, mis raskendab oluliselt DNAl põhinevat eelajaloo uurimist. Selle probleemi lahendamiseks uurime uudse proovimaterjaline kasetõrva mida kiviajal kasutati liimainena ja mida kasutuskülblikuks töödeldi osaliselt ka suus. Seega sisaldavad sellised kasetõrva tükid inimese ja mikroobide DNA-d ning valke pakkudes ülevaadet muistsest toidust ja patogeenidest. Inimese näritud kasetõrvast saadud metagenoomsed analüüsid paljastavad teavet inimese suuõõne mikrobioloogia ja võimalike nakkuste kohta. Lisaks pakuvad toiduosakeste DNA ja valgud kasetõrvas otseseid tõendeid muistsete dieetide kohta, täiendades traditsioonilisi meetodeid kõrgema resolutsiooniga proteoomika abil. See interdistsiplinaarne lähenemine lubab täiendada meie arusaama muistsetest populatsioonidest ja nende elustiilidest.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Priit Palta, Urmo Võsa, Jaanika Kronberg, Erik Abner

Selle doktoriõppe teadusprojekti eesmärk on uurida geneetilise varieeruvuse ja metaboliitide seoseid kui kõrge päranduvusega sagedaste haiguste väljakujunemise ja progresseerumise ajendajaid. Selle läbiviimiseks kasutatakse andmeid, tööriistu ja ka tulemusi projektidest nagu PRG1291 ning teistest käimasolevatest või hiljuti lõpetatud projektidest nagu CVDLINK, DISCERN, EXPANSE ja FinnGeni koostöö. Projekt on jaotatud kolmeks artikliks: 

Artikkel 1 keskendub geneetiliste, ainevahetus- ja komorbiidsusepõhiste haigusvõrkude iseloomustamisele nii kogu populatsioonis kui naistel ja meestel eraldi. Selle eesmärk on arvutada ja analüüsida haigustevaheliste seoste võrgustikke, mis koosnevad geneetilistest korrelatsioonidest, metaboliitide-haiguste seostest ja komorbiidsuse skoorist.  Eesmärk on tuvastada haiguste klastreid võimalike ühiste alusmehhanismidega, mida edasi analüüsitakse.

Artikkel 2 eesmärk on arendada välja geneetilised ja ainevahetusohu hinnangud südamehaiguste jaoks. Uuritavate haiguste määratlemisel kasutatakse varasemate analüüside andmeid. Mudelid koolitatakse ja valideeritakse Eesti Biopanga isikutel, võimalik on replikatsioon UKBB andmete kasutamisega.

Artikkel 3 keskendub ühe kindla haiguste grupi erinevate progresseerumise uurimisele. Peamine fookus südame-veresoonkonnahaiguste (CVD) väljakujunemise ja progresseerumise kontekstis on metaboolsel sündroomil (ainevahetussündroom), mis on hetkel tugevalt aladiagnoositud. Kuna sümptomite esmakordse ilmnemise aja keskkondliku, geneetilise ja metaboliitide mustrite mõistmine on oluline varase sõeluuringu ja haiguse arengu mõistmise seisukohalt (eriti kuna paljude krooniliste haiguste patoloogilised protsessid võivad alata aastakümneid enne sümptomite esilekerkimist), on selle töö eesmärk tuvastada geneetilised ja/või metaboliitide mustrid CVD väljakujunemise ja progresseerumise jaoks.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Burak Yelmen, Luca Pagani, Lili Milani

Viimase kahekümne aasta jooksul on kogu genoomi hõlmavad assotsiatsiooniuuringud (GWAS) olnud peamiseks meetodiks keerukate fenotüüpide geneetilise tausta mõistmiseks. Uuringute tulemusena on paljude erinevate fenotüüpide jaoks avastatud mitmeid geenivariante, mis osalevad nende tekkimisel. Tavalistel GWAS uuringutel on mõned miinused: (i) väikeste efektide tuvastamiseks on vaja suuri andmekogusid ja (ii) mudelitel põhinevad lihtsustatud metoodikad ei suuda usaldusväärselt kajastada kõiki genoomseid põhjuseid, mis mõjutavad kvantitatiivsete tunnuste erinevust. Lisaks eelnevale on assotsiatsioonisignaalide teisendamine põhjuslikeks ilma funktsionaalsete analüüsideta väga keeruline isegi kõige uuemaid statistilisi meetodeid kasutades, peamiselt genoomsete lookuste vahelise kõrge korrelatsiooni tõttu. Nende probleemide tõttu on GWAS-i abil saadud polügeensed riskiskoorid paljude kvantitatiivsete tunnuste puhul madala ennustusvõimega.

Nende väljakutsetega tegelemine on selle projekti eesmärk. Projekti käigus soovitakse välja töötada masinõppe mudelid, näiteks tehisnärvivõrgud, mis on muutunud suuremahuliste ja keerukate andmestruktuuridega tegelevas valdkonnas oluliseks töömeetodiks. Projekti käigus loodavaid mudeleid treenitakse genotüübi andmete põhjal inimese kvantitatiivseid tunnuseid ennustama ning sel viisil loodud mudelitel on potentsiaali abistada paremate geneetilise riski prognoosimisvahendite loomist, mis võivad tulevikus kasutust leida kliinilistes rakendustes.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Uku Vainik, Priit Palta

Rasvumine on pärilik krooniline haigus, mille kuluks on hinnatud 2% kogu maailma SKTst. Rasvumise piiramiseks on välja töötatud mitmeid ravimeetodeid - käitumuslikud, farmakoloogilised kui ka kirurgilised. Huvitaval kombel reageerivad inimesed ravile väga erinevalt - mõned kaotavad edukalt üleliigsed kilod samas kui teised võivad isegi kaalus juurde võtta! Sellise kaalumuutuse varieeruvuse prognoosimiseks on varem välja pakutud ligi 200 erinevat tegurit. Kahjuks on neid tegureid liiga palju, et neid saaks praegu kasutada kaalulangetuse edukuse ennustajana või sekkumiste sihtmärkidena. Me kasutame geneetilist põhjuslikkuse analüüsi ,et selgitada, millised nendest 200st tegurist võiks olla põhjuslikus seoses kaalulangetuse edukuse,ga. Õnnestumise korral seame me uue standardi kuidas käitumuslikke tervisesekkumiste sihtmärke võimalikult kiiresti avastada.

Eriala esindaja kontakt: Elin Org, elin.org@ut.ee, 737 4034

Juhendajad: Evelyn Uuemaa, Aveliina Helm, Alexander Kmoch 

Elupaikade kadu, killustumine ja seisundi halvenemine on peamiseks elurikkuse kadu põhjustavaks teguriks kogu maailmas. Üha pakilisemaks muutuv vajadus pidurdada elurikkuse kadu ning tagada erinevate looduse hüvede säilimine loob vajaduse tõhusamate meetodite kasutuselevõtuks elurikkuse ja elupaikade seisundi hindamisel. LiDAR andmed on osutunud tõhusaks ja täpseks kaardistamaks detailselt ökosüsteemi struktuuri, mis on oluline hindamaks elupaikade seisundit ning seeläbi ka elurikkust nii lokaalsel kui ka regionaalsel tasandil.  Samas on siiani jäänud aktiivse (LiDAR, radar) ja passiivse kaugseire (satelliidid) integreeritud kasutamise potentsiaal. Samuti võib olulist informatsiooni ökosüsteemide seisundi kohta anda sesoonsuse arvestamine, mida on võimalik multispektraalsete kaugseire andmete abil taimkatte koosseisu hindamisel kasutada. 

Käesoleva doktoriprojekti eesmärk on 1) uurida kõrge lahutusvõimega kaugseire andmete kasutamise võimalusi elurikkuse ja ökosüsteemide seisundi hindamiseks Eestis, 2) arendada ruumiline masinõppe mudel kogu riigi tasandil elurikkuse ja ökosüsteemide seisundi prognoosimiseks. Projekti raames luuakse Eesti Maa-ameti LiDAR andmeid kasutades kõrge ruumilise lahutusega ökoloogilised indikaatorid sh taimkatte kõrguse, struktuuri, tiheduse näitajad ja topograafilised indeksid. Sentinel-1 ja Sentinel-2 andmete põhjal arvutatakse täiendavad indikaatorid sealhulgas sesoonsust arvestavad aegrea-põhised indeksid. Neid indekseid kasutatakse masinõppe sisendandmetena, mis koos välitöödel kogutud elurikkuse ning ökosüsteemide seisundi andmetega võimaldavad luues seoseid kaugseire indeksite ja elurikkuse näitajate vahel ning prognoosida ökosüsteemide seisundit riiklikul tasandil.

Eriala esindaja kontakt: Ain Kull, ain.kull@ut.ee, +372 737 5826

Juhendajad: Tiit Tammaru, Kadi Kalm, Kerli Müürisepp, Veronika Kalmus

Doktoriprojekti eesmärgiks on selgitada, millised ruumilise ebavõrdsuse uued vormid kaasnevad digipöördega. Täpsemalt keskendub projekt elukohaerinevuste uurimisele ameti- ja rahvusrühmade vahel. Uurimistöö lähtekohaks on tõdemus, et elukohaerinevustega seotud teadustöö on jõudnud pöördepunkti. Vaja on nii uusi visioone kui lähenemisviise, mis võtaksid arvesse asjaolu, et oluline osa tegevustest on liikunud digiruumi ning see toob kaasa muutusi ka inimeste käitumisele füüsilises ruumis. Kõrgepalgaliste tippspetsialistide elukohaeelistused mõjutavad kõige enam elukohaerinevuste kujunemist, kuid me teame täna veel vähe sellest, kuidas need eelistused on digipöörde käigus muutunud. Käesolev projekt keskendub selle olulise lünga täitmisele Tallinna linnaregiooni näitel, tuginedes harmoniseeritud rahvaloenduste ja registrite individuaalandmete kasutusele ning rakendades kaasaegseid longituud- ja ruumianalüüsi metoodikaid.

Eriala esindaja kontakt: Ain Kull, ain.kull@ut.ee, +372 737 5826

Juhendaja: Ivika Ostonen-Märtin 

Kliimamuutuste mõju hindamisel maismaaökosüsteemidele on suurim ebamäärasus seotud  ainevoogude ja -varude hinnangutega maa all. Taimede juured viivad mulda väga suure osa orgaanilisest süsinikust, mis seotakse maa-alustesse toiduahelatesse ja jääb sinna kauemaks ajaks. Seesama toiduahelatesse ja mulda seotud orgaaniline aine on samaaegselt mõjutatud keskkonnamuutuste poolt, mida võimendavad või leevendavad taimede juured ning mullaelustik.

Käesoleva doktoriõppe projekti eesmärk on parandada meie arusaamist maa-alusest süsinikuringe dünaamikast seoses taimede juurte kasvu ja arenguga, kompleksete juur-mullaelustik suhetega risosfääris ja nende keerutake reaktsioonidega muutuvatele kliimatingimustele. Kasutame peamiselt juurte funktsionaalsete, struktuuriliste ja keemiliste parameetreid, keskendume juurestiku juhitud süsiniku akumulatsioonile mullas ning kasutame mullaseire käigus juba kogutud suuri andmebaase. Täiendavalt mõõdetakse parameetreid, mis aitavad mõista mitmekesisuse rolli orgaanilise süsiniku mullavarus. Seoses uue põlvkonna keskkonna- ja mullatervise monitooringuprogrammide arendamisega analüüsime juureparameetrite kasutamist ja kasutamise vajadust mullasüsiniku muutuste hindamises. Üks eesmärkidest on koguda ja analüüsida olemasolevat killustatud teavet juurte kohta Euroopa mullaseires, toetades samal ajal juurteandmete integreerimist monitooringuprogrammides, mis on mullatervise ja teadlike maakasutusotsuste oluline alus. 

Eriala esindaja kontakt: Ain Kull, ain.kull@ut.ee, +372 737 5826

Juhendajad: Veronika Mooses, Age Poom

Doktoriprojekti eesmärk on parandada teadmisi õiglasest ja madala süsinikuheitega liikuvussiirdest linnadest. Senised uurimistööd on näidanud, et uuele tehnoloogiale tuginevad kestlikud liikumisviisid nagu rattaringlus või elektrilised tõukerattad on kättesaadavad eeskätt kesklinnas elavatele heal järjel olevatele ja hea tervisega elanikele ning õigluse teemat uudset tüüpi kestlike liikumislahenduste planeerimisel enamasti ei käsitleta. Selleks, et ebavõrdsuseid mitte süvendada, on liikuvussiirdes vaja rahvastikugruppidele tagada võrdne ligipääs madala süsiniku jalajäljega liikumisviisidele. Teemat käsitletakse ruumilisest ja rahvastikurühmade vaatenurgast lähtudes. Doktoriprojektis analüüsitakse ülikooli rolli liikuvussiirdes, võrdset ligipääsetavust kestlikele liikumisviisidele erinevates Eesti ja Euroopa linnades, liikuvussiiret toetavate sekkumiste mõju ning haavatavate rahvastikurühmade (vanurid, lapsed, nägemise ja liikumise erivajadusega inimesed) linnaruumi kogemust liikuvussiirde kontekstis. Doktoriprojektis kasutatakse kvantitatiivset ja kvalitatiivset uurimisstrateegiat. 

Juhendajad: Mikk Espenberg, Ülo Mander

Lämmastik (N) mängib olulist rolli elu ja ökosüsteemide toimimisel, mis omakorda mõjutab ka kliima regulatsiooni. Inimtegevus ja kliimamuutused on häirinud lämmastikutsükli protsesse, muutes selle tasakaalu ja põhjustades suurenenud veekogude eutrofeerumist ja N2O heitkoguseid. Lämmastikuringe on turbaaladel tihedalt seotud teiste biogeokeemiliste tsüklitega ja lämmastik on peamine element, mis piirab bioloogilist produktsiooni. Maakasutuse muutused võivad muuta turbaalad lämmastiku sidujatest allikateks, mõjutades globaalseid kliimamuutusi. Tugeva kasvuhoonegaasi N2O keskse rolli mõistmine on selle mõju leevendamiseks ülioluline. Kuigi N2O-d tootvaid võtmemikroobe on määratud, siis on nende roll endiselt vähe uuritud ja teada. Lämmastikutsükli protsesside ja mikrobioomi põhjalik mõistmine on oluline, et ennustada turbaalade reageerimist maakasutuse muutustele ja nende mõju globaalsele kliima soojenemisele.

Selle doktoriõppeprojekti eesmärk on (1) koostada põhjalik andmebaas, mis hõlmab ka uusi LiWeFori ja PeatlandN2O (ERC) projektide uurimisalade turba mikrobioomi; (2) töötada välja bioinformaatiline meetod mikroobide lämmastikutsükli uurimiseks; ja (3) ennustada maakasutuse mõju mikroobsele lämmastikutsüklile koos samaaegsete N2O voogudega globaalsetel turbaaladel.

Juhendajad: Ülo Mander, Margit Aun

Dilämmastikoksiid ehk N2O, tuntud ka kui naerugaas, on Maa kliimasüsteemi vaatepunktist vaadatuna oluline, kuna CO2 ja CH4 järel on ta summaarse mõju tugevuselt kolmas otsese inimtegevuse tulemusena Maa atmosfääri lisanduv kasvuhoonegaas (IPCC 2021). Lisaks sellele osaleb N2O stratosfääris reaktsioonides, mis viivad osooni (O3) lõhustumiseni (Ravishankara et al 2009; Stolarski et al 2015; Tian et al 2020). Oluliseks projekti lähtekohaks oli Ricaud et al. (2009) avaldatud satelliidiandmete tulemused, kus troopikametsade kohal, millest enamuse moodustavad soometsad, on troposfääris oluliselt kõrgemad N2O heitkogused kui suurematel laiuskraadidel. Teisalt leidsid Ball et al. (2018), et troopiliste laiuskraadide kohal on stratosfääris O3 kontsentratsioon kahanemas, mis võib olla põhjustatud N2O sisalduse kasvust.
Esitatud aspektid muudavad N2O uurimise ajakohaseks, viimastel aastakümnetel on kasvanud emissioonid ja N2O pikk eluiga atmosfääris viinud tema kliimat soojendava mõju osatähtsuse tõusuni teiste kasvuhoonegaasidega võrreldes (IPCC, 2021). Doktoritöö eesmärgid on: (1) analüüsida NASA Aura satelliidi MLS instrumendi N2O ja O3 kontsentratsioonide mõõtmisi stratosfääris ajavahemikus 2005-2021, (2) analüüsida N2O ja O3 kontsentratsioonide sõltuvust
kõrgusest, aastaajast ning geograafilisest asukohast; (3) analüüsida pikaajalist N2O kontsentratsiooni trendi stratosfääris, (4) analüüsida MetOP ning EUMETSAT satelliitide IASI instrumendi troposfääris mõõdetud N2O vooge; (5) seostada stratosfääris ning troposfääris mõõdetud N2O kontsentratsioonide ja voogude tulemusi maapealsete mõõtmistega. Töös kasutatavad andmed pärinevad avalikult ligipääsetavatest andmebaasidest: NASA Earthdata EOSDIS, EUMETSAT IASI, EL EDGAR, samuti töörühma kogutud globaalsest soomuldade N2O emissiooni ja vastavate keskkonnategurite andmebaasist. Andmetöötlus viiakse läbi pythoni ja R programmeerimiskeelte abil. Tulemused võimaldavad täpsustada globaalset turbamaade N2O emissiooni ajalis-ruumilisi mustreid ning välja töötada meetmeid N2O voogude leevendamiseks maakasutuse optimeerimise alusel.

Juhendajad: Evelyn Uuemaa, Holger Virro

Euroopa Liit kehtestas aastal 1962 ühise põllumajanduspoliitika (ÜPP) strateegia, et toetada jätkusuutlikku põllumajandust ja suurendada põllumajandustoodangut. Üheks ÜPP meetmeks on põllumajandusmaade rohelisemaks muutmine, mis hõlmab maastikuelementide, nagu kiviaiad, hekid ja põllusaared, tuvastamist põllumajandusmaadel. Eestis lisatakse need maastikuelemendid Põllumajanduse Registrite ja Informatsiooni Amet (PRIA) poolt käsitsi andmebaasi vastavalt põllumajandustootjate taotlustele, mis on aeganõudev ja tööjõumahukas protsess. Sellest tulenevalt on antud doktoriprojekti eesmärgiks arendada välja süvaõppel põhinev metoodika maastikuelementide (kivimüürid, hekid, põllusaared) automaatseks tuvastamiseks Eesti põllumaadel. Projekt kasutab selleks vabalt kättesaadavaid kaugseireandmeid, tasuta tarkvara ja süvaõppe mudeleid, mis põhinevad konvolutsioonilistel närvivõrkudel, näiteks U-Neti arhitektuuril. Mudelite väljaõpetamiseks genereeritakse treeningandmed maastikuelementide digitaliseerimisega Maa-ameti ortofotodelt. Täiendavate sisendandmetena kasutatakse Maa-ameti kõrgusandmeid, mis on tuletatud LiDAR-mõõdistamise punktipilvede põhjal. Süvaõppe mudelite arendamiseks ja tõhusaks riigiüleseks rakendamiseks kasutatakse Pythoni pakette PyTorch ja TorchGeo. Töö tulemused on potentsiaalselt rakendatavad mujal maailmas, kus esinevad sarnased maastikuelemendid.

