Živi materiali se od drugih na prvi pogled ne razlikujejo, pa vendar imajo v sebi življenjsko silo, ki jim daje edinstvene funkcionalnosti, lahko se samopopravijo, lahko absorbirajo ogljikov dioksid in proizvajajo kisik, lahko vežejo onesnaževala, onemogočajo prisotnost patogenov. Inženirski živi materiali se pojavljajo kot prelomni elementi trajnostne gradnje, raziskuje in razvija jih profesorica Anna Sandak z oddelka InnoRenew CoE, ki deluje v okviru Inštituta Andrej Marušič Univerze na Primorskem.

Poljakinja dr. Anna Sandak, ki v Sloveniji živi in dela zadnjih osem let, ima doktorat iz znanosti o lesu in znanstveni magisterij iz biologije. Leta 2022 je uspešno pridobila projekt Evropskega raziskovalnega sveta (ERC) za utrjevanje samostojne raziskovalne kariere. V projektu ARCHI-SKIN se ukvarjajo z zaščitnim premazom, izdelanim iz glivnega biofilma. Leta 2024 je pridobila še sredstva Evropskega sveta za inovacije (EIC Pathfinder) za projekt REMEDY, ki se osredotoča na razvoj probiotičnih arhitekturnih črnil in novega postopka biofabrikacije za prilagodljive in funkcionalne arhitekturne površine.

»Glive so fantastične in fascinantne,« poudarja raziskovalka. »Pri našem delu gre za temeljno znanost, s katero odpiramo nova vrata in odkrivamo nove stvari. Uživam, ko lahko na problem navežemo rešitev, pri čemer navdih iščemo v naravi. Dejstvo je, da ima narava za seboj ogromno let evolucije in je že iznašla dobro delujoče in preproste rešitve. Te naravne rešitve poskušam implementirati v razvoj novih materialov in na koncu lahko dobimo popolno kombinacijo.«

Koncept, kako narediti integrirano vezje s tekočinami, je postavljen

Kako poteka projekt ARCHI-SKIN in kaj so pravzaprav glavni cilji?

Moja ideja je bila najti alternativen način za zaščito različnih gradbenih materialov, betona, jekla, plastike, lesa. Vsi ti materiali večinoma potrebujejo dodatno zaščito zaradi vremenskih vplivov, onesnaževanja in drugih dejavnikov, pri čemer običajno uporabljamo premaze z različnimi barvili, ki pa sčasoma prav tako degradirajo, zbledijo, razpokajo. Ponavadi gre za kemične, sintetične snovi, ki so pogosto tudi okolju škodljive. Mi smo ubrali drugačen pristop: v naravi smo preverili, kako se različne snovi zaščitijo, raziskovali smo bioreceptivnost, dovzetnost materiala za naselitev živih organizmov, iskali smo mikroorganizme, ki kolonizirajo različne materiale, a jih ne poškodujejo. Osredotočili smo se na glive, ki so v primerjavi z bakterijami manj raziskane, preverili številne vrste in se na koncu osredotočili na Aureobasidium pullulans, ki ima mnoge pozitivne lastnosti, ki jih želimo za razvoj našega zaščitnega premaza.

Dr. Anna Sandak vodi projekt izdelave naravnega in naravi prijaznega zaščitnega premaza za zunanjosti stavb. FOTO: Evropska unija 2025

Ta vrsta glive je vseprisotna, našim očem je nevidna, najdemo pa jo v Sloveniji, v puščavah, na ledenikih. Je oligotrofna, kar pomeni, da je vedno na dieti oziroma ne potrebuje veliko hranil, da jo obdržimo pri življenju. Lahko se različno obarva, ima tudi bioremediacijsko sposobnost, torej lahko čisti zrak. Aureobasidium pullulans prav tako proizvaja melanin, da zagotavlja UV-zaščito. Ta gliva proizvaja pululan, polisaharid, ki ga uporabljajo tudi v prehranski industriji. Tudi sicer se številne glive uporabljajo v medicini, kozmetiki, prehranskih dodatkih.

