W. Pajerski¹, A. Sandak^1,2

¹ InnoRenew CoE, Inštitut Andrej Marušič, Univerza na Primorskem, Muzejski trg 2, SI-6000 Koper, Slovenija

² Fakulteta za matematiko, naravoslovje in informacijske tehnologije, Univerza na Primorskem, Glagoljaška 8, 6000 Koper, Slovenija

Živi inženirski materiali  – novo obzorje

Živi inženirski materiali (ELMs) predstavljajo eno najbolj dinamičnih področij znanosti o materialih. Z vgradnjo bioloških komponent v strukturo materialov lahko raziskovalci ustvarijo novo podorčje aktivnih sistemov s funkcijami, ki presegajo zmogljivosti običajnih materialov. Vključujejo samozdravljenje, zaznavanje, prilagodljive odzive na okolje, spremljanje onesnaževanja ali celo oddajanje svetlobne emisije.

V kontekstu trajnostne arhitekture predstavljajo živi inženirski materiali (ELM) premik paradigme prehoda od tradicionalnih k nekonvencionalnim biološko zasnovanim rešitvam. Lahko se jih nanese na površino (kot zaščitni ali funkcionalni premaz) ali pa so vgrajeni v osnovne materiale (na primer v hibridne kompozite). Živi inženirski materiali (ELM) omogočajo, da se stavbe odzivajo na okolje v realnem času – ščitijo pred UV-sevanjem, se mineralizirajo, da so odpornejše proti ognju ali delujejo kot porazdeljeni biosenzorji za zaznavanje onesnaževanja in patogenov. Lahko prispevajo k večji odpornosti, prilagodljivosti in trajnosti. Nedavne raziskave izpostavljajo njihov potencial, saj delujejo kot porazdeljeni živi senzorji, podaljšujejo življenjsko dobo materialov in zmanjšujejo porabo energije¹.

Evropski svet za inovacije, v okviru izziva Engineered Living Materials Pathfinder Challenge, opozarja na potencial živih inženirskih materialov (ELM), vendar hkrati poudarja tudi izzive². Poleg posvečanja pozornosti tehničnemu napredku modeliranja, načrtovanja in povečanja obsega (upscaling) se morajo strokovnjaki s tega področja posvetiti tudi etičnim, pravnim in družbenim vidikom. Transparentnost, zaupanje skupnosti in regulativna pripravljenost so ključnega pomena. Novo nastajajoče tehnologije, ki vključujejo žive celice v materiale, se lahko soočajo z zadržanostjo vlagateljev in širše javnosti, prav zato sta ciljno usmerjena komunikacija in odgovorna strategija inoviranja nepogrešljivi.

Živi inženirski materiali so na stičišču biologije, tehnologije in družbe – usmerjajo znanost o materialih proti prihodnosti, v kateri bo grajeno okolje ne le trajnostno, temveč tudi živo. Podobna usmeritev se zdaj prenaša v prakso tudi v Sloveniji, v InnoRenew CoE, kjer je raziskovanje ELM  doseglo pomembno evropsko prepoznavnost.

Od ideje do razvoja ELM

Na oddelku InnoRenew CoE, Inštitut Andrej Marušič Univerze na Primorskem, so živi inženirski materiali (ELM) eno izmed osrednjih raziskovalnih področji. Delo, ki izvira iz posameznih projektov znotraj raziskovalne skupine Materiali, se je razvilo v področje raziskav ELM – sodelovalna in neformalna smer, ki povezuje različne projekte, raziskovalce in discipline.

Zgodba se je začela leta 2022, ko se je pod vodstvom izr. prof. dr. Anne Sandak pričel ERC projekt ARCHI-SKIN – Živi ovoj v arhitekturi, po navdihu iz narave (ERC Consolidator Grant, št. 101044468). Sredstva so namenjena razvoju glivičnih premazov iz biofilma za površine, ki zagotavljajo večfunkcionalne lastnosti, kot so odpornost proti UV-sevanju, vodoodpornost, samozdravljenje, antioksidantna aktivnost in protimikrobna zaščita. To je tudi navdihnilo nadaljnjo raziskovanje področja živih inženirskih materialov v gradbeništvu.