Juhendajad: Ülo Mander, Lulie Melling, Mikk Espenberg, Jaan Pärn

Troopikasoodes paiknevad üleilmselt tähtsad süsiniku- ja lämmastikuvarud. Nende elementide ringe põhjustab kliima soojenemist ja on troopiliste sooökosüsteemide elu alus. Tartu Ülikoolil on ainulaadne troopiliste turvaste proovide kogu, kus on määratud mikrobioomi kooslus ning CH4 (metaani) ja N (lämmastiku) ringete funktsionaalsete geenide arvukus. Turbaproovidest analüüsitakse kõrgresolutsiooniga mass-spektromeetria (reaktoomika) abil ka lahustunud orgaanika molekulaarne koostis. Analüüsi põhjal on molekulid jagatud ühendirühmade vahel proteiinidest aromaatsete ühenditeni. Turbaproovide isotoopkoostis (15N and 13C) analüüsitakse isotoop-mass-spektromeetria abil. Väitekiri seostab need kõrg-resolutsiooniga biogeokeemilised „sõrmejäljed“ CO2, CH4, N2O and N2 gaasivoogudega. Eesmärk on tuvastada süsiniku- ja lämmastikuringe protsessiahelaid ühendades mikrobioloogilisi, isotoopanalüüsi ja reaktoomika meetodeid. Töö laiendab kontseptuaalselt arusaamu troopikasoode biogeokeemiast, mis on aluseks nende kaitseks ja keskkonnasäästlikuks majandamiseks.

Juhendajad: Mikk Espenberg, Lulie Melling, Ramita Khanongnuch

Mikroobselt vahendatud metaani (CH4) protsesside mõistmise tähtsus turbas on oluline, eriti turbaalade majandamise kontekstis. Suurem osa atmosfääri CH4-st pärineb mikrobioloogilistest allikatest, mida toodavad peamiselt metanogeensed arhed anoksilistes tingimustes. See doktorikraadi projekt käsitleb CH4 voogu reguleerivaid mikroobe ja protsesse ning rõhutab vajadust täpsemate uuringute järele troopikas. CH4 netoheide tuleneb CH4 tootvate ja tarbivate mikroorganismide aktiivsuse tasakaalust.

Selle doktoriprojekti eesmärk on uurida mikroobset metaani CH4 tsüklit troopilistes turbaalade muldades, keskendudes CH4 dünaamika kirjeldamisele, selgitamisele ja ennustamisele. Konkreetsed eesmärgid on (1) tuvastada ja kvantifitseerida võtmemikroobid kui CH4 tootmise ja tarbimise indikaatorid, kasutades DNA- ja RNA-põhiseid meetodeid, (2) uurida metaaniringe mikroobide ruumilist jaotumist turba sügavuses ja ruumilist heterogeensust troopiliste turbaalade vahel erinevates tingimustes ja (3) uurida erinevate CH4 oksüdatsiooniprotsesside, sealhulgas aeroobsete ja anaeroobsete radade rolli troopilistel turbaaladel.

Juhendaja: Oive Tinn

Erialaspetsialistide seas on Eesti tuntud oma Siluri-vanuseliste lõugtundlaste (Chelicerata, Arthropoda) fossiilide poolest. Laiemalt tuntakse neid tihtipeale meriskorpionide nime all (kuigi taksonoomiliselt ja evolutsiooniliselt on tegelikult tegemist mitmekesise rühmaga). Hoolimata nende tuntusest nii juba alates 19. sajandist, ei ole Eestis seniajani üksikasjalikku lõugtundlaste fauna analüüsi tehtud. 

Potentsiaalsed allprojektid:

I Lõugtundlaste fossiilid Kalana Lagerstätte's. Kalana Lagerstätte on tuntud kui Siluri ladestu erakordselt säilinud vetikafossiilide leiukoht, kuid sealsed kihid sisaldavad ka rikkaliku faunat, sh okasnahkseid, selgroogseid, samuti lõugtundlaste kivistisi. Kuna Kalana kihid sisaldavad ainulaadseid fossiile (fossiilirühmi), mis mujal maailmas säilinud ei ole, on sealne lõugtundlaste fauna uurimine kriitilise tähtsusega marginaalsete mereökosüsteemide rekonstrueerimiseks vara-Siluris.

II Lõugtundlaste levik ja paleoökoloogia Eesti Siluris. See allprojekt hõlmab lõugtundlaste liikide põhjalikku revisjoni, paleokoosluse analüüsi ning lõugtundlaste eri taksonite stratigraafilise ja fatsiaalse leviku detailset analüüsi. Töö käigus töötatakse läbi Eesti fossiilikogud (k.a Ameerika loodusmuuseumis asuv Patteni kollektsioon), täiendavalt tehakse välitöid.

III Lõugtundlaste levik Balti paleobasseinis. Balti paleobasseini kõige rikkalikum lõugtundlaste fauna on teada Eestist, vähem on leide Rootsi ja Norra Siluri kihtidest. Allprojekti peamiseks eesmärgiks on lõugtundlaste fatsiaalse leviku analüüs laiemas tektoonilises, paleogeograafilises, paleoökoloogilises ja paleokliima kontekstis.

Eriala esindaja kontakt: Alar Rosentau, alar.rosentau@ut.ee, +372 737 6683

Juhendajad: Marko Kohv, Martin Liira

Eesmärgid: Projekt on suunatud rannikutel toimuvate muutuste mõõtmine ja ennustamine toimuvate kliimamuutuste tingimustes. 

Uute efektiivsemate seiremeetodite katsetamine ja valideerimine kasutades selleks mehitamata sõidukeid koos erinevate sensoritega (kaamerad, sonarid, laserskänner). 

Ennustavate geomorfoloogiliste muutuste mudelite väljatöötamine paremaks riskijuhtimiseks ja kohanemisstrateegiate kujundamiseks rannikutel.

Metoodika: Doktoriprojekt seob geoloogiat, geomorfoloogiat ja kaugseiret. Algfaasis analüüsitakse olemasolevat kirjandust rannikute seire, modelleerimise ja seotud ohtude kohta. Järgnevates faasides kasutatakse mehitamata tehnoloogiaid (UAV-sid ja USV-sid), et koguda detailset geomorfoloogilist andmestikku rannikutelt nii vee alt kui pealt ja võrrelda/kalibreerida seda siiani kasutatud traditsiooniliste seiremeetoditega. Viimane faas keskendub pikaajaliste seireandmete analüüsile ja selle põhjal rannikute muutuste modelleerimisele ja stsenaariumide väljatöötamisele.

Koostöö: Võtmetähtsusega on partnerlus Eesti Geoloogiateenistusega (EGT), kes on Eestis riigipoolne rannikuseire korraldaja. See partnerlus aitab integreerida uusi ja ajaloolisi rannikue seireandmeid ning loob eelduse projekti käigus väljatöötatud uute seiremeetodite rakendamisele riiklikus seires. 

Innovatsioon: Projekt kasutab uudseid seiretehnoloogiaid, et täita hetkel olemasolevad andmelüngad madalas vees ja modelleerimist, et parandada geomorfoloogiliste protsesside ning seotud riskide ennustamise võimekust rannikutel.

Tulemused: Oodatavad tulemused hõlmavad täpsemat arusaama ranniku erinevate omaduste ja riskide vahelistest seostest, uute seiremeetodite valideerimist ning täiustatud mudeleid rannikutega seotud riskide koondumiskohtade tuvastamiseks. Need teadmised aitavad ühtlasi kaasa looduslike lahenduste väljatöötamisele rannikuriskide maandamiseks. See on oluline ühiskonna valutumaks kohanemiseks kliimamuutuste ja sellega seotud meretaseme tõusuga.

Eriala esindaja kontakt: Alar Rosentau, alar.rosentau@ut.ee, +372 737 6683

Juhendajad: Kalle Kirsimäe, Timmu Kreitsmann

Viimastel aastakümnetel on haruldased muldmetallid (REE-d) kerkinud oluliseks toormeks arenenud tehnoloogiatele ning neid kasutatakse laialdaselt metallurgiast kuni energeetikani. REE-d on muutunud lausa hädavajalikuks roheliste tehnoloogiate ja eriti jätkusuutliku energeetikale ülemineku jaoks. REE-de nõudluse kasvu hinnatakse ligikaudu viiekordseks järgmise 20 aasta jooksul. Enamus REE-sid leidub karbonatiitsetes magmakivimites, mis on rikastunud kergete muldmetallidega (LREE-d), samas kui rasked muldmetallid (HREE-d) on peamiselt kontsentreerunud aluselistes–leeliskivimites. Siiski on diferentseerunud graniidid, eriti nende arvelt tekkinud murenemiskoorikud (nt iooniadsorptsioonilised savid), muutumas üha tähtsamateks REE ressurssideks. Käesoleva projekti eesmärk on selgitada haruldaste muldmetallide jagunemine ja sekundaarne rikastumine aluskorra rabakivi intrusiivides ja nende murenemisel moodustunud lateriitsetes murenemiskoorikutes

Eriala esindaja kontakt: Alar Rosentau, alar.rosentau@ut.ee, +372 737 6683

Juhendajad:Kalle Kirsimäe, Peeter Paaver

Fe-sulfiidide moodustumise käigus inkorporeeritakse mineraalidesse erinevaid jälgelemente, kas asendades kristallvõresse või kui nano- kuni mikroskoopiliste suletistema. Tavalised püriiti asenduvad elemendid on Co, Ni, As, Se, Zn, Cu, Au, Ag, Te, Pb, Sb, Bi, Tl, V, Mn, PGE-d ja Hg-d. As, Co, Ni ja Se asendavad Fe-d või S-i, samal ajal kui Cu, Zn, Te, Pb, Bi, Ag ja Au esinevad peamiselt nano- või mikrsoskaalas suletistena. Jälgelementide koostis peegeldab nende sulfiidide moodustumisel valitsenud keskkonnatingimusi, aidates paremini suunata maavarade otsinguid-uuringuid. Eesti kristalse aluskorra sulfiidide mineralisatsioon on peamiselt esindatud pürrotiidi ja püriidiga ning vähemal määral kalkopüriidiga. Käesolev doktoritöö projekt keskendub sulfiidse mineralisatsiooni iseloomustamisele Eesti kristalses aluskorras, jälgelementide sisalduste ja jaotuse määramisele in-situ meetoditega ning sulfiidide moodustumise fluidiaktiivsuse ja keskkonnatingimuste rekonstrueerimisele.

Eriala esindaja kontakt: Alar Rosentau, alar.rosentau@ut.ee, +372 737 6683

Juhendajad: Riho Mõtlep, Peeter Somelar

Ida-Virumaal on kontsentreerunud enam kui miljard tonni erinevaid põlevkivitööstuse jäätmeid, mida praktiliselt ei kasutada, aga mis kujutab endast potentsiaalselt väärtuslikku sekundaarset tooret erinevatele tööstusharudele. Sellised jäätmeladestud on mitmekesise päritolu, koostise ja arengulooga, mis raskendab nende kasutuselevõttu. Jäätmete koostise ja heterogeensuse süsteemsed uuringud võimaldavad tuvastada erinevaid kasutusvõimalusi keemiatööstuses, ehitusmaterjalide tööstuses, väetisetööstuses ning täitematerjalidena. Projekti üldiseks eesmärgiks on süsteemse lähenemise kaudu selgitada Ida-Virumaa tahkete jäätmete koostis ning hinnata parimaid võimalusi nende väärindamiseks. Selleks koostatakse ülevaade Ida-Virumaa tahketest jäätmetest, koostöös ettevõtetega viiakse läbi tahkete jäätmete koostise ja heterogeensuse uuringud ning leitakse võimalikud olemasolevaid kasutuslahendused jäätmete väärindamiseks nii keemiatööstuses kui ka ehitusmaterjalide tööstuses.

Eriala esindaja kontakt: Alar Rosentau, alar.rosentau@ut.ee, +372 737 6683

Juhendaja: Mozhgan Pourmoradnasseri

Inimliikumise käitumise mõistmine ja modelleerimine on oluline linnaplaneerimise ja transpordihalduse jaoks. See uurimus käsitleb väljakutset generaliseerida liikuvusmudeleid ühest linnast teise, keskendudes eriti aktiivsele liikuvusele ja mikromobiilsusele. Praegused sügava õppe mudelid, kui need on treenitud konkreetses linnas, kannatavad raskustega, et kohaneda tõhusalt erinevate linnakeskkondadega. Doktoritöö uurib olemasolevate mudelite piiranguid ja pakub uuenduslikke lähenemisviise, ammutades inspiratsiooni sügava õppe meetodite arengutest, eesmärgiga suurendada mudeli üldistamist mitmekesistes georuumilistes piirkondades. Aktiivse liikuvuse ja mikromobiilsusele keskendudes on lõppeesmärk arendada välja linnapiirideta liikuvusmudeleid, mis suudavad ületada geograafilisi piire, soodustades edusamme reaalmaailma rakendustes ja linnaliikuvuse planeerimises.

Juhendaja: Kaur Alasoo

Inimesegeneetika üks peamine väljakutse on komplekstunnustega seotud geneetiliste variantide molekulaarsete tagajärgede kindlaksmääramine. Väike osa (<10%) neist variantidest muudab valgu funktsiooni läbi valgu kodeeriva järjestuse muutuse. Sagedamini reguleerivad need variandid aga seda, kuidas valku kodeeriv järjestus on kokku pandud RNA splaissimise kaudu ("splaissimise variandid") või kui palju valku ekspresseeritakse ("ekspressioonivariandid"). Splaissimise ja ekspressioonivariantide mõju tuvastamise kuldstandardiks on seni olnud kvantitatiivse tunnuse lookuse (ingl k quantitative trait locus, QTL) uuringud, mis mõõdavad otseselt nende variantide mõju inimpopulatsioonis. Meie teadusrühm on seda strateegiat kasutanud laialdaselt kasutatava eQTL Catalogue andmebaasi loomiseks, mis on käesoleval hetkel suurim ühtlaselt töödeldud inimese geeniekspressiooni ja splaissimise QTL-ide kogumik. QTL-uuringud mõõdavad aga ainult väga väikest osa kõigist võimalikest geneetilistest variantidest, mida on võimalik vaadelda väikeses populatsioonis. Selleks, et me suudaks tõlgendada sadu tuhandeid geneetilisi seoseid, mida leitakse järjest suuremates, kohati miljonitest inimestest koosnevates biopanakades, on meil vaja hästi kalibreeritud ja tõlgendatavaid masinõppemudeleid, mis suudaksid täpselt ennustada mis tahes geneetilise variandi tagajärgi. See projekt ühendab tipptasemel masinõppe mudelid põhjalike valideerimisandmestikega, et muuta ennustav regulatiivne genoomika reaalsuseks.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Mark Fišel, Elizaveta Yankovskaya

Masintõlge on kiirete muutuste keskel, tulenevalt suurte keelemudelite isetekkeliste oskuste avastamisest. Selle tulemusena ei oma eelnev tipptasemel lähenemisviis, mis põhines lausehaaval eraldiseisval tõlkimisel (ja mis jääb maha Google Translate'i, Neurotõlke ja teiste sarnaste teenuste tasemest), vajalikku paindlikkust, et pakkuda usaldusväärsemat ja kohandatavamat automaatset tõlget. See projekt uurib isetekkeliste võimete arendamist ja kasutamist tõlkemudelites eesmärgiga võimaldada kiiret kohandamist kasutaja tagasisidele, terminoloogia integreerimist ja dokumendi konteksti arvessevõtmist. Projekti raames keskendume kõrge- kuni keskmise ressursimahukusega keeltele (eesti, inglise, saksa, vene, ukraina) ning madala ressursimahukusega keeltele soome-ugri keelkonnast.
Kandidaadil peaks olema tugev taust keeletehnoloogias ja matemaatikas ning tekstitöötluse ja närvivõrkude treenimise ja hindamise kogemus.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Piret Luik ja Marina Lepp

Uurimuse fookuseks on tüdrukute vähene informaatika olümpiaadidel osalemine, kus Eesti informaatikaolümpiaadi lõppvoorus on tüdrukute osakaal olnud aastatel 2015–2023 umbes 10%. Uurimuse eesmärk on selgitada ja mõista selle vähese osalemise tagamaid ja leida võimalusi naissoost osalejate osakaalu suurendamiseks.

Uurimisküsimustele vastamiseks kasutatakse nii kvantitatiivseid kui ka kvalitatiivseid uurimismeetodeid. Esmalt analüüsitakse teemakohast kirjandust ja informaatika olümpiaade korraldavate erinevate riikide õppekavasid ning kogutakse andmeid toetusmeetmete kohta. Teiseks anketeeritakse Eesti ülikoolide informaatika erialade üliõpilasi selgitamaks informaatika võistlustel osalemist mõjutavaid tegureid. Kvalitatiivseid andmeid kogutakse informaatikaolümpiaadidel osalenud tüdrukute seas läbiviidud intervjuude kaudu.