Mikroorganizmi običajno tvorijo skupnosti, ki jih imenujemo biofilmi, in mi glivni biofilm uporabljamo za zaščito drugih materialov. Naš premaz je živ, ker vsebuje žive celice. Zdaj smo v fazi preverjanja učinkovitosti, ali res delujejo tako, kot smo si zamislili, in v skladu z literaturo. V laboratoriju testiramo, kako je s samozdravljenjem, denimo, da glivni premaz opraskamo, ali bodo glive vnovič zrasle. Testiramo, kako rastejo, kakšna hranila potrebujejo. Pri pripravi hranil za glive poskušamo zagotoviti, da bi bila čim cenejša, da bi bil produkt tudi tržno zanimiv. Vzdrževanje živih materialov bi bilo lahko dokaj preprosto in poceni.

V naših premazih, ki so namenjeni zaščiti zunanjih površin stavb, ni škodljivih kemikalij, gre za zelen material. Tako tudi ni težav z odlaganjem tega materiala, te glive so prisotne v okolju, torej mu ne morejo škoditi.

Zveni res futuristično.

V resnici gre za zelo preproste rešitve, ki nam jih je dala narava. Ta ima res čudovite ideje, na katere pa v sodobnem času pogosto pozabljamo. V našem projektu sodelujemo in uporabljamo naravo in se proti njej ne borimo. Dejstvo je, da materiale različni mikroorganizmi redno kolonizirajo, na primer plesen. Če bomo materiale prekrili z želenim organizmom, škodljivi organizmi ne bodo imeli prostora za rast.

Čas je pravzaprav iluzija

Kako ste to glivo modificirali?

Raziskujemo tudi hrapavost in poroznost površin. Na primer les in beton lahko impregniramo s hranili, pri kovini in plastiki to ne bo delovalo. Raziskujemo torej interakcijo med materiali in glivami, ker želimo, da jih gliva kolonizira, ne pa tudi, da pregloboko prodre, saj jo želimo zaščititi. Same glive tako ne modificiramo, lahko pa uporabimo različne seve, različne sorodnike, ki se nekoliko razlikujejo glede lastnosti.

Mikroorganizmi imajo na splošno slab sloves, a so za nas še kako koristni.  FOTO: Evropska unija 2025

Je ta gliva lahko kakorkoli škodljiva?

Za ljudi nikakor ne. Testirali smo jih, ali lahko rastejo pri 37 stopinjah Celzija, kolikor znaša telesna temperatura človeka. Ugotovili smo, da ne morejo, iz česar sledi, da ni patogena.

Scenarij iz priljubljene serije in videoigre The Last of Us, ko zaradi gliv ljudje postanejo nekakšni zombiji, se ne bo uresničil.

Ne. Pri našem delu je varnost ena izmed prioritet. Mikroorganizmi imajo na splošno slab sloves, a so za nas še kako koristni, na primer probiotiki. Mi živimo v simbiozi z njimi, je pa od bilijonov vrst okoli 1500 mikroorganizmov za ljudi patogenih in nevarnih za naše zdravje.

Mikroorganizmi so za naš svet nujni. Glive so eni glavnih razgrajevalcev bioloških smeti, brez njih bi se utapljali v odpadkih. Gre za pravilno izbiro: če najdemo prave organizme, jih lahko izkoristimo, da nam pomagajo.

Koliko gliv ste testirali, preden ste izbrali Aureobasidium pullulans?

Sprva smo imeli na mizi več kot sto vrst. Potem smo izbor zožili na tiste, ki so prisotne v našem okolju, dobili smo jih deset. Pomembno je bilo, da materialov gliva ne razgrajuje, in na koncu je Aureobasidium pullulans imel največ zaželenih lastnosti.

Material je živ in kot tak, pravite, ima možnost samozdravljenja.

Da. Mikroorganizme uporabljamo za številne procese, za fermentacijo, peko kruha; a v teh primerih jih vročina pobije. V zadnjem obdobju se vzpostavlja nov koncept, imenovan inženirski živi materiali, ki odpira nove funkcionalnosti. Tak material še vedno raste, zato se lahko popravi. Živi material se odziva tudi na zunanje vplive, na primer na padec temperatur pozimi, količino hranil. V neugodnih okoliščinah organizem hibernira oziroma je v stanju pripravljenosti.

