Projekti / Programi
Regulacija procesa biosinteze FK 506 (tacrolimus)
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
imunosupresivne učinkovine, FK506, poliketidi, Streptomyces, genetika, biosintezni proces
Raziskovalci (8)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
30761 |
dr. Marko Blažič |
Biokemija in molekularna biologija |
Mladi raziskovalec |
2009 |
26 |
| 2. |
21392 |
dr. Štefan Fujs |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2007 - 2008 |
87 |
| 3. |
22491 |
dr. Anja Klančnik |
Živalska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2008 - 2009 |
388 |
| 4. |
23483 |
dr. Enej Kuščer |
Biotehnologija |
Mladi raziskovalec |
2007 - 2008 |
37 |
| 5. |
25521 |
dr. Urška Lešnik |
Biotehnologija |
Mladi raziskovalec |
2007 - 2008 |
31 |
| 6. |
13542 |
dr. Hrvoje Petković |
Biotehnologija |
Vodja |
2007 - 2009 |
300 |
| 7. |
10873 |
dr. Nataša Poklar Ulrih |
Kemija |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
830 |
| 8. |
04001 |
dr. Peter Raspor |
Mikrobiologija in imunologija |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
1.899 |
Organizacije (1)
Povzetek
V zadnjih dveh desetletjih se pri terapiji z imunosupresivnimi učinkovinami najpogosteje uporabljajo inhibirtorji kalcineurina, kot sta naravna mikrobna produkta ciklosporin in FK506 (imenovan tudi tacrolimus). Boljše razumevanje celičnega imunskega odziva in drugih kompleksnih signalnih poti, ki regulirajo biološke celične procese, je izrazito izboljšalo uspešnost terapije z imunosupresivnimi učinkovinami pri presaditvah oraganov, hkrati pa nam je tudi omogočilo razvoj novih aplikacij učinkovin kot so rapamicin, FK506, FK520 in njihovih analogov. Te učinkovine imajo tudi velik potencial pri zdravljenju bolezni srca in ožilja, avtoimunskih in nevrodegenerativnih bolezni. Rapamicin in njegovi derivati so trenutno v kliničnem testiranju kot učinkovine proti raku. FK506 in FK520 ter njuni analogi so odobreni za zdravljenje vnetnih kožnih bolezni. Glede na biosintezni izvor rapamicina, FK506 in FK520, vsi spadajo med poliketide in jih sintetizira poliketid-sintaza (PKS), ki je multiencimski kompleks kodiran z veliko gensko skupino. Napredki v razumevanju biosinteznih poti PKS so doprinesli k razvoju popolnoma novih pristopov biosinteznega inženiringa za tvorbo novih poliketnih analogov makrolidov kot so eritromicin, epothilon, rapamicin in FK520, kakršnih ni bilo mogoče doseči s sintezno kemijo. Znana nam je sekvenca celotnih genskih skupin strukturno sorodnih spojin rapamicina in FK520. DNA sekvenca genske skupine FK506 pa je še nedokončana. Ker je FK506 medicinsko in ekonomsko zelo pomembna spojina, je pomembno, da se genska skupina FK506 sekvenira v celoti. Cilj predlaganega projekta je dopolniti DNA sekvenco genske skupine FK506 pri producentu Streptomyces sp. ATCC 55098. Poseben poudarek bomo namenili delu projekta, kjer bomo skušali klonirati regulatorne gene in preučiti njihovo vlogo v regulaciji biosinteze FK506. Predvidevamo, da bo razumevanje regulacije genske skupine FK506 doprineslo pomembna nova spoznanja, ki bodo uporabna v izboljšavah bioprocesov v farmacevtski industriji.
Pomen za razvoj znanosti
Poliketidi so zelo obsežna skupina naravnih produktov, ki vključujejo protibakterijske učinkovine kot so eritromicin in tetraciklin, protiglivne učinkovine (nistatin, amfotericin), protirakaste učinkovine (doksirubicin, rapamicin in epotilon), protizajedalske učinkovine (avermektin), imunosupresive, kot sta FK520 in FK506 in mnogo drugih medicinsko pomembnih metabolitov, kar se odraža v velikem gospodarskem pomenu. Glede na velik pomen teh spojin so večino genskih skupin, ki kodirajo biosintezo teh medicinsko pomembnih kemijskih struktur, do danes že klonirali in določili njihovo nukleotidno zaporedje.
Kljub temu so mnogi vidiki biosinteze teh sekundarnih metabolitov ostali do danes nepojasnjeni. Razen nekaterih izjem je poznavanje regulacije biosinteze sekundarnih metabolitov in regulacije izražanja genov PKS, ki vključuje veliko različnih procesov v produkcijskem organizmu, ostalo relativno omejeno. Trenutno obstaja zelo malo literaturnih podatkov o regulaciji biosinteze strukturno sorodnih makrolaktonov rapamicina, FK520 in FK506. Celotni genski skupini rapamicina in FK520 sta bili sekvenirani, identificirali pa so tudi številne domnevne regulatorne genske homologe. Objavljena sekvenca genske skupine za biosintezo FK506 Streptomyces sp. ATCC 55089 pa ne vsebuje domnevnih genskih homologov, ki kodirajo regulatorne proteine. V sklopu tega projekta smo sekvencirali celotno gensko skupino za biosintezo FK506 in identificirali nove odprte bralne okvirje (domnevne gene), ki so glede na bioinformatske podatke vpleteni v biosintezo nekaterih nenevadnih gradbenih enot. Identificirali smo tudi tri regulatorne gene, katerih vlogo v regulaciji biosinteze FK506 smo podrobno preučili. Ugotovili smo, da sta dva od teh pot-specifična regulatorja t.i. pozitivna regulatorja, ki lahko bistveno vplivata na končni donos ciljnega produkta.
Pomen za razvoj Slovenije
Farmacevtska industrija ima pomembno vlogo v družbeno-ekonomskem razvoju Slovenije, predvsem dve farmacevtski tovarni, Krka d.d. in Lek d.d., član skupine Sandoz. Bioprocesna tehnologija je pomemben sestavni del aktivnosti teh dveh podjetij. Krka d.d. je eden pomembnejših proizvajalcev različnih sekundarnih metabolitov, kot so antibiotiki bacitracin, oksitetraciklin, salinomicin, lipstatin in učinkovina za zniževanje holesterola lovastatin. Prav tako Lek, d.d. proizvaja ergot-alkaloide, vankomicin, gentamicin, klavulanovo kislino in pravastatin. Rapamicin, FK506 in FK520 in njihovi novi analogi bodo v bližnji prihodnosti nedvomno imeli pomembno vlogo v medicini, kot tudi v farmacevtski industriji, kjer Slovenija ni izjema. Lek/Sandoz proizvaja FK506 (tacrolimus) z biosinteznim procesom s Streptomyces sp. Boljše poznavanje regulacije biosinteze FK506 bo zato nedvomno uporabno tudi pri povečanju končnega donosa ali zmanjšanju količine nezaželenih intermediatov in stranskih produktov. S povečanim razumevanjem regulatornih sistemov, ki uravnavajo biosintezo FK506 nismo le doprinesli novih spoznanj, ki bodo pospešila razvoj novih analogov FK506, ampak smo tudi pokazali, da se lahko z manipulacijo tovrstnih regulatornih genov dvigne donos ciljnega produkta. Predvidevamo, da so rezultati izvedenih raziskav poglobili razumevanje regulacije biosinteze FK506 oziroma sekundarnih metabolitov nasploh, nova spoznanja pa bodo uporabna za izboljšavo sevov in bioprocesov v industrijskem okolju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