Uurides tegureid, mis mõjutavad naiste osalemist informaatika võistlustel ja mõistes kogemuse mõju neile, kes informaatika olümpiaadidel on osalenud, on uuringu eesmärk aidata julgustada ja toetada naisi IT-alal. Uuring rõhutab soolise võrdõiguslikkuse olulisust informaatika valdkonna edusammude ja innovatsiooni edendamisel. Tulemused võivad mõjutada tõhusate toetusmeetmete ja strateegiate väljatöötamist, et suurendada tüdrukute esindatust informaatikaolümpiaadidel.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendaja: Mohamad Gharib

Meie kiiresti arenevas tehnoloogilises maastikus integreeruvad uued tehnoloogiad pidevalt meie igapäevaellu. Hoolimata sellest, et need tehnoloogiad lihtsustavad meie elu, seavad need meid ka silmitsi mitmesuguste julgeoleku- ja eraelu puutumatuse ohtudega. Selle probleemi lahendamiseks on välja töötatud mitmesuguseid turva- ja privaatsuslahendusi, mis hõlmavad erinevaid tehnikaid ja mehhanisme, et kaitsta kasutajaid mitmesuguste ohtude ja rünnakute eest.   Siiski on märkimisväärne hulk uuringuid toonud esile ühe levinud probleemi: paljud neist lahendustest ei täida sageli oma eesmärki, kuna kasutajad ei mõista nende nõuetekohast kasutamist. Järelikult sõltub turvalisuse ja privaatsuse tagamise lahenduste tõhusus suuresti sellest, kas lõppkasutajad suudavad neid õigesti kasutada, ilma et see takistaks nende põhitegevust.  Rohkem kui kaks aastakümmet on kasutatava turvalisuse ja eraelu puutumatuse (USP) valdkonna teadlased tegelenud selle probleemi lahendamisega, andes kasutajatele võimaluse teha teadlikke otsuseid turvalisuse ja eraelu puutumatuse kohta. Olemasolevad lahendused ei suuda seda eesmärki siiski jätkuvalt saavutada.   Paljud neist lahendustest on loodud keskmist kasutajat silmas pidades, ning sageli on neil raskusi turvalisuse, eraelu puutumatuse ja kasutatavuse vahelise tasakaalu leidmisega. Probleemid tulenevad universaalteenuse nõuete ebapiisavast kogumisest ja analüüsist, mis viib selleni, et need nõuded jäetakse lõpplahenduses sageli tähelepanuta, mille tulemuseks on süsteemid, mis on vaevu kasutatavad. Võimalik lahendus sellele probleemile seisneb universaalteenuse lahenduste kavandamise kooskõlastamises nende kavandatud kasutajate mõttemudelitega. Sisuliselt tähendab see lahenduste kavandamist, mis arvestavad kasutaja võimet teha hästi informeeritud ja asjakohaseid otsuseid.  Praegu puudub aga kokkulepitud lähenemisviis universaalteenuse mudelite integreerimiseks universaalteenuse paketti, samuti puudub selgus, kuidas neid mudeleid täpselt jäädvustada, esitada või korrigeerida, et aidata kasutajatel otsuste tegemisel. Käesoleva väitekirja eesmärk on lahendada eespool nimetatud probleeme, pakkudes välja tervikliku raamistiku universaalteenuse lahenduste kavandamiseks, mis on täpselt kooskõlas erinevate kasutajate MMidega, sõltumata nende kogemustest, demograafilistest näitajatest jne. 

Raamistik hõlmab nelja põhikomponenti: (1) modelleerimiskeel, mis pakub mõisteid ja konstruktsioone nii universaalteenuse nõuete kui ka kasutajate MMide kajastamiseks; (2) analüüsimeetodite kogum, et tagada mudelite korrektsus ja järjepidevus; (3) lähenemisviis, et tuletada mudelitest universaalteenuse lahendused ja hinnata neid lahendusi koos lõppkasutajatega; ja (4) automatiseeritud abivahend, mis aitab projekteerijaid universaalteenuse lahenduste projekteerimise protsessis. Raamistiku tõhusust valideeritakse selle kohaldamisega kahes eri valdkondi hõlmavas juhtumiuuringus.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendaja: Helger Lipmaa

Zk-SNARK on krüptograafiline konstruktsioon, mis võimaldab tõestajal tõestada, et mingi arvutus on tehtud õigesti, avalikustamata privaatseid andmeid; see tähendab, et ta saab teha kontrollitavaid arvutusi. Oluline skaleeritavust võimaldav tingimus on, et verifitseerimine oleks kiirem kui algne arvutamine; see muudab zk-SNARKid atraktiivseks isegi rakendustes, mis ei nõua privaatsust. Mitmed ettevõtted on arendavad ja kasutavad zk-SNARKe, et teha suuremahulisi kontrollitavaid arvutusi. Kahjuks on peamiseks kitsaskohaks tõestaja efektiivsus. Selle projekti eesmärk on seda puudujääki parandada, konstrueerides efektiivsemalt tõestatavaid zk-SNARKe, võimaldades efektiivsemat kontrollitavat arvutust. Me teostame krüptograafilisi uuringuid selle probleemi erinevate aspektide osas: näiteks koodi- ja võrepõhised zk-SNARKid ja efektiivsed inkrementaalselt kontrollitavad arvutused. Üliõpilane teeb koostööd juhendaja olemasoleva võrgustikuga Eestis ja välismaal.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Ulrich Norbisrath, Steffen Manfred Noe

Antud doktoritöö käsitletakse IoTempoweri raamistiku laiendamist, mida on traditsiooniliselt kasutatud koduautomaatikas ja põllumajanduses, metsanduse korraldamiseks. Kasutades SMEARi uurimisjaamade võrgustikku, on projekti eesmärk parandada metsade seiret ja keskkonnaarvestust. Oluline uuendus on tehisintellekti (AI) integreerimine anomaaliate tuvastamiseks ja visuaalsete andmete analüüsimiseks satelliitidelt ja droonidelt, parandades metsaökosüsteemi jälgimist.

Uuring keskendub arenenud IoT-tehnoloogia kättesaadavaks tegemisele, kasutades taskukohaseid sensoreid ja mikrokontrollereid. Samuti on kavas rakendada metsandusuuringuid IoTempoweri õpetamismeetodi raames Tartu Ülikoolis ja Eesti Maaülikoolis, et arendada oskusi IoT-s ja keskkonnaseires.

Ühendades IoT, AI ja keskkonnateaduse, tutvustab projekt uut lähenemist keskkonnaarvestusele metsanduses. SMEARi võrgustiku moderniseerimine IoTempoweriga ja 3D-printimise kasutamine sensorite kinnituste ja droonide kohanduste jaoks on selle interdistsiplinaarse lähenemise võtmeaspektid.

Kokkuvõttes on selle doktoritöö eesmärk edendada metsanduse haldamist, integreerides uuenduslikke tehnoloogiaid, andes olulise panuse IoT-sse ja keskkonnateadustesse. See rõhutab pühendumust jätkusuutlikele keskkonnapraktikatele ja IoT-tehnoloogia mõju laiendamisele ühiskonnas.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Kerli Mooses, Raivo Kolde

Kroonilise haiguse kontrolli all hoidmise ja uute tervisehädade vältimise seisukohast on oluline kinni pidada arsti poolt määratud ravimite võtmise reziimist. Põhjuseid, miks retseptiravimeid ei võeta vastavalt ettekirjutustele on mitmeid alates indiviidipõhistest ja lõpetades tervishoiusüsteemi korraldusega seotud teguritest. Ravimijärgimuse parandamiseks on vaja rohkem infot ravimijärgimust mõjutavatest teguritest. Käesolevas doktoritöös me kasutame esinduslikke päriselu andmeid retseptidest, haiguslugudest ja raviarvetest, mis võimaldavad hinnata ravimijärgimust valiidselt ja kulutõhusalt. Doktoritöös keskendutakse:

1. Ravimitega seotud andmekvaliteedi parandamisele OMOP andmebaasides. Selleks luuakse abistav tööriist, mis aitab hinnata ja parandada ravimitega seotud andmete kvaliteeti.
2. Ravimijärgimust mõjutavate inimestepõhiste tegurite avastamisele ja nende tervisemõjudele. Töös rakendatakse keerulisemaid analüüsimeetodeid ning lisatakse mudelitesse mitmeid tervisenäitajaid, et leida inimesepõhine mõjutegur, mida rakendatakse edasistes analüüsides ravijärgimuse ennustamisel ning suremuse ja hospitaliseerimise hindamisel.
3. Uuringutulemuste laiendamisele rahvusvahelisse konteksti. Loodud uuringumetoodikat ravijärgimust mõjutavate tegurite süstemaatiliseks kirjeldamiseks rakendatakse ka rahvusvaheliste uuringute läbiviimiseks. Eesmärgiks on luua põhjalik teadmusbaas patsientide ravijärgimus ning seda mõjutavate tegurite kohta üle erinevate riikide. 

4. Tulemuste levitamisele peamiselt rahvusvaheliste teadusajakirjade ja konverentside kaudu.

Juhendaja: Somnath Banerjee

Suured keelemudelid (LLM) on osutunud väga tõhusaks mitmesugustes loomulikes keeletöötlustoimingutes, sealhulgas keerulistele küsimustele vastamisel, masintõlkes jne. LLM-ide tekstiloome volitused on tänu nende kiirele arengule jõudnud punkti, kus nad on inimkirjanikega võrdsed. LLM-ide tugeva põlvkonna oskuste tõttu on inimestel nüüd raske eristada LLM-ide ja inimeste loodud tekstilist sisu, mis on viinud keeruliste küsimuste, näiteks LLM-i loodud väärinfo väljatöötamiseni. Valeinfo (näiteks libauudised ja kuulujutud) on olnud tänapäeva digiajastul pikaajaline ja tõsine mure, eriti kompromissitutes tööstusharudes, nagu tervishoid ja rahandus. Võitluses väärinfoga on LLM-id üldiselt olnud kahe teraga mõõk, mis kujutab endast nii uusi võimalusi kui ka väljakutseid. Ühest küljest näitavad LLM-ide laialdased maailma-alased teadmised ja tugevad arutlusvõimed nende võimet täielikult muuta tavapäraseid paradigmasid väärinfo omistamiseks, avastamiseks ja sekkumiseks. Teisest küljest saab LLM-ide võimet toota inimsarnast sisu hõlpsasti kasutada valeinformatsiooni loomiseks, kas tahtlikult või kogemata. Sellistes tingimustes käsitletakse käesolevas töös LLM-i loodud väärinfo tuvastamist ja omistamist. Käesoleva teadusuuringute ettepaneku eesmärk on kaitsta inimühiskonda LLM loodud väärinfo negatiivse mõju eest kognitiivsest vaatenurgast. Käesoleva ettepaneku tähtsus on kahekordne: sotsiaalne ja tehniline, mis uurib olulist ühiskondlikku küsimust ja aitab kaasa tehnilisest vaatenurgast, kasutades LLM-i loodud väärinfo leevendamiseks nüüdisaegseid lähenemisviise (sealhulgas LLM-id). Lisaks uurib see uuring sobivaid lähenemisviise madala varustusega seadetes soome-ugri keelte (nt eesti keel) ja LLM-i loodud väärinfo ulatuses.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Anastasija Nikiforova, Kuldar Taveter

Arvestades andmete enneolematut väärtust mis tahes andmepõhise tegevuse või protsessi sisendina, sõltub tehisintellekti demokratiseerumise ja globaliseerumise ajal konkurentsivõime suuresti andmete kättesaadavusest. Viimase kahe aastakümne jooksul on kasvanud huvi andmete muutmise vastu avalikuks hüveks, peamiselt G2C ja G2B andmehaldusmudeliteks, ning on kasvanud teadlikkus vajadusest kombineerida neid teiste mudelitega, nagu B2G, B2C ja C2B. 

Vaatamata mõningatele edusammudele viimastel aastatel, on täna avalike (avatud) andmete liikumise tulevik ebakindel, kus praegu on teatav stagnatsioon, millele kogukond nõuab lõppu. Nii muutuvad populaarseks avalike andmete ökosüsteemide ja andmeliivakastide teemad. Kuigi riiklike avaandmete ökosüsteemide tasandil ollakse vähemalt teatud määral üksmeelel mõningate omaduste osas, millele need peaksid vastama, piirdub see arusaam riikliku OGD-portaali eraldatud kontseptsiooniga ja mõnikord ka sidusrühmadega, kes suhtlevad see, kus avalike andmete ökosüsteem peab arvestama linnade kohaliku tasemega. Arusaamine kogu andmeökosüsteemist, mis hõlmab (targa) linna andmete ökosüsteemi, on piiratud, enamiku projekteerimisel ja hooldamisel kasutatakse ad-hoc-lähenemist, mis ei pruugi tingimata vastata neljakordse spiraali vajadustele ja ootustele, kus domineerivad valitsuse huvid. , jättes sageli teisi sidusrühmi tähelepanuta. See kehtib eriti linnade nutikastumise trendi kohta, mis on seotud andmete kogumise eksponentsiaalse suurenemisega, kus linnad ei kasuta kodanike, tööstuse, akadeemiliste ringkondade ja valitsuse loodud andmete potentsiaali. Projekti eesmärgiks on kaasava ja jätkusuutliku avalike andmete ökosüsteemi arendamine. Täpsemalt uurib projekt olemasolevaid avalike andmete ökosüsteeme, nende komponente ja nendevahelisi suhteid, et teha kindlaks võimalused (ümber) kujundada neid, kasutades andmeid, protsesse, kasutajaid ja tehnoloogilisi ümberkujundamisi ning väljamõeldud (või kavandatud) muudatuste ulatust ja mõju. . Selle uurimise tulemusena ehitatakse vastava(te) platvormi(te) ümber avalike andmete ökosüsteem, mis toimib ühendusena omavalitsuse ja selle elanike vahel, edendades läbipaistvust, kaasatust ja innovatsiooni. Projekt uurib hüpoteesi, et ökosüsteemi, platvormi (sealhulgas UX-i eksperthinnangu ja konkurentsianalüüsi) ja orkestratsiooni lähenemisviiside kombinatsioon koos 4I-ga (tehisintellekti sünergia andmeintellekti, koostööintellekti ja kehastatud intelligentsusega) aitab kaasa paremale. praeguse andmeökosüsteemi mõistmine, selle nõrkuste tuvastamine ja nende edasine kõrvaldamine sobiva heuristika rakendamise kaudu.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendaja: Arnis Paršovs

Nutikad kodusüsteemid, kantavad seadmed, turvasüsteemid, nutikad terviseseadmed, mänguasjad ja mitmesugused muud raadioühendusega seadmed on häkkimise ja privaatsusprobleemide suhtes vastuvõtlikud. Need seadmed on võimelised pika aja vältel jälgima ja koguma tundlikke kasutajaandmeid, edastades neid potentsiaalselt ebaturvaliste lähisidetehnoloogiate kaudu. Juhul kui puuduvad kas korralik krüpteering või tugev autentimismehhanism, võib olla võimalik edastatavaid andmeid pealt kuulata.

Käesoleva lõputöö eesmärk on välja töötada ja täiustada raadiosideühendusega manusseadmete turvalisuse analüüsi metoodikaid. Täpsemalt keskendutakse turul saadaolevatele populaarsetele manusturvaseadmetele. Selle eesmärgi saavutamiseks integreerib doktoritöö meetodeid elektroonikast, raadiosignaalide analüüsist, kõrvalkanalirünnetest, krüptoanalüüsist ja mikrokontrolleri püsivara pöördkonstrueerimisest.

Neid interdistsiplinaarseid lähenemisviise kombineerides on meie eesmärk parandada arusaama nende manussüsteemide võimalikest turvaaukudest ja töötada välja tõhusad meetmed nende kasutamisega seotud riskide maandamiseks. Lõppkokkuvõttes püütakse selle uurimistööga aidata kaasa turvaliste raadioühendusega manusseadmete edendamisele, kaitstes kasutajate andmeid ning edendades turvalisemat ja usaldusväärsemat tehnoloogiaökosüsteemi

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendaja: Meelis Kull

Üha enam tehisintellektile toetuvas maailmas on oluline, et masinõppe mudelid hindaksid oma enesekindlust adekvaatselt. Eriti oluline on see valdkondades nagu tervishoid ja autonoomsed sõidukid, kus ebatäpne riskihindamine võib viia kahjulike otsusteni. Olemasolevad strateegiad liigse enesekindluse leevendamiseks, näiteks Bayesi meetodid ja järelkalibreerimine, jäävad hätta keerukate ülesannete ja dünaamiliste keskkondadega, kuna neil on olemuslikud piirangud arutlemisoskuses ja kohanemisvõimes. Käesolev doktoriprojekt läheneb liigse enesekindluse probleemile integreerides tõenäosuslikku masinõpet generatiivse tehisintellektiga. Generatiivsed tehisintellektisüsteemid (näiteks suured keelemudelid) pakuvad võimalust riskitegurite tuvastamiseks, nende sõltuvuste modelleerimiseks ja üksikute tegurite tõenäosuste hindamiseks. Neid võimeid saavad täiendada tõenäosusliku masinõppe meetodid, sealhulgas järeldamine graafiliste mudelitega, Bayesi närvivõrgud ja järelkalibreerimine. Kavandatud meetoditel on laiad rakendused, sealhulgas tekstiklassifikatsioon, arutlusülesanded ja reaalajaline riskianalüüs, näiteks autonoomsetes sõidukites. Käesoleva töö tulemusena on võimalik ehitada töökindlamaid ja usaldusväärsemaid tehisintellektisüsteeme.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Faiz Ali Shah, Dietmar Pfahl, Kallol Roy

Tarkvarasüsteemide haavatavused võivad nende ärakasutamisel põhjustada turvatõrkeid, mis seab ohtu konfidentsiaalsuse, terviklikkuse või kättesaadavuse. Need haavatavused tulenevad sageli madala kvaliteediga lähtekoodist. Traditsioonilistel turvakoodide ülevaatuse staatilise analüüsi tööriistadel, kuigi need on skaleeritavad ja kasulikud arendustsükli alguses, on piiranguid. Neil võib mõni haavatavus vahele jääda (valenegatiivsed) või mittehaavatavused valesti märgistada (valepositiivsed), mis võib raisata aega ja ressursse. Tõhususe suurendamiseks peaks staatilise analüüsi tööriist täpselt tuvastama kõik haavatavused minimaalsete valepositiivsete tulemustega ja andma juhiseid nende parandamiseks.

Hiljuti on suured keelemudelid (LLM) nagu ChatGPT ja CodeLlama2 näidanud potentsiaali kodeerimisstiili atribuutide põhjal haavatavuste tuvastamisel. See projekt pakub välja uudse lähenemisviisi, mis kasutab koodihaavatavuste tuvastamiseks ja leevendamiseks koodikeele mudeleid (CLM). Need avatud lähtekoodiga LLM-id on viimistletud lähte- ja kahendkoodi ning loomuliku keele artefaktide alusel, muutudes CLM-ideks. Need CLM-id pakuvad käivitatavaid testjuhtumeid tuvastatud haavatavuste kinnitamiseks. Kasutades trafo närvivõrgu mudeleid, saavad CLM-id tuvastada turvaauke, analüüsides koodide sarnasust semantiliselt, tänu keelekorpuse koolitusele, lähtekoodi peenhäälestamisele ja uuenduslikele manustamismeetoditele. See lähenemine võimaldab CLM-idel saavutada semantilist arusaamist, parandades nende võimet tuvastada koodi haavatavust peale pelgalt süntaksi.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendajad: Jaak Vilo, Sulev Reisberg

Tavapärase tervishoiuteenuse käigus kogutud andmetel (reaalandmetel) läbiviidavad terviseuuringud on kliinilistele uuringutele kulutõhusaks alternatiiviks. Selliste andmete keerukus, s.h ajalised ebatäpsused, takistavad aga nende efektiivset analüüsi. Käesolev doktoriprojekt tegeleb reaalandmete analüüsimeetodite arendamisega. Peamiseks eesmärgiks on tuvastada andmetest üldistatud tervisesündmusi, nende ajalist järjekorda ning erinevate ajaliste järgnevuste sarnasust ning mitmete patsientide üleseid joondusi. Esimene artikkel üldistab kontekstipõhiseid analüüsimeetodeid kasutades üksikfaktid kõrgema üldistusega sündmusteks, teine püüab tuvastada nende sündmuste tegelikku ajalist järjekorda ning kolmas hindab erinevate sündmuste järgnevuste omavahelist sarnasust ja pakub välja joondusmeetod. Arendatavate meetodite rakendamiseks loob tudeng vastavad tarkvarapaketid ja demonstreerib Eesti ja teiste riikide terviseandmetel. Selle tulemusel muutub tervisevaldkonna reaalandmete analüüs oluliselt tõhusamaks ja võimaldab luua kvaliteetsemat meditsiinilist tõendust.

