Projekti / Programi
Primerjalna genomika za ciljne izboljšave industrijskih sevov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.01 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
Tehnologija rekombinantne DNA |
Raziskovalci (12)
Organizacije (2)
Pomen za razvoj znanosti
V realizaciji projekta »Primerjalna genomika za ciljne izboljšave industrijskih sevov« so sodelovale tri različne institucije, Biotehniška fakulteta (BF) ter podjetji Acies Bio in Lek/Sandoz, ki jih združuje povečevanje znanja oziroma ekspertize v smeri razvoja novih metod, tehnologij in pristopov za izboljševanje industrijskih sevov oz. tehnologij. Poglavitni fokus raziskovalcev BF in AciesBio v sklopu tega projekta je bilo predvsem sodelovanje pri R&D aktivnostih, ki so jih izvajali raziskovalci Lek/Sandoz. Rezultati tega projekta so bili usmerjeni aplikativno, zlasti v razvoj seva S. tsukubaensis in preverjanje tehnologije s pristopom primerjalne genomike.
Nove izboljšane, cenovno dostopnejše in hitre metode sekvenciranja DNA so odprle nove razsežnosti na področju raziskav industrijsko pomembnih metabolitov. Tako je postal metabolni inženiring, ki temelji na podatkih pridobljenih iz primerjave celotnih genomov, realna možnost za uporabo pri izboljševanju različnih industrijsko in medicinsko pomembnih sevov. V našem projektu smo že pridobili celotni DNA zaporedji genomov divjega in visoko-donosnega industrijskega seva producenta imunosupresiva FK506, Streptomyces tsukubaensis. S pomočjo sekvenc genomov, ki smo ju pridobili leta 2009, smo identificirali novo biosintezno pot za podaljševalno enoto alilmalonil-CoA. Ta metabolna pot je že odprla nove možnosti na področju metabolnega in biosinteznega inženirstva in omogočila razvoj novega pristopa za biosintezo FK506 brez nečistoč. Poleg tega smo identificirali tudi nove regulatorne poti, ki vplivajo na povečan donos FK506. Identificirali smo tudi genske skupine, ki kodirajo neželene paralelne poti, ki vodijo do nastanka »konkurenčnih« spojin, ki porabljajo iste gradnike kot FK506.
Na osnovi eksperimentalnih rezultatov tega projekta smo objavili dva članka z visokim faktorjem vpliva. Članek o novi biosintezni poti smo objavili v reviji The Journal of Biological Chemistry. Članek, ki opisuje nov pristop za biosintezo FK506 na podlagi inaktivacije enega od genov te biosintezne poti smo objavili v reviji “Metabolic Engineering”, ki je ena najuglednejših na področju metabolnega inženirstva. Predvidevamo, da bomo v letu 2012 objavili še dva članka na temo novoodkritih genskih skupin za “konkurenčne” spojine in regulatornih poti, ki vplivajo na biosintezo FK506.
Pomen za razvoj Slovenije
V slovenskem okolju delujeta dve večji uspešni farmacevtski družbi s fermentacijskimi proizvodnimi kapacitetami, ki proizvajata več pomembnih zdravilnih učinkovin. Zaradi ekonomskih zahtev po povečanem donosu ter strogih zakonodajnih zahtev glede kakovosti produktov in prisotnosti nečistoč proizvodne bioprocese in seve nenehno izboljšujejo tako s postopki naključne mutageneze (kemijski mutageni ali UV-svetloba) in selekcijo kot z genskim inženirstvom. Metode klasične izboljšave sevov so se skozi leta izkazale za zelo uspešne, saj se je pri marsikaterem sevu donos ciljnega metabolita glede na izhodni sev povečal za več stokrat. Žal pa pri klasičnem izboljševanju sevov ne dobimo nobene informacije o vzrokih za izboljšane lastnosti. V sklopu tega projekta smo s pristopom primerjalne genomike identificirali metabolne poti, ki vplivajo na povečanje donosa FK506. Identificirali smo nekaj ključnih prej nepoznanih metabolnih poti, poleg tega pa smo razvili tudi nove pristope, ki kažejo obetaven potencial za bistveno zmanjšanje stroškov proizvodnje pri industrijskem partnerju Lek/Sandoz.
Tako klasični kot genski pristop k izboljšavi mikrobnih sevov predstavljata tudi poglavitno dejavnost mladega biotehnološkega podjetja Acies Bio, ki deluje v Tehnološkem parku Ljubljana in v projektu sodeluje kot soizvajalec. Na podlagi rezultatov, ki so med drugim nastali tekom tega projekta so raziskovalci Acies Bio in Lek/Sandoz vložili patentno prijavo, ki zajema izboljšan proizvodni proces za FK506 (EP2272963 A1). To je še povečalo ekspertizo raziskovalcev Acies Bio in utrdilo sloves mladega podjetja kot kompetentnega partnerja pri raziskavah in razvoju. Pričakujemo, da bo imelo uspešno sodelovanje z velikim farmacevtskim podjetjem Lek/Sandoz velik vpliv na poslovanje podjetja v prihodnje.
Pri izvedbi projekta sodelujejo tudi dodiplomski in podiplomski študenti Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, ki pridobivajo dragoceno znanje o raziskavah v realnem industrijskem okolju. V prvem letu je bil velik poudarek na obdelavi podatkov, ki smo jih pridobili s sekveniranjem genoma S. tsukubaensis. Študenti so se pri delu seznanili s sodobnimi bioinformacijskimi metodami in programi za obdelavo celotnih genomov, ki jih raziskovalci v industriji pri svojem delu že uporabljajo. V okviru projektnih aktivnosti sta v letih 2010 in 2011 svoji diplomski nalogi izvedla in zagovarjala dva študenta Biotehniške fakultete. Trenutno so v zaključnih fazah svojega študija še dva doktorska študenta in ena dodiplomska študentka Biotehniške fakultete in ena študentka Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