Leta 2024 je dr. Karen Butina Ogorelec začela izvajati MSCA projekt Mikrobno inducirana mineralizacija lesa za izboljšanje požarne odpornosti – MICRO-INSERT (MSCA-PF, št. 101105772). V projektu preučuje predvsem možnost uporabe gliv kot nosilcev CaCO₃ za razvoj novega bioinspiriranega procesa mineralizacije naravnih gradbenih materialov, s čimer se izboljšata  požarna varnost in trajnost materialov.

Prav tako je leta 2024 tudi dr. Wojciech Pajerski prejel Pečat odličnosti Evropske komisije za projekt Bioluminiscencni mikrobni premaz za arhitekturne povrsine – BIOLUMICOAT (MSCA-SE/ARIS, št. projekta N2-0410; začetek leta 2025). V projektu, ki ga je kasneje financirala Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS), raziskuje mikrobne sisteme, ki naravno oddajajo svetlobo, kar odpira več možnosti za energijsko učinkovite in bolj estetske gradbene površine.

Kmalu je tudi dr. Anja Černoša pridobila bilateralna sredstva za projekt, kjer sodelujeta Univerza na Primorskem in univerza Vilnius Gediminas Technical University. Pri tem projektu FUME – Fungal melanin: enemy or friend? Evaluating its role in human health and antimicrobial properties (Joint Seed Grant, št. projekta UP-VGTU-2024-02) preučujejo biokemijske lastnosti glivičnega melanina, njegovo vlogo pri mikrobni patogenosti ter njegov potencial za protimikrobno delovanje in odpornost v živih inženirskih materialih.

Februarja 2025 je raziskovalna ekipa dosegla še eno prelomnico: začetek projekta REMEDY – Archibiome tattoo for resistant, responsive, and resilient cities (EIC Pathfinder, št. 101185862), ki ga koordinira InnoRenew CoE v sodelovanju s partnerji iz Slovenije, Avstrije, Nizozemske in Slovaške. REMEDY razvija revolucionarno tehnologijo v obliki tatuja archibiome, ki bo omogočil dekoracijo in funkcionalnost novih in obstoječih stavb po meri in z visoko ločljivostjo. Projekt REMEDY je vključen v EIC Pathfinder portfelj za žive inženirske materiale in podprt s programom PATH2ELMs. Ta podporna sredstva so omogočila aktivne prispevke k ključnim dejavnostim portfelja in napredek živih inženirskih materialov v Evropi in širše.

Prav tako je leta 2025 začel projekt LIVEMAT – Hibridni živi material na bioosnovanem kompozitnem ogrodju (program WEAVE, NCN/ARIS, št. projektov 2023/51/I/ST11/00713 in N2-0380). LIVEMAT se posveča področju bioosnovanih kompozitov z integracijo živih celic v ogrodja struktur, s čimer združuje moč materiala s fotosintezo in zadrževanjem ogljika.

Skupaj ti dosežki utrjujejo raziskave ELM na InnoRenew CoE kot priznano platformo, kjer se srečujejo mednarodni projekti in multidisciplinarno znanje ter nastaja rastoči portfelj, ki je tako znanstveno ambiciozen kot tudi družbeno relevanten. Razvoj ELM Hub je prikazan na Sliki 1, ki prikazuje časovnico odobrenih projektov povezanih s področjem ELM na InnoRenew CoE, vse od leta 2022 pa do danes. Projekti so financirani s strani konkurenčnih evropskih in nacionalnih sredstev, ki bodo trajali do leta 2029.

Slika 1. Časovnica ELM projektov, odobrenih od leta 2022 na InnoRenew CoE/Univerzi na Primorskem.

Priznavanje in evropski kontekst

Raziskave ELM so pridobile tudi zunanjo prepoznavnost na evropski ravni. Predstavljene so v kampanji Evropske komisije Science4EU, ki izpostavlja znanost z neposrednim vplivom na družbo v Evropi. V sklopu dela kampanje, ki se posveča inspiraciji iz narave, znanosti, glivam in prihodnosti trajnostne gradnje,³ je prikazan tudi ERC projekt ARCHI-SKIN kot vrhunski primer, kako lahko glive navdihnejo nove arhitekturne premaze. Kampanja dosega občinstvo po vsej Evropi preko različnih kanalov in partnerskih organizacij, s čimer povezuje znanost in državljane.