Eriala esindaja kontakt: Raul Vicente Zafra, raul.vicente.zafra@ut.ee

Juhendaja: Dietmar Pfahl

Automaatseid sõiduki juhtimissüsteeme (ADS) on raske testida, kui need on automatiseerituse tasemel 4 või 5 (st ADS peab ohutult toimima määratletud operatsioonilise disaini domeenis (ODD) ja tuvastama, millal sõiduk ODD-st lahkub – täiesti autonoomselt , tuginemata autos istuvale või kaugjuhtivale inimesele). Tulenevalt ADS-is kasutatava tarkvara olemusest, st tehisintellektist, mis vastutab füüsilise auto tajumise, lokaliseerimise, marsruudi planeerimise ja juhtimise eest, eeldaks ADS-i testimine ADS-i käitumise jälgimist peaaegu lõpmatult suures hulgas stsenaariumites, et teha kindlaks nõutav ohutustase.

Selle lõputöö projekti keskmes on meetodi määratlemine, mis aitab ohutusinseneridel simulaatoris välja töötada, määratleda ja rakendada stsenaariume nii, et a) saaks teha sisulisi võrdlusi inimjuhtidega ohutustasemetega kindlaksmääratud olukordades ja määratletud tingimustes et genereerida võrdlevaid ohutusprofiile ja b) oleks võimalik saavutada sünergiat maanteekatsetustega (et minimeerida testimiskulusid ja võimaldada katsesituatsioone, mida on maanteel raske katsetada).

Juhendajad: Jaak Vilo, Sulev Reisberg

Terviseandmed kogunevad arstide igapäevase töö käigus, sisaldades erinevat müra ja puudusi. Samas on need parimad andmed, mis meil on tervishoiusüsteemist. Pakutud doktorantuuri uurimistöö eesmärk on võimaldada esiteks kiireid ülevaateid erinevatel viisidel moodustatud patsiendi gruppidele, kasutades selleks staistilise üle-esindatuse analüüsi metoodikaid, mis on edukalt kasutuses nii bioinformaatikas geenide funktsiooni uurimisel kui geneetikas näiteks geenivariandi ja võimalike haigus-seoste tuvastamisel. Teiseks on patsiendi kohorte vaja jagada edasi alamgruppidesse, mis võimaldab minna detailsemaks alatüüpide ja omavahel sarnaste gruppide osas. Kolmandaks on vaja välja töötada lõppkasutaja tööriistad analüütikute ja meditsiinivaldkonna professionaalide jaoks, mis võimaldaks kiiret reaalajas andmeanalüütikat läbi viia. Täiendav keerukus tuleneb aja ja ajaliste seoste ning trajektooride aspektidest. 

Juhendajad:Marlon Dumas, Fredrik Milani, David Chapela de la Campa

Olemasolevad äriprotsesside optimeerimise lähenemised keskenduvad valdavalt protsesside strateegilisele ja taktilisele tasemele, eesmärgiga aidata ärianalüütikul tuvastada äriprotsesside muudatusi, mille mõjud avalduvad keskmises ajaraamis, ehk nädalate või kuude jooksul. Samas, operatiivtasandil optimeerimine, ehk protsessi jooksva täitmise mõjutamine otseste sekkumiste kaudu, võib samuti omada tugevat positiivset mõju protsessi üldisele jõudlusele.

Olemasolevad protsesside operatiivtasandil optimeerimise tehnikad keskenduvad ressursside jaotus- ja plaanimisprobleemidele, lähtudes eeldusest et protsess muutub aja jooksul vaid vähesel määral või ei muutu üldse. Samas, praktikas on protsessid pidevas muutuses ja sellest tulenevalt on protsesside operatiivtasandil optimeerimiseks vaja „kohanemisvõimelisemat“ lähenemist.

Käesoleva doktoritöö eesmärk on arendada tehnikaid äriprotsesside kohanemisvõimeliseks optimeerimiseks  operatiivtasandil. Anud eesmärk jaguneb kolmeks alameesmärgiks. Esiteks, arendada meetodid protsessijõudluse muutuste kiireks tuvastamiseks ja diagnoosimiseks. Teiseks, arendada meetodid määramaks jooksvaid sekkumisi protsessi jõudluse optimeerimiseks vastavalt eelnevalt tuvastatud muutustele. Kolmandaks, kasutada lühiajalist protsessi simuleerimist, et usaldusväärselt kvantifitseerida pakutud sekkumiste mõju.

Juhendaja: Radwa Mohamed El Emam El Shawi     

Viimastel aastatel on tehisintellekti ja keskkonnasäästlikkuse ristumine saanud märkimisväärset tähelepanu. Kuigi AutoML on osutunud ümberkujundavaks, muutes masinõppe mitteekspertidele kättesaadavaks, on nende automatiseeritud protsesside keskkonnamõjud jäänud tähelepanuta. Traditsioonilised AutoML-meetodid kipuvad prioriteetseks seadistuste kasuks, arvestamata piisavalt ressursimahukate arvutuste ja nendega seotud süsiniku jalajälje olulisust. Minu doktoritöö peamine eesmärk on lahendada automatiseeritud masinõppe (AutoML) protsesside suurenevat keskkonnamõju, arendades välja uuenduslikke lähenemisviise rohelise AutoML-i valdkonnas. Kuna masinõppe mudelid muutuvad üha keerukamaks ja üldlevinumaks, on nende arendamise arvutusnõuded tekitanud muret nende süsiniku jalajälje ja üldise keskkonnasäästlikkuse pärast. Sellele reageerimiseks on minu uurimistöö pühendunud tehisintellekti ja keskkonnaalase vastutuse ristumisele.

Juhendajad: Marlon Dumas, Fredrik Milani, David Chapela de la Campa

Olemasolevad protsessioptimeerimise lähenemised nõuavad kogenud äriprotsesside analüütikute töömahukat käsitsi pingutust, et analüüsida saadaolevaid äriprotsesside andmeid ja disainida ning hinnata erinevaid protsesside parendusvõimalusi. Sellest tulenevalt ei ole olemasolevad protsessioptimeerimise lähenemised skaleeruvad.

Käesolev doktoritöö projekt lahendab selle probleemi kombineerides protsessioptimeerimise tehnikaid generatiivse tehisaru meetoditega, täpsemalt suurte keelemudelitega (LLM). Oodatud tulem on LLM-põhine meetod ja tööriist, mis võtab sisendiks protsessi optimeerimise eesmärgid ja ärianalüütiku poolt püstitatud küsimused ning mis asub ärianalüütikuga vestlusesse aidates ärianalüütikul mõista kuidas ta saab oma eesmärke saavutada. Antud tööriist tugineb äriprotsessi täitmise andmetele, ärireeglitele, organisatsiooni kirjalikele eeskirjadele, ja teistele sisenditele, et mõista, milliseid muudatusi võib protsessi optimeerimise eesmärkide saavutamiseks äriprotsessis teostada ja kuidas vastata ärianalüütiku poolt püstitatud küsimustele. Antud tööriist tugineb lisaks äriprotsesside simuleerimise ja optimeerimise tehnikatele et automaatselt uurida optimeerimisvõimaluste ruumi lähtuvalt kasutaja poolsetest sisenditest.

Käesoleva doktoritöö projekti tulemusel loodav meetod ja tööriist peaks vähendama äriprotsesside optimeerimisstrateegiate defineerimiseks kuluvat aega, samal ajal eeldades kasutajalt vähem oskusteavet võrreldes olemasolevate meetoditega. Antud hüpoteesi testimiseks viiakse läbi vastavad juhtumi- ja kasutajauuringud.

Juhendajad: Raul Vicente Zafra, Jaan Aru

See uurimus pakub uut lähenemist imetajate ruumilise navigeerimise võtmekomponendi, heksagonaalsete võremustrite kujunemise mõistmiseks võrerakkudes. Lihtsustades neuraalvälja mudeleid lainevõrranditeks, on meie eesmärk sildada lõhe neuraaldünaamika ja matemaatilise mustritekke teooria vahel. See meetodika lubab paljastada võrerakkude mustrite kujunemise aluseks olevaid mehhanisme, pakkudes teadmisi neuraalse aktiivsuse ja ruumilise tunnetuse keerulise koosmõju kohta. Teoreetilise arenduse, arvutuslike simulatsioonide ja empiiriliste andmete analüüsi kombinatsiooni kaudu püüab see projekt pakkuda kõikehõlmavat mudelit võrerakkude funktsiooni kohta, millel on potentsiaalsed rakendused üldise kortikaalse teooria ja ruumiliste esituste tehisintellekti süsteemide arendamise jaoks.

Juhendajad: Marek Oja, Kerli Mooses

Ravijuhendite ja -teekondade eesmärk on parandada ravikvaliteeti, patsiendi ohutust ja tagada efektiivne resursside kasutamine tervishoiusüsteemis. Päriselu andmed, mis pärinevad raviarvetest, elektroonilistest terviseandmetest ja retseptiravimite andmebaasist võimaldavad saada paremat ülevaadet tegelikust olukorrast aga ka ajas toimunud muutustest, andes olulist sisend ravijuhendite- ja teekondade arendamisesse ja hindamisesse. See omakorda aitab kaasa tervishoiuteenuste kvaliteedi parandamisele.

Käesoleva projekti eesmärk on parandada terviseandmete teisest kasutamist ravijuhendite ja -teekondade loomisel, jälgimisel ja hindamisel. Projekti raames luuakse standardiseeritud taaskasutatavad lahendused (nt R pakett), millega saab lihtsalt hankida ja visualiseerida ravijuhendite ja -teekondade loomiseks ja hindamiseks vajalikke andmeid ning hinnata kõrvalekaldeid ravijuhenditest ja -teekondades koos kuluga tervishoiusüsteemile. Projekti elluviimisel kasutatakse Eesti rahvastiku suhtes esinduslikku andmebaasi, mis sisaldab kõiki retseptiandmeid ning tervisesündusi digiloost ja raviarvetest. Antud andmebaas on viidud OMOP CDM andmemudelile, mis lihtsustab loodava lahenduse rakendatavust rahvusvaheliselt.

Juhendaja: Raimundas Matulevičius

AI/ML rakendatakse erinevates valdkondades (isejuhtivad autod, finants, tervishoid jne), kus erinevad osapooled ja süsteemid edastavad tundlikke andmeid ja otsuseid. Seega on AI/ML süsteemides kasutatavate andmete ja teabe kaitsmine pigem vajadus kui võimalus. Siinne lõputöö uurib, kuidas AI/ML meetodeid saab kasutada kaitse- ja ründeturbe jaoks. Samuti uuritakse AI/ML süsteemide turvariske ja nende leevendamise viise. Lõpuks vaadeldakse, millised turvanõuded tuleks kehtestada AI ja ML süsteemide turvamiseks ja kuidas turvameetmed aitavad hallata AI/ML tehnoloogiaga seotud riske.

Juhendaja: Dmytro Fishman

Selle projekti üldeesmärk on tõhusalt kasutada olemasolevaid biomeditsiinilisi pildiandmeid, kasutades ära olemasolevate süvaõppe lähenemisviiside tugevusi ja arendades uusi innovatiivsete strateegiate abil. See eesmärk on käsitleda traditsiooniliste CNN-mudelite, nagu U-Net, piiranguid keerukate rakkude piltide töötlemisel ja transformer-mudelite suuri arvutusnõudmisi. Integreerides CNNide ja transformerite eeliseid, pakume hübriidmudeli lähenemist, et parandada nii semantilise kui ka instantsi segmenteerimise võimekust. Illia Tsiporenko varajane töö Swin-UperNet mudeliga, lisades dekonvolutsioonikihte, on näidanud täpsuse paranemist säilitades samal ajal efektiivsust. Lisaks kavatseme laiendada oma metoodikat, et hõlmata multimodaalset lähenemist CLIPiga, integreerides tekstilist meta-teavet pildiandmetega põhjalikumaks analüüsiks. See algatus püüab transformeerida biomeditsiinilise pildianalüüsi, luues tõhusad, kohandatavad mudelid, mis kasutavad piiratud andmeallikaid maksimaalselt ära.

Juhendaja: Mark Fišel

Suurte keelemudelite (LLMide) esiletõus on revolutsiooniliselt muutnud keeletehnoloogia valdkonda. Siiski, praeguse treenimismetoodikaga saab kõrgekvaliteetseid LLM-e luua ainult keeltele, mille jaoks on olemas rikkalikud tekstiandmekogumid. See aga jätab välja märkimisväärse osa maailma keeltest, mis selliseid ressursse ei oma. Lisaks sõltub uute keelte jaoks LLMide arendamine nende keelte jaoks olemasolevate võrdlusandmekogumite olemasolust. Nende loomine on väga kallis ning sõltub nende keelte kõnelejate olemasolust, mis takistab veelgi rohkem suuremahulisi jõupingutusi madalressurssiliste keeleperekondade toetamisel. Selles projektis keskendume LLMide arendamisele ja hindamisele soome-ugri keelte jaoks, perekonda kuuluvad keskmise ressursiga keeled (eesti, soome, ungari), madalressurssilised keeled (saami keeled, komi jt) ning äärmiselt madalressurssilised keeled (liivi, vadja jt).
Kandidaadil peaks olema tugev taust keeletehnoloogias ja matemaatikas ning tekstitöötluse ja närvivõrkude treenimise ja hindamise kogemus.

Juhendaja: Mark Fišel

Teksti automaatkorrektuur on keeletehnoloogia valdkond, kus on kättesaadavad eriti rangelt piiratud tekstilised ressursid kõigile keeltele va inglise keel. Samal ajal on see väga oluline keelte digitaalseks toetamiseks nii emakeelena kõnelejatele kui ka keeleõppijatele. Selle projekti raames püüame välja töötada suurte keelemudelite abil väikese ressursiga keelte, sealhulgas eesti keele tekstikorrektuuri mudelid. Läheneme sellele nii suletud kaubanduslike lahenduste (nagu GPT4) distilleerimise kui ka avatud lähtekoodiga keelemudelite peenhäälestamise nurga alt, et täita ülesandeid teksti automaatses korrigeerimises, sealhulgas grammatiliste vigade parandamisel ja murde normaliseerimisel.

Kandidaadil peaks olema tugev taust keeletehnoloogias ning kogemus tekstitöötluse, keelemudelite promptimise ja närvivõrkude treenimise ja hindamisega.

Juhendaja: Dirk Oliver Jim Theis

Kvantarvutamine liigub aeglaselt veatolerantsuse ajastusse. Üleminek suurendab oluliselt tarkvara keerukust, nii firmware'is kui ka kujundustööriistades nagu kompilaatorid. Veasündroomide paralleelne dekodeerimine, koodispetsiifilised kvantloogika väravapõhjad, loogilised kubitid igasuguses suuruses ja kujus - kõik see tuleb lahendada nii disaini tasemel kui ka selle verifitseerimise tasemel.

Horisont-EL rahastatud OpenSuperQPlus projekti raames panustab Tartu Ülikool kompilaatori ja verifitseerimismetoodika ning tarkvara arendamisse. Avatakse kaks doktoriõppe projektuuri, üks igas valdkonnas. Kompilaatoritega tegelevas projektis arendatakse veatolerantse kvantarvutuse vaheetappide esitusi Multi-Level Intermediate Representations (LLVM-MLIR) raames. Verifitseerimisprojekt alustab jämejagatud testimisega, mis põhineb stabilisaator-formalismil ja ZXH-kalkulil, ja liigub edasi efektiivsete üksuse testimise metoodikate poole. Projektid aitavad kaasa uusimate kvantarvutuse kujundamise oskuste ülekandele Eesti tööjõusse.

Teadmussiirdedoktorantuur, nooremteadur

Juhendajad: Kallol Roy, Madis Kiisk (GScan OÜ)

Sekundaarkosmilisel kiirgusel põhinev tomograafia (CRT, müüontomograafia) kasutab kehade sisestruktuuride kolmedimensionaalseks kuvamiseks atmosfääris tekkivat kõrge energiaga müüon- ja elektronkiirgust, võimaldades võtta meetod kasutusele sellistes sektorites nagu julgestusrakendused, infrastruktuuri seisukorra hindamine või meditsiinilise diagnostikameetodina. See meetod kasutab materjalide eristamiseks müüonide hajumise mõõteandmeid, mille eesmärgiks on saavutada 3D-kuvamise võime, mis on vajalik eelpoolnimetatud rakenduste realiseerimiseks. Võrreldes röntgenitehnoloogiaga võimaldab CRT lisaks 3D-kuvale ka materjalide koostise analüüsi CRT rakendamine nõuab aga süsteemi mõõtevõime olulist kasvatamist, CRT peab suutma hakkama saada lühikese mõõteajaga, kuid nõuded kuva resolutsioonile ning materjalide klassifitseerimisele on kõrged. See projekt tutvustab süvamasinõppel (ML) põhinevat meetodit kujutise 3D-kuvaks (tomograafiliseks rekonstrueerimiseks) ja materjalide klassifitseerimiseks. Meetod kasutab diferentseeritavat programmeerimist (DP), et luua paindlikke ML-mudeleid, mis on treenitud müüoni mõõteandmetele. Need mudelid kohanduvad dünaamiliselt sisendandmete ja detektori konfiguratsioonidega, edestades konventsionaalseid meetodeid, kuna võimaldavad õppida modelleerimist otse treeningandmetest, mis viib uuenduslike lahendusteni keerukates, mitteintuitiivsetes lahendusolukordades.