Sprva so raziskovali več kot sto vrst gliv, z lastnostmi jih je najbolj prepričala gliva Aureobasidium pullulans. FOTO: Evropska unija 2025

Zdaj ste v fazi laboratorijskih testiranj, kaj in kako preizkušate, s kakšnimi težavami ste se morda srečali?

Naš biofilm nanašamo na različne površine in spremljamo vse, kar se nato dogaja. V laboratoriju lahko natančno določamo pogoje, v nadaljevanju projekta bomo živi material preizkusili tudi na zunanjih površinah stavb.

Lahko rečem, da projekt poteka po načrtih. Že pri prijavi za pridobitev sredstev ERC sem predvidevala na podlagi predelane literature, da bodo glive delovale. Morali pa smo raziskati, kako se obnaša in kako jo lahko nadzorujemo. Največji izziv je bil morda najti dober kader, a nam je tudi to uspelo, vedno se pojavi kakšna težava z opremo … Ampak lahko smo zadovoljni. Še več, pri delu smo naleteli na odkritja, ki jih nismo načrtovali. To je lepota projektov ERC, ker omogočajo svobodo. Proračun je razmeroma velik, financiranje je zagotovljeno za pet let in posvetimo se lahko tudi nekaterim podrobnostim, na katere ob prijavi nisem niti pomislila. Vse to pa vodi v rojevanje novih idej.

Lani ste pridobili še projekt EIC REMEDY. Na kaj pa se pri tem osredotočate?

S premazi lahko zagotavljamo dobro zaščito stavbam, a spraševala sem se, kako lahko lastnosti živih materialov še bolj izkoristimo. Na primer: da bi imele stavbe fasade, ki bi lahko zajemale ogljikov dioksid in proizvajale kisik, da bi nudile določeno osvetlitev … To pomeni, da bi razširili nabor mikroorganizmov, poleg gliv še bakterije in alge, oziroma da bi ustvarili konzorcij mikroorganizmov, ki delujejo v sinergiji, kar je velik izziv. Narava deluje ciklično, pogosto je en organizem hrana za drugega.

V arhitekturi in gradbeništvu ni vse le v funkcionalnosti, pomemben je tudi videz. Tako del projekta imenujemo živi tatuji. Sodelujemo tudi s proizvajalci tiskalnikov, da bi žive materiale natisnili, ki bi bili tako lepi kot tudi funkcionalni.

Ta projekt smo začeli šele februarja, v njem sodelujemo z Univerzo v Ljubljani in Gradcu ter tremi industrijskimi partnerji. Smo šele na začetku. Sicer se moji sodelavci in študenti ukvarjajo še s številnimi zanimivimi lastnostmi mikroorganizmov, denimo bioluminiscenco bakterij.

Inženiring živih materialov je sicer precej novo področje raziskav in inovacij.

Gradbeni sektor nekako zaostaja, večinoma razvoj novih materialov vodi medicina ali kakšne druge precizne znanosti, ki potrebujejo nove materiale, da jih lahko nadzorujejo, modificirajo. Oktobra bo v Izoli Slovenija gostila mednarodno konferenco o materialih in tehnologijah, na kateri se bodo srečali raziskovalci in strokovnjaki iz industrije, da bomo vzpostavili dober dialog in čim boljši prenos znanja.

Ekipa Anne Sandak je multikulturna in interdisciplinarna. FOTO: Evropska unija 2025

Kdo sestavlja vašo ekipo?

Moja ekipa je multikulturna in interdisciplinarna. V raziskavah se povezujejo znanje mikrobiologije, biologije, znanosti o materialih, arhitekture, informatike, modeliranja. V ožji ekipi projekta ARCHI-SKIN je 12 sodelavcev iz osmih držav, številni sodelavci so pridobili tudi financiranja iz drugih skladov, denimo Marie Curie, in tako se tudi naše raziskave razraščajo.

Vaš živi material ste poslali tudi v vesolje.