Poleg tega je delo na področju ELM v InnoRenew CoE vključeno v več glavnih evropskih poročil in ostalih komunikacijskih akcij. Projekt se je pojavil v ERC poročilu “Mapping ERC Frontier Research: Transformative change for a sustainable future” (2022)  ⁴, v ERC letnem poročilu ERC Annual Report on Activities and Achievements (2024)  ⁵ in v poročilu ERC Annual Activity Report 2024 ⁶, kjer je ARCHI-SKIN izbran kot primer dodane vrednosti EU v skladu z Evropskim zelenim dogovorom. Članek Evropske komisije v Horizon Magazine (2024) z naslovom “New aerospace and building materials could repair themselves thanks to fungi and bacteria“⁷ je dodatno prispeval k širši prepoznavnosti.

Prav tako so raziskave ELM vključene v EIC Pathfinder portfelj za žive inženirske materiale, projekt REMEDY in njegovo sodelovanje v programu PATH2ELMs pa zagotavljata vidnost in sodelovanje s partnerji po vsej Evropi. Raziskovalci projekta REMEDY so tudi organizirali in gostili tretje letno srečanje portfelja ELM, ki je združil vse projekte v portfelju, raziskovalce in industrijske partnerje ter zunanje strokovnjake iz vse Evrope.

Pogled v prihodnost

Raziskave ELM so zasnovane kot dolgotrajen okvir za razvoj raziskav materialov v Evropi, s številnimi projekti, ki bodo trajali do leta 2029. V prihodnjih letih se bo delo osredotočilo na prenos laboratorijskih konceptov v prototipe, testiranje uporabe v dejanskih okoljih ter prispevek k standardom in politikam, ki omogočajo širšo uporabo živih inženirskih materialov.

Strategija raziskav ELM podpira Evropski zeleni dogovor, vizijo odpornih in nizko onesnaženih mest ter prehod k bolj trajnostni gradnji. Hkrati pa raziskovalna ekipa ostaja odprta za sodelovanje z akademskim in industrijskimi partnerji ter odločevalci, ki si delijo ambicijo integracije biologije v znanost o materialih.

Viri in literatura:

1. Sandak, A. Nat Rev Mater 8, 357–359 (2023).
2. European Commission: European Innovation Council and SMEs Executive Agency, EIC pathfinder portfolio – Engineered living materials – Strategic plan – Brussels, November 2023, Publications Office of the European Union, 2023, https://data.europa.eu/doi/10.2826/260175
3. Science4EU – The EU stands for science,  https://research-and-innovation.ec.europa.eu/events/special-features/science4eu/countries/slovenia_en
4. European Commission: European Research Council Executive Agency, Mapping ERC frontier research – Transformative change for a sustainable future, Publications Office of the European Union, 2024, https://data.europa.eu/doi/10.2828/5997136
5. European Commission: European Research Council Executive Agency, Annual report on the ERC activities and achievements in 2024, Publications Office of the European Union, 2025, https://data.europa.eu/doi/10.2828/1252145
6. Publications Office of the European Union, Annual activity report 2024 – Publications Office of the European Union, Publications Office of the European Union, 2025, https://data.europa.eu/doi/10.2830/7270127
7.Nesvarova, M. (2024) New aerospace and building materials could repair themselves thanks to fungi and bacteria. Horizon Magazine. Retrieved from https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/new-aerospace-and-building-materials-could-repair-themselves-thanks-fungi-and-bacteria

Zahvale

W.P. Acknowledgements the support of the Slovenian Research and Innovation Agency (project N2-0410).
This work was co-funded by the European Union (ERC, ARCHI-SKIN, #101044468). Views and opinions expressed are however those of the author only and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them.

———————————————————————————————————

Za celovit pregled dejavnosti raziskav ELM si oglejte brošuro Engineered Living Materials na InnoRenew CoE 2025, ki je na voljo na Zenodo.

Kliknite tukaj za prenos brošure.

Naslovna fotografija: #Science4EU campaign © European Union 2025