Juhendajad: Rutha Jäger, Jaak Nerut, Enn Lust

Vesinikku kasutatakse erinevates rakendustes (nt kütuseks või lähteainena keemiatööstuses) ning eeldatakse, et vesiniku nõudlus maailmas kahekordistub 2030. aastaks 94 miljonilt tonnilt 180 miljonile tonnile. Hetkel toodetakse vesinikku peamiselt fossiilkütustest, millega kaasneb ulatuslik CO2 heide. Vee elektrolüüs kasutades taastuvenergiat on üheks jätkusuutlikuks lahenduseks CO2- vaba rohevesiniku tootmisel. Üheks eefektiivsemaks elektrolüüseri tüübiks on prootonvahetusmembraan-elektrolüüser (PEMEL). Kuna PEMELis kasutatakse hetkel veel elektroodide materjalides suures koguses plaatinarühma metalle, nagu Pt ja Ir (või Ru), on nende elektrolüüserite masstootmine kallis ja piiratud väärismetallide kättesaadavusega. 6 Seetõttu omab kriitilist tähtsust uudsete elektroodimaterjalide väljatöötamine. Üheks võimaluseks on vähendada väärismetallide kogust elektroodides. Teiseks variandiks on uute mitteväärismetalli sisaldavate katalüsaatorite süntees ja kasutamine. On leitud, et erinevate elementide lisamine Ir või Ir-Ru oksiididesse muudab nende elektroonilist struktuuri, suurendades seeläbi PEMELi katalüütilist aktiivsust ja vastupidavust. Projekti eesmärk on sünteesida haruldaste muldmetallide oksiide sisaldavaid katalüsaatoreid ning uurida nende aktiivsust PEMELis. Töös kasutatakse sünteesitud materjalide omaduste kirjeldamiseks erinevaid füüsikalisi meetodeid ja uuritakse nende seost elektrokeemilise aktiivsusega mõistmaks katalüsaatorite toimivust PEMELis.

Juhendajad: : Rasmus Palm, Enn Lust, Jaak Nerut, Angélica María Baena Moncada

Metall-orgaanilised võrestikud (MOVd) on mitmekesine materjalide klass erinevate meso- ja mikropoorsete struktuuride ja erinevate metalli- ja heteroaatomite hõlmamise poolest. MOV-e karboniseerimise tulemusena saadakse suure poorsusega materjalid, kus katalüütiliselt aktiivsed funktsionaal-tsentrid on ühtlased üle materjali jaotatud olles seega hästi kättesaadavad reagentidele. Doktoriprojekti eesmärk on sünteesida ja karboniseerida MOV-sid eesmärgiga valmistada kõrgelt funktsionaalsed katalüütiliselt aktiivsed mudel katalüsaator/süsinikmaterjalid. Doktoriprojektis kasutatakse MOV päritolu materjale selleks, et uurida erinevate aktiivtsentrite mõju süsinikmaterjalis adsorbaat/adsorbent interaktsioonile, mis on tähtis energia hoiustuse ja muundamise rakendustes. Doktoriprojektis uuritakse MOV päritolu süsinikel eelkirjeldatud aktiivtsentrite mõju adsorbent/adsorbaat interaktsioonidele mis omavad tähtsust energia hoiustamise ja muundamise rakenduses. Projekt hõlmab MOV päritolu süsinike kasutamist uurimaks aktiivtsentrite mõju vesiniku adsorptsioonile ja vesiniku erilisele massiülekande (ingl. k. spillover) efektile, katalüütilisele nanokinnistatud hüdriidide vesiniku salvestuse võimekusele ning hapniku redutseerimise reaktsiooni katalüütilisele aktiivsusele. Doktoriprojekt hõlmab erinevaid eksperimentaalmeetodeid nagu näiteks gaasi adsorptsioon, röntgendifraktsioon, Raman spektroskoopia ja muud. Lisaks kasutatakse neutronhajumise meetodeid uurimaks materjalide peenstruktuure ja nende mõju protsesside karakteristikutele MOV põhistel süsinikel energia salvestamise- ja muundamise protsessides.

Juhendajad: Rasmus Palm, Enn Lust, Thomas Thomberg

Keemiliselt puhaste ja kõrge mikropoorsusega süsinikmaterjalide süntees omab suurt huvi mitmete rakenduste jaoks, kaasaarvatud energeetiliselt väärtuslike gaaside adsorptsioon ning gaasi segudest eraldamine. Elektroformeerimise meetodiga valmistatakse nanoosakeste lisanditega polümeermembraane, kus nanoosakesi tekitav lähteaine lisatakse elektroformeerimise käigus. Suure mikropoorsusega süsinikfiibrid sünteesitakse karboniseerimise teel eelmainitud keemiliselt aktiveeriva lisandiga polümeermembraanidest. Projekt keskendub erinevate elektroformeerimise, keemiliselt aktiveeriva lisandi, ning karboniseerimise metoodikate kasutamisele selleks, et sünteesida keemiliselt puhtaid kõrge mikropoorsusega süsinikfiibreid millel oleks optimaalne poorne struktuur vesiniku salvestamise ja eraldamise rakenduste jaoks. Valmistatud polümeermembraane ja süsinikfiibreid karakteriseeritakse, et teha kindlaks nende poorsus, struktuur, koostis ning fiibrite morfoloogia ja suurusjaotus (või jaotus suuruse järgi). Süsinikfiibrite vesiniku salvestuse ja eraldamise võimekus määratakse erinevate gaaside adsorptsiooni mõõtmistest. Neutronhajumise meetodeid kasutatakse vesiniku kinnistamise ja massi ülekande omaduste uurimiseks mikropoorsetel süsinikfiibritel ja süsinikfiibrite poorse struktuuri määramiseks. Arendatakse ja optimeeritakse uudseid sünteesimeetodeid funktsionaalsete mikropoorsete süsinikmaterjalide tootmiseks ning sünteesitud materjale kasutatakse mudel- ja tehniliste materjalidena gaasi hoiustamise ja eraldamise rakendustes.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Ivo Leito, Valter Kiisk

pH on kõige laialdasemalt kasutatav happelisuse mõõt, kuid praegusel ajal on korrektne, usaldusväärne ja laialdaselt rakendatav pH mõõtmine võimalik ainult faaside sisemuses, aga mitte faasidevahelistel piirpindadel. Selle projekti eesmärk on luua eksperimentaalne lähenemisviis, võimaldamaks korrektset pH mõõtmist vesilahuse (või vesi-orgaanilise segu) ja mittevesikeskkonna (mittepolaarne lahusti) või gaasi (õhk) vahelistel piirpindadel, tuginedes ühtsele happelisuse skaalale (pHabs) ja rakendada seda lähenemisviisi mõnede teaduslike probleemide puhul, mille puhul pH faasidevahelisel piirpinnal on oluline. Mõõtemeetod piirpindadel pH mõõtmiseks saab põhinema pH erinevuste mõõtmisel piirpinna ja faasi sisemuse vahel rtiomeetriliste fluorestseeruvate pH-tundlike molekulaarsondide paaride abil.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendaja: Prof. Ago Rinken, Dr. Edijs Vavers

Sigma-1 retseptor (Sig1R) on intratsellulaarne šaperonvalk, mis moduleerib ka ekstratsellulaarsete vesiikulite (EV) vabanemist rakust. Uudse MultiBacMam ekspressioonisüsteemi rakendamine erivärviliste markervalkudega vesiikulite loomiseks ning täieliku fluorestsentsi sisepeegelduse mikroskoopial (TIRFM) põhise tundliku EV-de analüüsisüsteemi loomine võimaldab paremini uurida Sig1R-i sisaldavate EV-de omadusi ja funktsioone. Selle projekti käigus iseloomustatakse on Sig1R-seotud EV-sid, määrates nende suurust, sisalduvaid valke ning ka faktoreid, mis mõjutavad nende osakeste tekkimist rakkudest. Lisaks tahame välja arendada fluorestsentsil põhineva metoodika, mis võimaldaks määrata ligandide sidumist Sig1R-le ning mida saaks kasutada uute ravimkandidaatide sõelumiseks. See projekt annab meile uut informatsiooni rakusisese šaperoni rollist rakkudevahelises suhtluses, ning aitab paremini mõista Sig1R-ga seotud mehhanisme rakkudes.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Dr. Anni Allikalt, Dr. Tõnis Laasfeld, Dr. Dmytro Fishman

G-valguga seotud retseptoritel on oluline roll rakkude omavahelises suhtluses ja närvisignaali ülekandes. Häired signaaliülekanderadades on seotud mitmesuguste haigustega, mistõttu on need valgud ka tähtsateks ravimimärklaudadeks. Käesoleva uurimistöö laiemaks eesmärgiks on uurida G-valguga seotud retseptorite geneetilist varieeruvust inimpopulatsioonis. Selleks analüüsitakse olemasolevaid geeniandmeid, mille hulgast valitakse geneetilised mutatsioonid edasisteks eksperimentaalseteks katseteks. Nende käigus võrreldakse kliiniliselt kasutusel olevate ravimite interaktsiooni metsiktüüpi ja muteerunud valkudele. Antud doktoriprojekti põhieesmärgiks on erinevatest katsetüüpidest kogutud suure hulga andmete analüüsimine ja haldamine nii, et tulemused oleksid kättesaadavad ja mõistetevad ka teistele teadlastele. Sealhulgas on võimalik andmete põhjal luua masinõppel põhinevaid kvantitatiivseid struktuur-aktiivsus sõltuvuse mudeleid ka nende väärtuste virtuaalseks ennustamiseks. Kuna projekti üks põhilistest testmeetoditest on fluorestsentsmikroskoopia siis keskendutakse projekti raames detailsemalt mikroskoopia katsetest saadavate piltide analüüsi optimeerimisele. See võimaldaks muuta analüüsimeetodi tundlikumaks ning teeks võimalikuks ka väikeste erinevuste detekteerimise erinevate retseptori variantidel vahel.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Koit Herodes, Ivari Kaljurand

Loodusest on leitud tuhandeid inimtekkelisi fluoroühendeid, millest enamik on kas tõestatult või arvatavalt toksilised ja paljud on keskkonnas väga püsivad. Seega on oluline suuta määrata nende esinemist ja sisaldusi keskkonnas. Olemasolevatel meetoditel on olulisi puudusi nii selektiivsuse, identifitseerimise kui ka kvantitatiivse määramise osas. Käesolevas töö eesmärgiks on luua LC-MS ja 19F NMR põhise sünergistliku analüüsiplatvorm fluoroühendite määramiseks, milles mõlemad meetodid saavad kasutada oma eeliseid ning kompenseerivad vastastikku puudusi. LC-MS tagab tundliku detekteerimise ja identifitseerimise, samas kui tipptasemel 19F NMR – kasutades krüopead, hüperpolarisatsiooni (SABRE, Photo-CIDNP) jne – tagab kõikehõlmava ülevaate proovis esinevatest fluoroühenditest, täpse kvantiseerimise ja panustab identifitseerimisse. Töö tulemusena võiks valmida kõige ulatuslikum olemasolev pilt (vormistatuna andmebaasina) vesikeskkonnas esinevatest fluoroühenditest.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Jaanus Harro, Mati Karelson, Margus Kanarik

Hiljutised uuringud näitavad, et mRNA adenosiini N6-positsioonis oleva aminorühma metülatsioon (m6A) mõjutab translatsiooni efektiivsust ja võib olla seotud stressiga seotud häirete väljakujunemisega. Sellest lähtuvalt on mRNA metülatsiooni reguleerimise eest vastutavad ensüümid ka uus võimalik sihtmärk farmakoloogiliseks sekkumiseks - prof. M. Karelson ja kolleegid on välja töötanud mitu madal-molekulaarset ravimit, mis moduleerivad efektiivselt metüültransferaaside ja demetülaaside aktiivsust. mRNA METTL3/METTL14 metüültransferaasi aktivaator CHMA1004, esimene omataoline, kaitseb rottidel tõhusalt dopamiini neuroneid neurotoksilisuse eest, sama toimega on ka demetülaas FTO inhibiitor. CHMA1004 süsteemne akuutne ja subkrooniline manustamine mõjub rottide käitumisele aktiveerivalt, anksiolüütiliselt ja antidepressiivselt. Käesoleva doktoriprojekti eesmärk on: selgitada mitme uue mRNA-d modifitseeriva ravimi farmakokineetilisi omadusi ning soost ja annusest sõltuvat mõju rottide käitumisele liikumisaktiivsuse, ärevuse- ja depressioonilaadse käitumise testides; määrata kindlaks ajupiirkonnad, kus epitranskriptoomilised modifitseerijad ja neurotroofilised faktorid põhjustavad mRNA metüleerimistasemete muutusi (analüüsitakse UHPLC abil koos MSdetektoriga); määrata kindlaks geenid ja bioloogilised rajad, mille transkripte mõjutab mRNA modifikaatorite ja neurotroofsete faktorite manustamine (analüüsitakse RT-PCR ja RNA m6A sekveneerimise abil); ja määrata kindlaks mRNA-d modifitseerivate ravimite mõju monoamiinide neurokeemiale (analüüsitakse HPLC ja elektrokeemilise detekteerimisega). Me eeldame, et suurenenud m6A metüleerimine ärevusega seotud ajupiirkondades mõjub anksiolüütiliselt ja soovime tuvastada uusi molekulaarseid sihtmärke ravimite arendamiseks.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Siim Salmar, Jaak Järv, Siobhan O. Matthews

Männipuidu mehaaniline väärindamine on Eestis maailmatasemel, mille üheks näiteks on Barrus AS, mis on Kagu-Eestis asuv Euroopa juhtiv sõrmjätkude ja liimpuidust männikomponentide tootja, sihtturuna ukse ja akna tootjad. Tootmisprotsessist jääb aga üle 200 000 m3 jääke aastas (Eestis ja Baltikumis kokku üle 10 miljoni m3 ), mis aga läheb peamiselt pelletitena odavaks energiaks. Männipuidus on ohtralt ekstraktiivühendeid nagu vaikhapped, lipiidid, lignoolid jpm., mis ei võimalda seda biomassi kasutada ressursina töötavate biorafineerimise tehnoloogiatega. Tartu Ülikooli Puidukeemia ja Biotöötluse Tuumiklaboratoorium on koostöös Barrus AS-iga kavandanud Ph.D. projekti, mis keskendub männipuidu uudse väärindamise tehnoloogia arendamisele eesmärgiga leida optimaalseimad tehnoloogilised ja majanduslikud lahendused puidu biorafineerimiseks. Ülekriitiliste fluidumite kasutamine bioaktiivsete ainete ekstraheerimisel on ennast tõestanud farmaatsia ja toiduainete tööstuses. Antud projektis teeme koostööd maailma ühe juhtiva ülekriitiliste fluidumite tehnoloogiate arendajaga, SCF Processing Ltd., leidmaks võimalusi männipuidu vajalikuks eeltöötluseks, et eraldada selektiivselt ekstraktiivaineid. Projekti raames testitakse erinevaid ülekriitiliste fluidumite kasutamise viise, mille tulemusena saadakse vajalikud parameetrid piloot skaalas reaktori disainimiseks Tartu Ülikooli. Analüüsitakse ja leitakse väärtuslikud rakendused männipuidu ekstraktiivkomponentidele ja lignotselluloosi biomassile, andmaks sisendi integreeritud männipuidu biorafineerimisele.

Eriala esindaja kontakt: Heili Kasuk, heili.kasuk@ut.ee, 7376626, 521 0406

Juhendajad: Rasmus Palm, Enn Lust, Thomas Thomberg, Angélica María Baena Moncada

Metall-orgaanilised võrestikud (MOVd) on mitmekesine materjalide klass erinevate meso- ja mikropoorsete struktuuride ja erinevate metalli- ja heteroaatomite hõlmamise poolest. MOV-e karboniseerimise tulemusena saadakse suure poorsusega materjalid, kus katalüütiliselt aktiivsed funktsionaal-tsentrid on ühtlaselt jaotatud üle materjali, olles seega väga hästi kättesaadavad reagentidele. Antud PhD projekti eesmärk on sünteesida ja karboniseerida MOV-sid eesmärgiga saada kõrgelt funktsionaalsed katalüütiliselt aktiivsed mudel süsinikmaterjalid. MOV päritolu materjale kasutatakse selleks et uurida erinevate aktiivtsentrite mõju süsinikmaterjalis adsorbaat/adsorbent interaktsioonile, mis on tähtis energia hoiustuse ja muundamise rakendustes. Antud PhD projekti fookuses on sünteesida, karboniseerida ning füüsikaliselt karakteriseerida MOV põhiseid materjale. See sisaldab MOV sünteesi ja karboniseerimise metoodika optimeerimist eesmärgiga saada kõrge poorsusega materjale, milles on peen-häälestatud suure ligipääsetavusega aktiivtsentrid. Antud peen-häälestatud aktiivtsentrid oleksid huvialused uurimaks vesiniku adsorptsiooni ja vesiniku ülekande (ingl. k. spillover) efekti, katalüütilise toetusmaterjalina nanokinnistatud hüdriidide jaoks ning katalüütilise tsentrina hapniku redutseerimise reaktsiooni jaoks. PhD projekt hõlmab sünteesitud materjalide füüsikalist karakteriseerimist meetoditega nagu näiteks gaasi adsorptsioon, röntgendifraktsioon ja Raman spektroskoopia. Lisaks osaletakse ja töötatakse neutron hajumise eksperimentidel eesmärgiga uurimaks MOV sünteesitud materjalide poorseid struktuure ja erinevaid protsesse nendel materjalidel, mis on huvialused energia salvestuse ja energia elektrokatalüütilise muundamise rakenduste jaoks.

Juhendajad: Veljo Kisand, Kristel Panksep, Leho Tedersoo

Ligi 70% Maa pindalast on kaetud veega ning on teada, et seentel on oluline ökoloogiline roll veekogude aineringes. Võrreldes maismaa seentega on veeseeni väga vähe uuritud ning nende levikut ei ole senini põhjalikult kirjeldatud. Projekti eesmärk on uurida veeseeni magevee- ja estuaaride elupaikades üle Euroopa. Projektis kasutakse tipptasemel molekulaarseid meetodeid seeneliikide tuvastamiseks ning viimaseid bioinformaatilisi ja statistilisi meetodeid nende liikide bioloogilise mitmekesisuse mõistmiseks. Projekti käigus uuritakse veeseente elupaiku, liigirikkust ja rolli veekogude aineringes. Projekti tulemused aitavad teadlastel ja otsustajatel välja töötada tõhusaid kaitsemeetmeid nende oluliste organismide säilitamiseks ja veekogude hea seisundi tagamiseks.

Juhendajad: Hanna Hõrak, Ebe Merilo

 Õhulõhed on väikesed avad lehtedes, mille kaudu siseneb taimedesse süsihappegaas ja väljub vesi. Õhulõhede kaudu sisenevad taimedesse ka haigustekitajad ja saasteained. Õhulõhede arv ja avatus mõjutavad taimede gaasivahetustunnuseid, kasvu, haiguskindlust ja saagikust. Enamikul taimedel on õhulõhed ainult lehe alaküljel, kuid mõnedel amfistomaatsetel taimeliikidel tekivad õhulõhed ka lehe ülemisele küljele. Viimaste hulka kuulub ka mudeltaim harilik müürlook (Arabidopsis thaliana). Sellest, kuidas ülemised õhulõhed lehtedes tekivad ja missugune on nende roll taimede gaasivahetuse, kasvu, saagikuse ja haiguskindluse mõjutamisel on seni väga vähe teada. Projekti eesmärgiks on selgitada, kuidas tekivad lehe ülemise külje õhulõhed harilikus müürloogas ja kuidas mõjutab lehe ülemise ja alumise külje õhulõhede tiheduste suhe taimede gaasivahetust, kasvu ja stressitaluvust. Projekti käigus isoleeritakse muutunud lehe ülemise külje õhulõhede tihedusega taimeliinid, selgitatakse taimehormoon abstsiishappe rolli õhulõhede suhte kujunemisel ja iseloomustatakse gaasivahetustunnuseid ja kasvu tava- ja stressitingimustes erineva õhulõhede suhtega taimeliinides. Projekti tulemusena mõistame paremini lehe ülemise külje õhulõhede rolli taimefüsioloogias ja põllumajanduslikult oluliste tunnuste kujunemises.

