Projekti / Programi
Sistem za heterologno produkcijo poliketidnih antibiotikov na osnovi visoko donosnih industrijskih streptomicetnih sevov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
streptomicete, heterologni poliketidni antibiotiki, ekspresijski sistem, tehnologija rekombinantne DNA, visoko-donosni industrijski sevi
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
21392 |
dr. Štefan Fujs |
Biotehnologija |
Vodja |
2008 - 2010 |
87 |
Organizacije (1)
Povzetek
Tržna vrednost farmacevtskih učinkovin, razvite iz naravnih produktov, je trenutno ocenjena na več kot 40 milijard dolarjev, od katerih poliketidi in njihovi polsintezni derivati predstavljajo 17 milijard dolarjev letno. Poliketidi so sekundarni metaboliti s pestro paleto kemijskih struktur in širokim spektrom bioloških aktivnosti kot so protibakterijski eritromicin, protiglivni nistatin, imunosupresant FK506, protirakasta učinkovina doksorubicin, dejavnik zniževanja holesterola lovastatin in druge učinkovine z različnimi farmakološkimi aktivnostmi izjemne medicinske in industrijske vrednosti. Večinoma jih proizvajajo mikroorganizmi, še posebej aktinomicete, ki jih najdemo v tleh. Poliketide kljub njihovemu medicinskemu pomenu in tržni vrednosti še vedno proizvajajo z dragimi in zahtevnimi sinteznimi procesi ali pa s pomočjo biosinteze v naravnih bakterijskih gostiteljih. Biosintezni procesi so pogosto omejeni z nizkimi donosi, počasno rastjo mikroorganizmov in njihovo slabo dovzetnostjo za genetske manipulacije. Odkriti so bili številni novi mikroorganizmi, ki proizvajajo naravne produkte z zelo obetavnimi novimi aktivnostmi, vendar jih je mnogo zelo težko ali celo nemogoče gojiti. V zadnjem desetletju se je razvilo novo, skoraj popolnoma neizkoriščeno področje »metagenomike«, ki cilja predvsem na izkoriščanje nekultivabilnih mikroorganizmov. Možnosti uporabe »metagenomike« so se v zadnjem času močno razširile s pomočjo naraščajočega nabora enostavno dostopnih genomskih informacij. Razvoj hitrega in ekonomičnega sekvenciranja DNA nam je razkril veliko število in pestrost prej nepoznanih genov in genskih skupin s pomembnim medicinskim in tržnim potencialom. Hkrati nas je naraščajoče poznavanje genetike streptomicet pripeljalo do razvoja močnih tehnologij in orodij kombinatornega in biosinteznega inženiringa, s pomočjo katerega pridobivamo številne nove »nenaravne naravne« spojine. Na žalost je proizvodnja tako pridobljenih spojin pogosto omejena z nizkimi aktivnostmi rekombinantnih encimov in posledičnimi nizkimi donosi. Našteti dejavniki krepijo potrebo po razvoju zanesljive in robustne ekspresijske platforme, ki omogoča hitro, zanesljivo in učinkovito proizvodnjo novih metabolitov (poliketidov) in pogosto popolnoma nepoznanih genskih skupin v nadomestnih gostiteljih. Proizvodnja heterolognih poliketidov iz PKS in NRPS z uporabo streptomicetnih ekspresijskih sistemov v visokodonosnih industrijskih streptomicetnih sevih, skupaj s procesi, ki so jih podrobno razvijali tekom zadnjih let, ponuja mnogo prednosti pred naravnimi producenti. Zato je cilj predlaganega projekta razviti robustno platformo za heterologno izražanje poliketidov s pomočjo industrijskih visoko-donosnih streptomicetnih sevov. Taka platforma lahko predstavlja izjemno zmogljivo tehnologijo visoke tržne vrednosti, saj je ključnega pomena za prihodnost razvoja novih poliketidnih naravnih spojin visoke medicinske vrednosti.
Pomen za razvoj znanosti
Cilj raziskovalnega projekta je bil postaviti sistem za heterologno izražanje medicinsko pomembnih poliketidnih metabolitov v izbranih industrijskih visoko donosnih streptomicetnih sevih. Poliketidi in njihovi polsintezni derivati naravnega izvora predstavljajo izjemno pomembno skupino biološko aktivnih učinkovin medicinskega in komercialnega pomena. Kljub njihovi veliki tržni vrednosti in medicinskemu pomenu tovrstne biološko aktivne učinkovine, farmacevtska industirja pretežno še danes proizvaja s klasičnimi biosinteznimi postopki in/ali postopki klasične (pol)sintezne kemije, ki so pogosto cenovno neugodni in/ali zelo okolju neprijazni. Številni industrijski sevi so omejeni z nizkimi donosi in zahtevnimi bioprocesi. Pogosto so napori razvojni inženirijev v farmacevtski industirji omejeni tudi zaradi slabo razvitih orodji za genske manipulacije. Novejši pristopi, kot so kombinatorni in (kemo-)biosintezni inženiring ter novejši pristopi metagenomika, povezani z učinkovito uporabo genomike, prinašajo nove medicinsko uporabne bioaktivne spojine oziroma nove biološko aktivne učinkovine (kandidate) za nova zdravila. Odkriti so bili tudi številni novi mikroorganizmi, ki proizvajajo naravne produkte z zelo obetavnimi biološkimi aktivnostmi, vendar jih je zelo težko ali celo nemogoče gojiti v industirjskem obsegu (nekultivabilni mikroorganizmi). Vse to jasno nakazuje, da obstaja velika potreba po zanesljivem in robustnem sistemu za visoko donosno izražanje obstoječih ali novih in danes še nepoznanih biosinteznih genskih skupin v heterolognih gostiteljih. S tem namenom smo uspešno razvili potrebna genska orodja in metodologijo prilagodili visoko-donosnim industrijskim gostiteljskim sevom. Postavljena platforma na osnovi industrijskih visoko-donosnih streptomicetnih gostiteljskih sevov skupaj z novimi genskimi orodji in metodami za ekspresijo PKS sistemov predstavlja potencialno industrijsko uporabno in tržno zanimivo tehnologijo za proizvodnjo novih medicinsko pomembnih naravnih produktov.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvoj robustne in zanesljive platforme za heterologno proizvodnjo obstoječih ali novih medicinsko pomembnih poliketidnih spojin za biotehnološko podjetje Acies Bio pomeni velik tehnološki napredek, ki bo podjetju omogočil dodatno konkurečno prednost na trgu farmacevtske biotehnologije. Razvoj platforme bo imel pozitiven vpliv tudi za slovensko farmacevtsko industrijo, saj je uporabnost platforme usmerjena prav za izboljšano heterologno produkcijo generičnih farmacevtskih produktov, ki predstavljajo pomemben delež v poslovanju slovenskih farmacevtskih podjetij. Izvedba projekta »Sistem za heterologno produkcijo poliketidnih antibiotikov na osnovi visoko-donosnih industrijskih streptomicetnih sevov« je potekala tudi v sodelovanju z Biotehniško fakulteto Univerze v Ljubljani. V sklopu tega projekta so sodelovali tudi študenti dodiplomskega in podiplomskega študije Biotehniške fakultete in je tako neposredno spodbujala raziskovalne in pedagoške aktivnosti na področju industrijske mikrobiologije in mikrobne biotehnologije ter povečala pretok in prenos znanja med univerzo in industrijo.
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