Res je. Pojavila se je priložnost, da sodelujemo v odpravi Mission Possible, in smo jo izkoristili. Dolgo smo pripravljali vzorce, poslali smo jih v ZDA, tam so jih naložili na raketo podjetja SpaceX, v kapsuli je vzorec trikrat obkrožil svet. Nato pa se je zapletlo, saj pristanek ni bil uspešen. Padala se niso odprla in kapsula z vsemi eksperimenti je treščila v ocean. (Odprava Mission Possible je bila največja od 70 tovorov, ki so si delili platformo Transporter-14, to so junija izstrelili s Spacexovim falconom 9. Na takšno platformo lahko namestijo majhne satelite, znanstvene eksperimente in kapsule za vnovičen vstop v atmosfero; op. a.)

Toda odpravo bodo ponovili in prihodnje leto bomo naše materiale znova poslali v vesolje. Vesolje je popolno za testiranje materialov, saj so tam okoliščine, ki jih težko poustvarimo na zemlji, od mikrogravitacije do stresa: oksidativni, temperaturni, sevanje. Sledili smo ideji: kar te ne ubije, te okrepi. Torej, če bomo glive poslali v vesolje in bodo preživele, lahko preverimo, ali so se spremenile njihova genska slika, fizične lastnosti, morfologija, ali so negostoljubne okoliščine nanje vplivale in so zato postale še bolj odporne.

V vesolje smo in bomo tudi prihodnje leto poslali glivo, ki smo jo vzorčili v Izoli.

Kako to, da so vas pritegnile ravno glive?

Že kot otrok sem rada nabirala gobe, da pa bom raziskovala glive, si ne bi mislila. Sem biologinja, od nekdaj imam rada naravo. Preden sem prišla v Slovenijo, sem 14 let delala v Italiji pri italijanski raziskovalni agenciji CNR v Trentu. Ko sem se pridružila InnoRenewu, sem imela priložnost na novo oblikovati raziskovalno področje. Spraševala sem se o svoji viziji za prihodnost. Nekoliko sem se bala skočiti v globoko vodo, vendar sem se osredotočila na bioinspirirane materiale, žive organizme, glive, bakterije in alge, kako bi jih lahko povezali z drugimi obstoječimi materiali.

Nikoli nisem načrtovala, da bom raziskovalka, vendar zdaj zelo uživam v svojem delu. Niti ga ne dojemam kot delo. V znanosti ni nikoli dolgčas, no, kakšna administrativna in menedžerska opravila so mi manj ljuba, vendar je pisanje prijav za financiranje nujno. Najbolj pa mi je všeč, ko se mi porodi naključna ideja in potem sledi sestavljanje mozaika. Pogosto je treba izstopiti z znanega področja ter se znova in znova učiti. Seveda najraje raziskujemo kaj, v kar nas žene radovednost, a vseskozi iščemo rešitve, uporabne v vsakdanu.

»Mikroorganizmi so za naš svet nujni. Glive so eni glavnih razgrajevalcev bioloških smeti, brez njih bi se utapljali v odpadkih.« FOTO: Evropska unija 2025

Preden ste prišli v Slovenijo, ste živeli v Italiji, še pred tem na Japonskem, doma pa ste iz Poljske.

Študirala sem gozdarstvo in mislila, da bom živela na kakem odročnem kraju, sredi dreves. A sva se z možem preselila na Japonsko, kjer je študiral. Sama sem takrat delala vse mogoče, od oblikovanja televizijskega programa o kuhanju do učenja angleščine. Nobeno delo ni bilo povezano z znanostjo. Na Japonskem sem rodila sina, nato smo se preselili v Italijo, tam se je rodila še hči. Na inštitutu Ivalsa za valorizacijo lesa in drevesnih vrst italijanske raziskovalne agencije so iskali raziskovalca, delo je bilo povezano z gozdno ekologijo, in sem se prijavila. V laboratorijskem delu sem kmalu začela uživati, spoznala sem, kako je znanost fascinantna, in se odločila za doktorski študij. Kasneje sem dobila prestižno štipendijo za mlade raziskovalce. Nato pa me je k sodelovanju povabila Andreja Kutnar, ko se je ustanavljal center InnoRenew. To je bila edinstvena priložnost v življenju, da lahko postavite temelje neke raziskovalne institucije.