Juhendajad: Dr. Kuno Kasak, Dr. Evelyn Uuemaa

Süsinikdioksiidi ja metaani taseme tõus atmosfääris põhjustab kliimamuutusi, mis omakorda põhjustab globaalset temperatuuri tõusu ja mõjutab ökosüsteeme. Kliimamuutuste seisukohalt on ühed olulisemad ökosüsteemid märgalad, mis on olulised süsiniku sidujad ja -salvestajad. Samas seavad need ökosüsteemid oma keerukuse tõttu väljakutseid süsinikuringe uurimisse. Kogu märgalas toimuva süsinikuringe üks olulisi aspekte on metaani emissioonid, mis soojenevas maailmas võivad märkimisväärselt kasvad ja seetõttu on nende protsesside tundmaõppimine olulise tähtsusega. Käesoleva doktoriprojekti eesmärk on kasutada Eesti märgalade ja rahvusvaheliste andmebaaside andmeid, et uurida metaani voo heterogeensust ja põhjuseid. Metaanivoogude täpsemaks hindamiseks kasutades kas masinõppe meetodeid. Doktoritöö peamised eesmärgid on a) analüüsida kasvuhoonegaasi voogude kuumpunkte (hot spot’s) ja episoodilisi kõrgendatud vooge (hot moment’s) märgaladel erinevates kliimavööndites; b) analüüsida kasvuhoonegaaside voogude ruumilist ja ajalist heterogeensust erinevatel märgaladel ja c) saadud tulemuste laiendamine globaalsele skaalale kasutades kaugseire andmeid ja masinõpet. Põhiuuringud viiakse läbi kolmes märgala ökosüsteemis Eestis ja viiel märgalal Californias Sacramento-San Joaquini deltas ning koostöös teiste rahvusvaheliste partneritega Euroopas, Aasias ja Ameerika Ühendriikides.

Juhendajad: Lea Hallik, Margit Aun

Märgalad pakuvad mitmeid ökosüsteemi teenuseid ja neil on oluline roll kliimamuutuste mõjude, näiteks üleujutuste ja põudade leevendamisel. Mõistmine, kuidas taastatud märgalad kliimamuutustele reageerivad, aitab parandata kliimamuutustele kohanemise strateegiaid nii looduse kui ka ümbritsevate kogukondade jaoks. Maa seire (EO) andmed satelliitidelt võimaldavad kiiresti ja korduvalt katta suuri alasid, pakkudes kulutõhusat viisi jälgida ökosüsteemi taastamistööde mõju terve maastiku skaalas standardiseeritud viisil. COPERNICUS teenuste kaudu on tänapäeval saadaval enneolematult palju ajaliselt ja ruumiliselt pidevaid andmeid. Seal hulgas kliimaprognoosid, mis ennustavad erinevas ajaskaalas tuleviku kliimatingimusi ning ajaloolise kliima andmebaasid nagu ERA5, mis pakuvad ruumiliselt pidevaid andmeid kliimatingimuste kohta minevikus. Satelliitidel põhinevate kaugseire andmete kombineerimine varasema kliimateabega võimaldab tuvastada peamisi märgala ökosüsteemi taastamisedukust mõjutavaid tegureid, nagu sademete mustrid, temperatuurimuutused või inimtegevus. Kliimaprognooside integreerimine kaugseire andmetega süvendab meie arusaama sellest, kuidas märgalad reageerivad ökosüsteemi taastamistöödele kliimamuutuste kontekstis, võimaldades prognoosida taastuvat ökosüsteemi ohustavaid probleeme ja kasutada ennetavaid kohanemisstrateegiaid. Antud projekti eesmärgiks on töötada välja standardiseeritud kaugseire-põhised mõõtmisprotokollid ökosüsteemi taastamistööde edukuse pikaajaliseks monitooringuks märgaladel.

Eriala esindaja kontakt: Erko Jakobson, erko.jakobson@ut.ee

Juhendaja: Mihkel Pajusalu

Selle doktoriõppe projekti eesmärk on välja töötada kuukulguri digitaalne kaksik, et minimeerida süsteemi rikke ohtu Kuu pinnal ja kasutada seda seirevahendina kogu selle elutsükli jooksul. Lisaks uuritakse digitaalse kaksiku kasutamist kulguri füüsiliste ja tarkvaraga seotud aspektide optimeerimise ja kujundamise vahendina. Suurem osa projektist on pühendatud Tartu Observatooriumi ULYSSES simulaatori tööriistakomplekti täiustamisele ja arendamisele, et seda saaks kasutada digitaalse kaksiku keskkonnana. Projekti hilisemas faasis luuakse digitaalse kaksiku täpsuse kontrollimiseks füüsiline vaste. See projekt võimaldab potentsiaalsel doktorandil töötada paljudes erinevates teoreetilistes ja praktilistes probleem valdkondades nagu graafilise kasutajakeskkonna arendamine, robotsüsteemi liidesed ja andmevoogude töötlemine.

Eriala esindaja kontakt: Erko Jakobson, erko.jakobson@ut.ee

Juhendajad: Indrek Vurm, Anna Aret

Hiljuti avastatud üliheledad supernoovad kuuluvad Universumi võimsaimate plahvatuste hulka, mistõttu on nad vaadeldavad suurte kaugusteni ning kannavad infot Universumi kohta ajast, mil viimase vanus oli vaid murdosa praegusest. Kuigi sarnaselt harilike nn. tuuma kollapsiga supernoovadega on ka üliheledate supernoovade puhul tegemist massiivse tähe evolutsiooni lõppstaadiumiga, on alust arvata, et nende energiaallikad on fundamentaalselt erinevad. Ühe juhtivama mudeli kohaselt on viimaste puhul tegemist plahvatuse algstaadiumis tähe keskmes tekkiva ülitiheda, kiiresti pöörleva ning tugevalt magnetiseeritud neutrontähe – magnetariga, mis plahvatusele järgnevate nädalate-kuude jooksul jätkab väljapaisatud ainesse seestpoolt energia lisamist. Käesoleva projekti eesmärgiks on paremini mõista erinevaid füüsikalisi ja kiirguslikke mehhanisme, mis nimetud mudeli kontekstis vaadeldava kiirguse moodustumisel olulist rolli mängivad. Projekti raames kasutatakse Tartu Observatooriumis välja töötatud numbrilisi simulatsioone, et luua füüsikaliselt motiveeritud seos plahvatava tähe, viimase südames töötava(te) energiaallika(te) ning väljapaisatava täheaine välispinnalt vaatlejani saabuva mitmediapasoonilise kiirguse omaduste vahel. Arvukate heledate supernoovade süstemaatiline modelleerimine võimaldab teha kaugemaleulatuvaid järeldusi nii nende tekkeks vajalike tingimuste, plahvatuse mehhanismide, nende eelaseks olevate tähtede ning neid ümbritseva keskkonna kohta, ning loob eeldused nende kasutamiseks uut tüüpi kosmoloogiliste majakatena kauge Universumi uurimiseks.

Eriala esindaja kontakt: Erko Jakobson, erko.jakobson@ut.ee

Juhendaja: Jan Pisek

Lehtede nurga jaotus (LAD) on võtmeparameeter mudelites, mis on kasulikud fotosünteesi, aurustumise, kiirguse ülekande ja spektraalse peegelduvuse protsesside mõistmiseks. Vaatamata paljude mudelite tugevale tundlikkusele LAD-i varieeruvuse suhtes, muudab LAD-i mõõtmise raskused selle üheks kõige kehvemini piiratud parameetriks. Satelliidi kaugseire on praegu ainus tehnoloogia, mis suudab pakkuda ühtseid andmeid suurte alade ja pikema aja jooksul. Mitme nurga kaugseire võimaldab meil nüüd kirjeldada pinna omadusi vahenditega, mis pole ühe nurga andmete abil võimalikud. Selles doktoritöös töötatakse välja, testitakse ja rakendatakse uudset metoodikat, mis kasutab LAD-i leidmiseks mitme nurga andureid. LAD-i kohta teabe parandamine on oluline selle rolli ökoloogilise mõistmise edendamiseks päikesevalguse ja taimestiku võrastiku biofüüsikalises koostoimes ning see parandaks taimestiku dünaamika ennustamist ja prognoosihorisonte kogu maailmas.

Eriala esindaja kontakt: Erko Jakobson, erko.jakobson@ut.ee

Juhendajad: Elmo Tempel, Taavi Tuvikene

Doktoritöö on pühendatud kosmilise võrgustiku ja galaktikate omaduste uurimisele, kasutades uue põlvkonna spektroskoopiliste vaatlusprogrammide, 4MOSTi projekti kuuluvate WAVESi ja 4HSi andmeid. Nimetatud vaatlusprogrammid toovad endaga kaasa teadaolevate kaugustega galaktikate arvu hüppelise kasvu, mis omakorda toob esile enneolematult detailse pildi universumi kosmilisest võrgustikust. Need detailid võimaldavad uurida füüsikalisi protsesse, mis mõjutavad galaktikate evolutsiooni. Selleks on tarvis teha põhjalikke statistilisi analüüse ja võrrelda vaatlustest leitut moodsate hüdrodünaamiliste galaktikate evolutsiooni simulatsioonidega. Käesoleva doktoritöö oluliseks osaks on uute analüüsimeetodite arendamine, mis aitavad korrigeerida vaatluslikke selektsiooniefekte ja mis seeläbi võimaldavad saada tõetruu statistilise pildi galaktikatest kosmilises võrgustikus.

Juhendajad: Miia Rannikmäe, Regina Soobard, Karin Täht

Käesolev doktoritöö uurib Eesti gümnaasiumiõpilaste loodusainete õppimist mõjutavaid kognitiivseid ja afektiivseid tegureid ning nende omavahelisi interaktsioone. Täpsemalt keskendutakse töös ühelt poolt negatiivsetele emotsioonidele nagu ärevus (kartus eelseisva probleemi ees), mis võib õppimise kontekstis takistada õpilase tegelike teadmiste ja oskuste väljendamist, viia madalama soorituseni ning seetõttu omakorda ärevust suurendada. Õppimisega seotult on uuritud näiteks testi-, sooritus- ja teadusärevust. Teiselt poolt pööratakse doktoritöös tähelepanu erinevatele positiivsetele teguritele nagu loodusteaduslik kirjaoskus, enesetõhusus ja episteemilised uskumused, mille toetamise ja kujundamise kaudu ärevust vähendada. Doktoritöö teema on aktuaalne, arvestades, et viimased PISA uuringu tulemused näitasid Eesti õppijate tulemustes loodusteadustes olulist langust. Lisaks sellele on rahvusvahelise laste heaolu-uuringu põhjal langenud ka Eesti laste heaolu õpilasena. Õppimist ja heaolu toetav õpikeskkond ehk nüüdisaegne õpikäsitlus on aga Eesti hariduse tulevikku kujundavate dokumentide üks eesmärkidest. Doktoritöös uuritakse negatiivsete emotsioonide, ennekõike ärevuse erinevaid aspekte ainespetsiifiliselt nii bioloogias, füüsikas, geograafias kui ka keemias, analüüsitakse täiendavalt e-tasemetööde tulemusi ärevusega seotult ning töötatakse välja teoreetiline raamistik koos praktiliste suunistega loodusainete õppimisega seotud ärevuse vähendamiseks. Töö tulemused koos praktiliste suunistega ärevuse vähendamiseks on vajalikud nii haridusvaldkonna poliitika kujundamise kui praktilise õpetajatöö seisukohast.

Vastuvõtutingimused haridusteaduste programmi loodusteadusliku hariduse erialal:

• doktoritöö kavand
• intervjuu

Doktoritöö kavandi ja intervjuu maksimaalne võimalik punktisumma on 100 punkti, millest kumbki vastuvõtutingimus annab kuni 50 punkti. Intervjuule lubatakse kandidaadid, kelle doktoritöö kavandit hinnati vähemalt 70 protsendiga võimalikust punktide hulgast (ehk 35 punktiga). Vastuvõtutingimusi ei täida üliõpilaskandidaat, kelle kummagi vastuvõtutingimuse hindamise tulemus on vähem kui 70 protsenti võimalikust punktide hulgast (ehk alla 35 punkti).
 

Nõuded doktoritöö kavandi sisule ja vormile. Siit leiad ka kontakti, kelle poole pöörduda küsimustega.

Doktoritöö kavandi pikkuseks on kuni viis A4 formaadis lehekülge (kirjanduse loeteluta).

Kavandis:

·         esitatakse uurimisprobleem,

·         selgitatakse selle innovaatilisust ja tähtust, tuginedes teaduskirjandusele,

·         lahendamiseks kavandatud uurimismetoodikat ja vajalikke vahendeid

·  kirjeldatakse, kuidas oodatavad tulemused on olulised praktikas ja rahvusvahelises teaduskogukonnas.

Kavandile lisatakse kandidaadi poolt info, mille põhjal saab ülevaate kandidaadi teaduspotentsiaalist:

·    info senisest teaduslikust tegevusest (sh teadustöö ülesannet sisaldavatel ametikohtadel töötamine),

·    loend avaldatud teaduspublikatsioonidest ja esinemisest konverentsidel.

Kavandi hindamisel arvestatakse teema aktuaalsust ning CV-d kasutatakse kandidaadi eelduste hindamiseks.

Doktoritöö kavandi ja selle teostatavuse hindamise kriteeriumid (vastuvõtutingimuse täitmiseks on vajalik vähemalt 35 punkti):

1. doktoritöö innovaatilisus ja tähtsus (kuni 10 p);

2. uurimisprobleemi põhjendatus (kuni 10 p);

3. uurimismetoodika adekvaatsus (kuni 10 p);

4. kavandi teostatavus (kuni 5 p);

5. kandidaadi teaduspotentsiaal kavandipõhise doktoritöö tegemiseks (kuni 15 p).:

Sisseastumisintervjuul :

mõtestab kandidaat 5 minuti vältel inglise keeles lahti oma doktoritöö kavandi ja seejärel toimub kuni 25-minutiline intervjuu komisjoniga.

Intervjuu hindamise kriteeriumid (vastuvõtutingimuse täitmiseks on vajalik vähemalt 35 punkti):

1. oskus lahti mõtestada doktoritöö kavand (sh uurimisprobleem, seonduv teaduskirjandus, metoodika) (kuni 15 p);

2. motiveeritus õppimiseks haridusteaduse doktoriõppes ja töötamiseks valdkonnas (kuni 5 p);

3. laiem analüüsi- ja üldistusoskus pedagoogilistel teemadel (kuni 10 p);

4. orienteerumine Eesti ja maailma hariduselu probleemides (kuni 10 p);

5. eneseväljendusoskus (kõigil kandidaatidel inglise keeles väljendumise oskus, eesti keelt emakeelena kõnelevatel kandidaatidel lisaks eesti keeles väljendumise oskus) (kuni 10 p).

Eriala esindaja kontakt: Miia Rannikmäe, miia.rannikmae@ut.ee, 737 5083

Juhendajad: Heili Kasuk, Jack Holbrook

Uurimistöö käigus selgitatakse välja teadusetenduste mõju õpilaste loodusainete mõistmisele. Uuritakse kaasahaaravate teadusetenduste esitusviise ja meeldejäävate demonstratsioonide tõhusust, et kaardistada lühiajalised ja pikaajalised mõjud õpilaste teaduslikule kirjaoskusele, kognitiivsele õppimisele ning karjääriteadlikkusele. Lisaks sellele püütakse välja selgitada, kuidas loodusnähtuste põhjal loodud teadustemaatilised etendused soodustavad kriitilist mõtlemist ja seeläbi vastutustundlike otsuste langetamist. Teadusetenduste mõjuuuringud plaanitakse läbi viia 14–16- aastaste õpilaste seas kasutades valideeritud instrumenti ja fookusgrupi intervjuud. Eesmärk on mõõta õpilaste lühiajalist ja pikaajalist kognitiivset teadmist ning afektiivset mõju.

Vastuvõtutingimused haridusteaduste programmi loodusteadusliku hariduse erialal:

• doktoritöö kavand
• intervjuu

Doktoritöö kavandi ja intervjuu maksimaalne võimalik punktisumma on 100 punkti, millest kumbki vastuvõtutingimus annab kuni 50 punkti. Intervjuule lubatakse kandidaadid, kelle doktoritöö kavandit hinnati vähemalt 70 protsendiga võimalikust punktide hulgast (ehk 35 punktiga). Vastuvõtutingimusi ei täida üliõpilaskandidaat, kelle kummagi vastuvõtutingimuse hindamise tulemus on vähem kui 70 protsenti võimalikust punktide hulgast (ehk alla 35 punkti).
 

Nõuded doktoritöö kavandi sisule ja vormile. Siit leiad ka kontakti, kelle poole pöörduda küsimustega.

Doktoritöö kavandi pikkuseks on kuni viis A4 formaadis lehekülge (kirjanduse loeteluta).

Kavandis:

·         esitatakse uurimisprobleem,

·         selgitatakse selle innovaatilisust ja tähtust, tuginedes teaduskirjandusele,

·         lahendamiseks kavandatud uurimismetoodikat ja vajalikke vahendeid

·  kirjeldatakse, kuidas oodatavad tulemused on olulised praktikas ja rahvusvahelises teaduskogukonnas.

Kavandile lisatakse kandidaadi poolt info, mille põhjal saab ülevaate kandidaadi teaduspotentsiaalist:

·    info senisest teaduslikust tegevusest (sh teadustöö ülesannet sisaldavatel ametikohtadel töötamine),

·    loend avaldatud teaduspublikatsioonidest ja esinemisest konverentsidel.

Kavandi hindamisel arvestatakse teema aktuaalsust ning CV-d kasutatakse kandidaadi eelduste hindamiseks.

Doktoritöö kavandi ja selle teostatavuse hindamise kriteeriumid (vastuvõtutingimuse täitmiseks on vajalik vähemalt 35 punkti):

1. doktoritöö innovaatilisus ja tähtsus (kuni 10 p);

2. uurimisprobleemi põhjendatus (kuni 10 p);

3. uurimismetoodika adekvaatsus (kuni 10 p);

4. kavandi teostatavus (kuni 5 p);

5. kandidaadi teaduspotentsiaal kavandipõhise doktoritöö tegemiseks (kuni 15 p).:

Sisseastumisintervjuul :

mõtestab kandidaat 5 minuti vältel inglise keeles lahti oma doktoritöö kavandi ja seejärel toimub kuni 25-minutiline intervjuu komisjoniga.

Intervjuu hindamise kriteeriumid (vastuvõtutingimuse täitmiseks on vajalik vähemalt 35 punkti):

1. oskus lahti mõtestada doktoritöö kavand (sh uurimisprobleem, seonduv teaduskirjandus, metoodika) (kuni 15 p);

2. motiveeritus õppimiseks haridusteaduse doktoriõppes ja töötamiseks valdkonnas (kuni 5 p);

3. laiem analüüsi- ja üldistusoskus pedagoogilistel teemadel (kuni 10 p);

4. orienteerumine Eesti ja maailma hariduselu probleemides (kuni 10 p);

5. eneseväljendusoskus (kõigil kandidaatidel inglise keeles väljendumise oskus, eesti keelt emakeelena kõnelevatel kandidaatidel lisaks eesti keeles väljendumise oskus) (kuni 10 p).

Eriala esindaja kontakt: Miia Rannikmäe, miia.rannikmae@ut.ee, 737 5083

Juhendajad: Kristo Väljako, Ülo Reimaa

Käesoleva projekti keskne mõiste puudutab olukordi, kus üks objekt saab teises objektis esile kutsuda mingeid muutusi. Näiteks nagu sisendid toimivad automaatidel või sümmeetriad ruumil. Selliseid olukordi nimetatakse toimeteks. Kasutades automaadi analoogiat, saame, et toime on osaline, kui vaadeldav masin saab olla seisundis, kus selle käitumine on mingite sisendite korral defineerimata. Matemaatiliste objektide korral tavaliselt välditakse defineerimata olukordi, kuid vahel võivad osalised tehted olla kas vältimatud või lihtsaim viis mingi mõiste abstraheerimiseks. Toime mõiste variatsioone võib kohata kõikjal matemaatikas. Kuigi kõiki neist ei saa vaadata sama mõiste erijuhuna, saab mitmeid erinevaid toimeid ühiselt edukalt üldistada. Käesolev projekt loodab teha sama osaliste toimete jaoks – koguda kokku võimalikult palju laialt levinud ja heade omadustega erijuhte toimetest ning leida neile kõigile ühine vaatenurk. Kategooriateooria pakub sellisteks üldistusteks sobiva raamistiku – kuna toimeid tavaliselt vaadataksegi koos kõigi sarnaste toimetega kategooria konteksis, ning kuna on teada mitmeid üldkasutatavaid meetodeid kategoorias osaliste morfismide modelleerimiseks. Projekti sihiks olev vaatepunkt hoomaks vähemalt kõige tüüpilistemate toimivate objektide, nagu rühmade, monoidide, poolrühmade, ning nende mitmete rikastatud analoogide, nagu Hopfi algebrate, ringide ja Banachi algebrate, osaliste toimete juhtu. Nende struktuuride täielike toimete jaoks juba leidub kategoorne lähenemine. Üks ühtse lähenemise eeliseid on, et see aitab mitte eksitatud saada ühe spetsiifilise olukorra uurimisel esineda võivatest eripäradest. Kategooriateoreetiline lähenemine on aidanud selgida poolrühmade täielike toimete uurimisel ette tulund keerukuste tagamaid. Poolrühmade osaliste toimete uurimisel on ette tulunud veelgi enam eripärasid, ning antud projekti üheks eesmärgiks on selgitada nende eripärade esinemise põhjuseid abstraktsemast vaatepunktist.

Eriala esindajate kontaktid: Krista Fisher, krista.fischer@ut.ee, 515 3679, Johann Langemets, johann.langemets@ut.ee

Juhendajad: Arvet Pedas, Mikk Vikerpuur

Viimastel aastakümnetel on selgunud, et sageli kirjeldavad otsitava funktsiooni murrulisi (mitte-täisarvulist järku) tuletisi sisaldavad diferentsiaalvõrrandid vaadeldavate materjalide ja protsesside käitumist paremini kui klassikalised täisarvulist järku diferentsiaalvõrrandid. Praktikas kerkib aga järjest üles uusi ülesandeid, mille uurimiseks ei piisa konstantse järguga murruliste tuletiste kasutamisest, vaid on vaja rakendada diferentsiaalvõrrandeid, milles otsitava funktsiooni tuletiste järk on ajas pidevalt muutuv. Sellist tüüpi diferentsiaalvõrrandite uurimine on alles väga algjärgus, kuid on selge, et nende lahendid (kui nad leiduvad) ei ole üldjuhul siledad ja omavad teatavat tüüpi singulaarsusi. Projekti peamiseks eesmärgiks on uurida muutuva järguga diferentsiaalvõrrandite lahendite olemasolu ja siledust ning saadud informatsiooni alusel töötada välja kõrget järku täpsusega lahendusalgoritmid niisuguste võrrandite ligikaudseks lahendamiseks. Saadud teoreetiliste tulemuste kontrollimiseks on plaanis läbi viia arvukalt numbrilisi eksperimente mitmesuguste testvõrrandite korral.

Eriala esindajate kontaktid: Krista Fisher, krista.fischer@ut.ee, 515 3679, Johann Langemets, johann.langemets@ut.ee

Juhendajad: Viktor Abramov, Olga Liivapuu

Antud projekti uurimisteema vaatleb algebra ja diferentsiaalgeomeetria kokkupuuteala. Lie algebrate, Lie superalgebrate ja nende üldistuste teooria mängib tähtsat rolli kaasaegses diferentsiaalgeomeetrias ja teoreetilises füüsikas. Hiljuti tekkis selles teadusruumis uus paljutõotav uurimissuund: transponeeritud Poissoni algebrad ja nende vahekord Novikov-Poissoni algebrate ja 3-Lie algebratega. Projekti eesmärk on uurida transponeeritud Poissoni algebra super-üldistusi, ehk transponeeritud Poissoni superalgebraid. Projekti üheks eesmärgiks on leida samasused, mis kehtivad transponeeritud Poissoni superalgebrates. Teiseks eesmärgiks on leida transponeeritud Poissoni superalgebra tähtsad esitused ja uurida nende struktuur. Kolmas eesmärk on välja töötada transponeeritud Poissoni superalgebrate klassifikatsiooni ½-biderivatsioonide abil. Tähtis eesmärk on uurida seos 3-Lie superalgebratega.

Eriala esindajate kontaktid: Krista Fisher, krista.fischer@ut.ee, 515 3679, Johann Langemets, johann.langemets@ut.ee

Juhendajad: Krista Fischer, Lili Milani

Ravimi põhjusliku mõju hindamisel on üldtunnustatud standardiks saanud randomiseeritud uuringud, ehk kontrollitud eksperimendid, kus võrreldakse ravitulemust juhuslikkuse alusel määratud ravi- ja kontrollgrupis. Selliste uuringute korraldamisel on aga piiravaks teguriks nii nende suur ressursivajadus (st hind) kui ka eetilised aspektid. Praegusel suurte andmebaaside ajastul on pakutud alternatiivina põhjuslikele küsimustele vastamiseks randomiseeritud uuringut matkivat uuringukavandit. Selle ideeks on luua vaatlusandmetes olukord, mis oleks võimalikult lähedane hüpoteetilisele randomiseeritud uuringule, minimiseerides tavapärasel analüüsil tekkivaid nihkeid. Selline olukord saavutatakse erinevate andmetöötlusmeetodite abil (uuritavate digitaalne “kloonimine” ja tsenseerimine, põhjuslike mudelite metoodika). Meile teadaolevalt ei ole seda metoodikat veel rakendatud biopankade andmetel, kuigi biopanga-kohordi (nt TÜ Eesti Geenivaramu geenidoonorite kohort) eeliseks on erinevate andmekihtide olemasolu (liitumisküsimustikud, -oomika-andmed, linkimise teel registritest ja andmebaasidest saadud terviseandmed) ja pikk jälgimisperiood. Seetõttu on biopangakohortides võimalik hinnata mitte ainult ravimite mõjusid, vaid ka nende koostoimeid geneetiliste teguritega (nt geneetiliste riskiskooridega). Projekti eesmärgiks on kasutada randomiseeritud uuringut matkivat metoodikat hindamaks sageli kasutatavate ravimite ja geneetiliste riskiskooride mõjusid ja koosmõjusid südame-veresoonkonnahaiguste ennetusel ja ravil. Projekti teiseks osaks on hinnata rinnavähi sõeluuringu efektiivsust kombinatsioonis geneetilise riskiskooriga. Eestis läbi viidud pilootuuring andis kinnitust, et täiendav riskihindamine geneetiline riskiskoori abil aitab sõeluuringut tõhustada, tuvastades rohkem varases staadiumis haigusjuhte ja ennetades suremust. Siiski puudub veel selgus sellisel moel täiustatud sõeluuringu efekti suuruse ja kuluefektiivsuse osas.

Juhendaja: Rainis Haller

Projekti eesmärk on selgitada Banachi ruumide ühikkera plastilisust ning selle käigus uuritakse üldisemalt elementidevahelisi kaugusi mitte-suurendavate bijektsioonide käitumist. Banachi ruumi ühikkera on plastiline, kui iga selline bijektsioon temal on kaugusi säilitav ehk isomeetria. Ei ole kaugeltki teada, kas iga Banachi ruumi ühikkera on plastiline, muuhulgas on see küsimus lahtine paljude klassikaliste Banachi ruumide puhul. Süstemaatilise uurimise käigus püüame projektis edasi arendada plastiliste ruumide paaride teooriat, selgitada plastilisuse nõrga versiooni esinemist, mille puhul vaadeldakse vaid pideva pöördkujutusega bijektsioone, ning analüüsida kaugusi mitte-suurendava bijektsiooni homöomorfsust. Meie uurimisplaan hõlmab kõikide nende küsimuste järjestikust käsitlemist. Nende põhiaspektide selgitamise kaudu püüab meie uuring süvendada arusaamist Banachi ruumide struktuurist.

Juhendajad: Krista Fischer, Lili Milani, Maris Alver

Geneetiline varieeruvus, ravimite koostoimed, kaasuvad haigused, vanus ja sugu mõjutavad oluliselt ravimite mõju ja võivad suurendada ravimi kõrvaltoimete riski. Nendes valdkondades tehtud uuringud ei ole siiani võtnud arvesse kaasuvate haiguste ja polüfarmaatsia (ehk mitmete erinevate ravimite koos tarbimise) mõju, mis hinnanguliselt on üsna märkimisväärne. Elektroonilistest terviseandmetest kogutud tegelikud andmed annavad ainulaadse võimaluse hinnata süstemaatiliselt erinevate faktorite mõju kliiniliselt olulistele ravitulemustele ja kõrvaltoimetele. Doktoriprojekti eesmärk on hinnata geneetika mõju ravimivastusele, lähenedes farmakogenoomikale laiemalt. Plaanime integreerida andmeid geneetilise variatsiooni, füsioloogia, farmakokineetiliste profiilide, ravimite, vanuse ja soo kohta, et uurida nende koostoimeid ja mõju ravitulemustele, mis on saadud suuremahuliste biopankade reaalsetest terviseandmetest. Statistilise analüüsi käigus tuleb silmas pidada, et erinevate mudelite abil hinnatavad statistilised koosmõjud ei pruugi ilmtingimata viidata reaalsele bioloogilisele koosmõjule mitme teguri vahel, sest statistilise koosmõju ilmnemine mudelites võib sõltuda näiteks ka sellest, kuidas tunnuseid on enne analüüsi teisendatud. Seega tuleb antud projektis keskenduda eelkõige ravimite-vaheliste ja ka ravimite ja geenide põhjuslike koosmõjude otsimisele, kasutades ja edasi arendades selleks loodud metoodikat. Populatsiooni farmakokineetilised mudelid põhinevad mittelineaarsetel segamudelitel, mis hõlmavad diferentsiaalvõrrandeid ja hõlmavad märkimisväärset matemaatilist keerukust. Seega on antud projekti puhul oluline, et doktorandil oleks hea matemaatiline/statistiline ettevalmistus. Plaanitava töö tulemused võimaldavad testida ja välja töötada väga uuenduslikke farmakogenoomika riskiennustusmudeleid, mis võiksid olla oluliseks abivahendiks ravi täiustamisel. Töö aitab edendada meie teadmisi selle kohta, mil määral saab tegelikke terviseandmeid kasutada selliste tegurite mõjude ja koostoimete uurimiseks, mida kliinilistes uuringutes ei ole võimalik uurida.

Juhendajad: Vambola Kisand, Alexander Vanetsev, Angela Ivask

Käesolev doktoriprojekt keskendub antimikroobsete pinnakatete väljatöötamisele, mis toimivad efektiivselt nii kuivades kui ka poolkuivates tingimustes. Projekti käigus on kavas valmistada ja testida stabiilseid antimikroobseid pinnakatteid, mis põhinevad kaht liiki perspektiivsetel antimikroobsetel lämmastikku sisaldavatel ühenditel, alküülitud PEI-del (polüetüleenimiinidel) või N-halamiinidel. Töö hõlmab alküülitud PEI-de või N-halamiinide baasil antimikroobsete polümeersete soolade sünteesi, parima pinna katmise tehnoloogia väljatöötamist/valimist (pihustamine, värvimine, immersioon) ja kovalentse kinnitamise meetodite väljatöötamist (antimikroobsete ühendite keemilise modifitseerimisega või ilma). Uuritakse ka valmistatud pinnakatete koostist, homogeensust ja paksust. Planeeritud on teostada valmistatud pinnakatete kulumiskindluse testimine ning läbi viia pindade antimikroobseid omadusi iseloomustavad testid. Lisaks on antud projekti raames kavas uurida alküülitud PEI ja N-halamiinühendite toimet kombinatsioonis mitmete anorgaaniliste antimikroobsete ühenditega (sh TiO2, ZnO, vase ja hõbeda nanoosakesed), et luua sünergilise antimikroobse toimega pindu. Sünergilise mõju testimiseks valitud ühendid on erineva toimeviisiga (fotokatalüütiline efekt või metallide toksilisus kombineerituna PEI-de ja N-halamiinide rakumembraane kahjustava mõjuga) ning seetõttu võib tulemusena eeldada laiapõhjalist antimikroobset efekti. Seesugused pinnad pakuksid olulist ja kiiret mikroobivastast toimet ning vähendaksid tõenäosust erinevate mikroobide, sealhulgas ka potentsiaalselt resistentsete, ellujäämiseks. Käesoleva doktoriprojekti tulemusena on kavas avaldada kolm teaduspublikatsiooni. Käesolev doktoriprojekt on seotud TEM-TA55 projektiga “Sünergial põhinevad antimikroobsed pinnakatted - innovatiivsed rakendused tervishoius”.

Eriala esindajate kontaktid: Kaupo Kukli, kaupo.kukli@ut.ee, 737 4673, Tarmo Tamm, tarmo.tamm@ut.ee, 737 4833

Juhendajad: Kaupo Kukli, Lauri Aarik

Projekt keskendub erinevate metalloksiididest tahkiskihtide uurmisele, mis üheaegselt omaksid head optilist läbipaistvust, elektrilist juhtivust, mehhaanilist kõvadust ja elastsust. Selleks otsitakse võimalusi erinevate metallioksiidide (nt. Ga2O3, Nb2O5, TiO2, HfO2, ZrO2, Al2O3) ja nende kombinatsioonide sünteesiks võimalikult madalatel temperatuuridel ja analüüsitakse saadud materjale detailselt. Kasutades materjalide omavahelist segamist ning põhiühendi dopeerimist või legeerimist valmistatakse arendatud omadustega, kolmest erinevast elemendist koosnevaid materjale. Nelja-aastase projekti jooksul saab doktorant juurdepääsu kaasajastatud infrastruktuuriga laboratooriumidele ja materjaliuuringuteks kohandatud aparatuurile. Doktorant hakkab kasutama aatomkihtsadestusmeetodit ülalmainitud materjalikihtide sünteesiks ja samaaegselt samuti kaasajastatud elektrilisteks mõõtmisteks kohandatud sondijaama nende kihtide analüüsiks. Lisaks saab doktorant võimaluse töötada analüütilise aparatuuriga, uurides õhukeste materjalikihtide elemendilist koostist, struktuuri ja optilisi karakteristikuid. Projektitöö eesmärgiks on nanoelektroonika ja -optika rakenduste jaoks kasulike omadustega materjalide karakteriseerimine ja selekteerimine. Ühtlasi on eesmärgiks kõrgelt kvalifitseeritud noore doktori ettevalmistamine edasiseks edukaks tööks teaduse ja tehnoloogia arendamise valdkonnas.

Eriala esindajate kontaktid: Kaupo Kukli, kaupo.kukli@ut.ee, 737 4673, Tarmo Tamm, tarmo.tamm@ut.ee, 737 4833

Juhendaja: Taivo Jõgiaas

Antud doktoritöö raames uuritakse sekundaarse toorme kasutamist tehnoloogiliselt tähtsate materjalide valmistamiseks. Töös uuritakse valmistatud materjalide mehaanilisi omadusi ning nende valmistamiseks vajalikke tehnoloogilisi võtteid. Toormena kasutatakse näiteks ehitiste lammutamisest üle jäävaid silikaattelliseid ning plastist või puidujäätmetest saadud süsinikku.

Eriala esindajate kontaktid: Tiina Tamm, tiina.tamm.001@ut.ee, 737 4059

Juhendajad: Alvo Aabloo, Nadežda Kongi

Antud doktoriprojekt käsitleb elektrokeemilist kihtlisandusmeetodi (ECAM) tänapäevaseid suundumusi ja takistusi. Selle eesmärk on uurida võimalikke täiustusi, mis on saavutatavad madala temperatuuriga eutektiliste sulasoolade integreerimisega, eriti trükkimisprotsesside kiirendamisel ja materjalide omaduste parandamisel ECAM-is. Projekti eesmärk on uurida uuenduslikke materjale ja tehnikaid, et ületada sellised väljakutsed nagu aeglane sadestumise kiirus ja väikeste mikrostruktuuride valmistamine. Selle doktoriprojekti eesmärk on uurida ka ECAM-i toodetud mikro- ja nanostruktuuride konkreetseid rakendusi erinevates tööstusharudes. Ühendades teoreetilise analüüsi eksperimentaalse rakendusega, on uuringute eesmärk aidata kaasa ECAM-tehnoloogia arendamisele, eelkõige parandades toodetavate materjalide kvaliteeti ja nende sobivust kasutamiseks erinevates sektorites, nagu meditsiiniseadmed, robootika ja elektroonika.

Juhendaja: Tarmo Tamm

Rohepöörde trend sunnib otsima efektiivsemaid ja keskkonnasõbralikumaid materjale ja lahendusi, sealhulgas on jäätmete väärindamine iseäranis huvipakkuv. Teisestest allikatest pärineva lignotselluloosi kasutamine müüritiste armeerimisel võimaldab tabada mitu kärbest korraga: paranda oluliselt materjali omadusi, muuta see keskkonnasõbralikumaks ning viia süsinikku ringlusest välja. Käesoleva projekti eesmärk on uurida lignotselluloosi derivaatide kasutamist müüritiste, sealhulgas Eestiski toodetava autoklaavitud poorbetooni, armeerimiseks. Esimeses järjekorras on leida vastus küsimusele, kas tselluloosi derivaadid, näiteks palju uuritud hüdroksüetüül-metüültselluloos (HEMC), osaleb autoklaavimise käigus kulgevates keemilistes protsessides. Vastava mehhanismi mõistmine võimaldab täiustatud omadustega ja efektiivsemate poorbetoonide disainimist. Jätkuvalt on suur huvi betooni kasutamisel kihtlisandustehnoloogias (3D-printimine). Probleemiks on siin nii kihtidevaheline seostumine kui tugevuse saavutamiseks vajaliku armeerimise teostamine. Käesoleva projekti raames otsitakse võimalusi algselt pehme kuid ekstrudeerimisel kõvaneva armatuuri loomiseks lignotselluloosiderivaatide baasil. HEMC lisand peaks võimaldama optimeerida voolavusomadusi ja saadava materjali tugevust. Praktilise kasutuse leidmise seisukohast on ülioluline uurida üles-skaleerimise mõju niisuguste komposiitide omadustele, mis on seni väga vähe uuritud valdkond. Käesoleva projekti tulemused toetavad ringmajanduse hoogustumist, prioritiseerides efektiivseid keskkonnasõbralike lähenemisi ja ressursitõhusust, samuti on plaanis koostöö Eesti ettevõtetega.

Juhendaja: Hedvig Tamman

Bakterid elavad stressirohkes keskkonnas, kus neil on pidevalt erinevate toitainete puudus. Sellistes tingimustes käivitub bakterites poomisvastus, mille käigus suureneb rakus signaalmolekuli ppGpp hulk ja bakterid sisenevad soikeseisundisse, kus erinevate makromolekulide süntees ja bakterite kasv on pärsitud. Sellises seisundis on bakterid väga vastupidavad igasugustele erinevatele stressidele, ka antibiootikumide töötlusele, mistõttu elavad nad stressiolukorrad sageli edukalt üle. Bakterite viirused (faagid) suudavad aga nakatada ja paljuneda ka stressiseisundis bakterites, mis viitab nende võimele saada üle bakterite poomisvastusest. Faagide poomisvastust ületavate mehhanismide tuvastamine võimaldaks neid kasutada bakterite tundlikus seisundis hoidmiseks ja seega antimikroobsete meetmete parendamiseks. Antud doktoritöö eesmärgiks on põhjalikult kirjeldada bakterite ja faagide omavahelisi interaktsioone poomisvastuse seisukohalt. Kavatseme uurida, kui üldine on poomisvastuse tagatud kaitse faagide vastu ja kuidas bakteri geeniekspressioon ja füsioloogia faaginakkuse korral muutub sõltuvalt stressivastuse olemasolust või puudumisest. See võimaldab meil mõista bakteri stressivastuse osa faagi ja bakteri vahelises võidurelvastumises ja toob meid lähemale teadmisele, kuidas manipuleerida bakterite stressivastust nii, et nad ei muutuks antibiootikumide toimele tundetuks.

Eriala esindaja kontakt: Tiina Tamm, tiina.tamm.001@ut.ee, 737 4059

Juhendaja:Tiina Tamm

Viirused, sõltumata genoomi tüübis ja suurusest, kasutavad viirusvalkude sünteesiks peremeesraku translatsioonisüsteemi, täpsemalt ribosoome ja translatsioonifaktoreid. Mõned viirused kasutavad ribosoomide värbamiseks spetsiaalseid RNA elemente, mida nimetatakse sisemiseks ribosoomi seondumispiirkonnaks (IRES). Sellise sisemise initsiatsiooni kasutamine võimaldab spetsiifiliselt vähendada rakuliste valkude sünteesi ja suurendada viirusvalkude tootmist. Kriketi halvatuse viiruse geenidevahelise regiooni (IGR) IRES kontrollib viiruse struktuurvalkude translatsiooni. Geneetiliste, biokeemiliste ja struktuuribioloogia meetodite abil selgitatakse kuidas on viirusnakkuse ajal IGR IRES aktiivsus reguleeritud. Keskendutakse sellele, kuidas viiruse proteaas muudab rakus oleva translatsiooniaparaadi funktsionaalsust. Projekti tulemuseks on põhjalikum arusaam viiruse ja peremeesorganismi vahelistest interaktsioonidest, mis võimaldab välja töötada strateegiaid viirushaiguste tõhusamaks raviks. 

Eriala esindaja kontakt: Tiina Tamm, tiina.tamm.001@ut.ee, 737 4059

Juhendajad: Angela Ivask, Merilin Rosenberg

Planeeritava doktoriprojekti eesmärk on selgitada välja bakterite vastusreaktsioonid, mis leiavad aset antimikroobsetel pindadel nende reaalkasutust imiteerivates tingimustes. Töö katab olulist infolünka bakterite kohastumise, antimikroobse tundlikkuse vähenemise ja kaitsemehhanismide olemuse kirjeldamisel biotsiidsete toimeainete juuresolekul kuivades tingimustes. Sellise uurimistööd vajadust rõhutavad meie uurimisgrupi hiljutised tulemused, mis näitavad, et üldtuntud tõhusaks hinnatud antimikroobsete pindade ( nt vase- ja hõbedapindade) efektiivsus väheneb poolkuivades tingimustes, st madala õhuniiskuse ja orgaaniliste lisandite juuresolekul, drastiliselt. Sellised tulemused tõstatavad pakilise vajaduse antimikroobsete pindade järele, millel oleks piisav aktiivsus ka kasutusrelevantsetes tingimustes. Doktoriprojekti tulemina iseloomustatakse bakterite füsioloogilist vastust antimikroobsetele pindadele kuivkasutuse korral ja panustatakse seeläbi antimikroobsete materjalide arendamisse ja optimeerimisse kuivkasutuse rakendustes. Eduka kandidaadi doktoritöö hõlmab järgmist:

  Bakterite laborievolutsiooni eksperimente, andmeanalüüsi ja fenotüübi iseloomustamist eesmärgiga kirjeldada adaptiivseid mutatsioone, mõista bakteriaalseid kaitsemehhanisme ja parendada asjakohaseid testformaate ning informeerida materjalitehnoloogilist tootearendust. 

 Standardsete ja laboratoorsete bakteritüvede geneetilise tausta ja antimikroobse tundlikkuse võrdlevaid analüüse, et täpsustada tüvede valikut antimikroobsete pindade toime testimiseks ning üldistada tulemusi kliiniliselt olulistele tüvedele.

  Loodusliku transformatsiooni uurimist, keskendudes testtesttüvede ja DNA allikate disainile, et mõista mittekonjugatiivset horisontaalset geenisiiret antimikroobsetel pindadel.

Juhendajad: Tõnis Org, Elina Aleksejeva, Andres Salumets

Emaka limaskest, mis on embrüo pesastumise ja arenemise kohaks, läbib hormonaalse mõju all tsüklilisi muutusi rakulises ja molekulaarses koostises. Selle dünaamika molekulaarsete mehhanismide mõistmine on eriti oluline viljatusravi tulemuste parendamiseks. Emaka vedelikus (UF) sisalduvad rakuvälised (ekstratsellulaarsed) vesiikulid (EV-d) mängivad tõenäoliselt olulist rolli rasestumise varases staadiumis kuna EV-d sisaldavad endomeetriumi koe regulatiivseid ja metaboolseid molekule. Samuti on UF-EV-d potentsiaalne vedelikbiopsia alternatiiv koebiopsiale endomeetriumi vastuvõtlikkuse testimiseks ning endomeetriumi vähi diagnoosimiseks ja ka võimalik terapeutiline lisand embrüo siirdamisel pesastumise hõlbustamiseks. Endomeetriumi organoidid (EO) on in vitro mudelid, mis sobivad hästi endomeetriumi hormonaalsete vastuste uurimiseks. Embrüonaalsetest tüvirakkudest saadud inimese blastoidid jäljendavad blastotsüsti varajast arengut. Koos EO-dega võimaldavad blastoidid uurida EV-de vahendatud pesastumise funktsioone ja molekulaarseid mehhanisme. Selle doktoritöö eesmärk on selgitada emaka EV-de funktsioone ja sellega seotud molekulaarseid mehhanisme kogu menstruaaltsükli jooksul ja nende rolli naise viljakuses.

Juhendajad: Kaspar Valgepea, Kurshedaktar Majibullah Shaikh

Gaasfermentatsioon pakub ainulaadse võimaluse ringbiomajandusele, võimaldades süsiniku ringlussevõttu läbi biotoodete tootmise gaasilistest jäätmetest kasutades mikroobe. Atsetogeenid on ideaalsed biokatalüsaatorid gaasfermentatsiooniks, kuna nad kasutavad gaasi (CO ja/või CO2+H2) ainsa süsiniku- ja energiaallikana. Atsetogeensete rakuvabrikute ratsionaalne ainevahetuse inseneerimine on aga raskendatud minimaalsest arusaama tõttu nende genotüübi-fenotüübi seostest. Selle projekti eesmärkideks on luua uus meetod suuremahuliste CRISPR-iga inseneeritud mikroobitüve kogude konstrueerimiseks ning paremaid gaasi fermenteerivaid atsetogeenidest rakuvabrikuid läbi täiustatud süsteemi tasemel arusaama atsetogeenide ainevahetusest. Projekt määrab samuti hädavajalikud geenid mudelatsetogeeni Clostridium autoethanogenum autotroofseks kasvuks.

Eriala esindajate kontaktid: Tanel Tenson, tanel.tenson@ut.ee, 737 4844

Juhendajad: Margit Mutso ja Reet Kurg

Raku tsütoskelett on valguliste filamentide võrgustik, mis annab rakule tema kuju, korraldab ruumiliselt organellide paiknemise ja on oluliseks valkude, toitainete ning organellide transpordiks raku sees. Tsütoskelett on väga dünaamiline, kuid samas kindlalt reguleeritud struktuur, mis läbib korduvalt lagundamise ja assambleerimise tsükleid, sõltuvalt rakutsükli faasist. Peamisteks tsütoskeleti ehituskivideks on näiteks aktiin, tubuliin ja müosiin. Muutused ja segadused tsütoskeletis on üheks põhjuseks erinevate patoloogiate nagu kasvaja ja neuroloogilised haiguste tekkele. TRMT112 võrgustik koosneb seitsmest teadaolevast metüültransferaasist: N6AMT1, WBSCR22, METTL5, THUMPD2 ja 3, TRMT11 ning ALKBH8. Kuni praeguseni ei ole ühtegi neist valkudest seostatud raku tsütoskeletiga ja selle regulatsiooniga. Meie esialgsed katse tulemused viitavad, et just N6AMT1, WBSCR22 ja TRMT112 interakteeruvad ja/või reguleerivad raku tsütoskeleti dünaamikat. Antud doktoritöö teema üks peamiseid eesmärke on analüüsida kas TMRT112 võrgustiku valgud seonduvad otseselt tsütoskeleti valkudega ja/või osalevad tsütoskeleti regulatioonis. Uurismutöö annab olulisi lisateadmisi nende mõjust tsütoskeletile ja selle regulatsioonile. Uurimustöö tulemused TRMT112 võrgustiku valkude seosest tsütoskeleti dünaamikaga nii vähi kui ka mittevähi rakkudes annab võimaluse heita valgust võimalikele terapeutilistele sihtmärkidele ja kasvaja arengu aluseks olevatele mehhanismidele.

Eriala esindajate kontaktid: Tanel Tenson, tanel.tenson@ut.ee, 737 4844,  Tiina Tamm, tiina.tamm.001@ut.ee, 737 4059

Juhendajad: Assoc. Prof. Taavi Lehto, Dr. Helena Sork, Dr. Tõnis Lehto

CRISPR tehnoloogial põhinevate molekulaarsete kääride süsteemide avastamisel on viimase kümnendi jooksul olnud väga suur mõju nii baas- kui rakendusteaduse arengule ning nendel tehnoloogiatel on ka suur potentsiaal erinevate haiguste ravimiseks. CRISPR süsteemidel põhinevatel raviainetel on aga väga väike biosaadavus ning nad vajavad oma toimekohale jõudmiseks efektiivsete ravimkandursüsteemide abi. Peptiididel põhinevad ravimkandursüsteemid on ühed sellised ravimkandjad, mida on viimasel ajal edukalt kasutatud erinevate nukleiinhapetel põhinevate raviainete, ka CRISPR süsteemide, transportimiseks. Antud projekti eesmärgiks on luua uudseid peptiidseid ravimkandursüsteeme, mis põhinevad meie eelnevatel lipideeritud peptiidide platvormidel, ning kasutata neid CRISPR süsteemide transportimiseks nii ribonukleoproteiinide (RNP) kui keemiliselt modifitseeritud informatsiooni RNA (mRNA) lähenemist kasutades. Loodud peptiidide/CRISPR süsteemide nanoformulatioone uuritakse nii transpordiefektiivsust kui ohutust silmas pidades mitmesugustes mudelsüsteemides rakukultuuri tingimustes. Samuti uuritakse peptiidi/CRISPR süsteemide nanoformulatsioonide biojagunemist, bioaktiivuses ning terapeutilist aktiivsust mitmesugustes loomkatsemudelites hiirtes. Väljatöötatud tehnoloogiad annavad uusi teadmisi, kuidas peptiidseid ravimkandursüsteeme saab kasutata CRISPR süsteemidel- ja RNA-põhinevate raviainete transpordiks ja loovad pinnase juba laialdasemate uuringute läbiviimiseks prekliinilistes ja kliinilistes uuringutes.

Juhendaja: Professor Andres Merits

Selgroogsetel peremeestel põhjustab alfaviiruste nakkus, sõltuvalt viirusest, kas entsefaliiti või palavikku, löövet ja liigesepõletikke. Nakatunud raku tasandil iseloomustab kõiki alfaviiruseid raku membraanidele kinnitunud replikatsioonikompleksite moodustamine; nende koostisess kuuluvad viiruse mittestruktuursed valgud (nsP-d), RNAd ning peremeesrakust pärinevad valgud ja membraanid. Projekti eesmärgiks on uurida RC komponentide omavahelist kokkusobivust, selleks uuritaks nsP4:nsP1, nsP4:nsP2 ja nsP4:RNA vahelisi interaktsioone. Alfaviiruse RNA repliktasiooni jaoks oluliste determinantide kindlakstegemine võimaldab neid kasutada uue põlvkonna ise-replitseeruvate RNAde konstrueerimiseks; need molekulid kujutavad endast potentsiaalseid vaktsiinikandidaate. Kavas on reguleerida sellisete RNAde abil toimuma valgu ekspressiooni efektiivsust ja pikkust ning replikaasi kompleksi poolt rakule avaldatavat mõju (sh mõju kaasasündinud immuunsüsteemile). Loodud süsteeme analüüsitakse in vitro ja in vivo katsetes. Lisaks sellele kuulub projekti plaani alfaviiruste replikaasi mõjutavate ühendite (potentsiaalsete inhibiitorite) analüüs.

Juhendajad: Mart Loog, Ilona Faustova

Biotehnoloogia valdkonna kiire areng on toonud kaasa hulga uusi tehnoloogilisi võimalusi kemikaalide, biomaterjalide ja ravimite jätkusuutlikuks (bio)tootmiseks ja meditsiininilisteks rakendusteks. Selleks, et efektiivselt kasutada rakuvabrikuid eelpool mainitud biotootmisprotsessides, on vaja välja töötada uudseid süsteeme, mille abil sünteetilisi rakke kontrollida ja suunata tootmisprotsessides. Suurem osa seni kasutatavatest lähenemisviisidest keskenduvad peamiselt transkriptsiooni reguleerimisele, samas eukarüootsetes organismides on kõige levinum ja kiirem signaali edastamise meetod valkude fosforüülimine. Käeoleva projekti raames on plaanis luua uudne proteiinkinaaside poolt vahendatud fosforüülimisel baseeruv regulatsioonisüsteem valgutasemete kontrollimiseks eukarüootsetes süsteemides. Disainitakse fosfo-degronitel põhinevaid erinevaid sünteetilisi valgujärjestusi (protein tags), mis liidetakse sihtmärkvalkude koostisse, et siis fosofüülimise vahendusel moduleerida nende valkude degradatsiooni vastavalt proteiinkinaasidelt tulevatele signaalidele ja seeläbi kontrollida sihtmärk valkude tasemeid sünteetilistes rakkudes. Projektis välja töötatud degronjärjestused leiaksid laialdast kasutust eelpool nimetatud biotehnoloogilistes tootmisprotsessides ja -süsteemides, kuna fosforüülimine on konserveerunud erinevate eukarüootide seas, sealhulgas pagaripärm ja inimene.

Juhendajad: Lauri Vares, Livia Matt

Praegune plastitööstus baseerub fossiilsel toormel ning lineaarsel majandusmudelil, millega kaasneb suur kogus erinevaid jäätmeid, saastet ja kõrged kasvuhoonegaaside emissioonid. Kliima- ning keskkonnaeesmärkide täitmiseks tuleb drastiliselt suurendada materjalide taaskasutust ning järk-järgult vähendada fossiilse toorme kasutamist. Peamised plastide taaskasutamist piiravad probleemid on ümbertöötlemisel toimuv materjalide omaduste halvanemine, erinevate plastitüüpide eraldamise keerukus ning jäätmete saastumine. Selles uurimisprojektis disainitakse ja sünteesitakse biotoormest keemiliselt taaskasutatavaid ning nõudlikesse rakendustesse sobivaid polümeere. Keemilise taaskasutuse käigus muudetakse polümeerid keemiliselt tagasi monomeerideks, mis seejärel uuesti polümeriseeritakse kasutades tavapäraseid tootmisprotsesse. Sellise taaskasutuse juures materjali omadused ei halvene ning plastide saastatus ning plastitüüpide eraldamine on vähem problemaatiline. Kõrgetele nõudmistele vastavate masterjalide saamiseks kasutakse erinevaid aromaatseid ning tsüklilisi struktuurifragmente. Uurimistöö on osa äsja käivitunud "Strateegilise mineraalse- ja süsinikupõhise ressursi ringmajanduse tippkeskusest", 2024-2030.