Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 1 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Utvikling av (industrielle) enzymer Vincent Eijsink.

Presentasjon om: "Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 1 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Utvikling av (industrielle) enzymer Vincent Eijsink."— Utskrift av presentasjonen:

1 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 1 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Utvikling av (industrielle) enzymer Vincent Eijsink UMB, snart NMBU – Institutt for Kjemi, Bioteknologi og Matvitenskap

2 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 2 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Enzymers fortreffelighet  Katalyserer kjemiske reaksjoner under naturlige betingelser.  Er meget presise; ingen bi-produkter.  Ingen behov for bruk av forurensende kjemikalier, lave energibehov.  Kan katalysere prosesser som vi ikke har kjemisk teknologi til.  Det finnes mange.

3 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 3 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Begrensning 1 - Industrielle krav til et enzym  Lett å produsere i store nok mengder *  Tilstrekkelig stabil og aktiv under prosessbetingelser *  Bred anvendbarhet  Billig * Essensiell og overhode ikke noe selvfølge

4 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 4 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Begrensning 2 - Komplekse substrater krever komplekse enzymblandinger

5 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 5 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Potensialet er allikevel stor S-Y Ding et al., Science, 2012, 338:1055-1060

6 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 6 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Å utvikle industrielle enzymer ↓WP1 – Finne kandidater (”bioprospektering”) ↓WP2 – Uttrykke/produsere kandidater ↓WP3 – Karakterisere kandidater ↓WP4 – Forbedre (”engineere”) kandidater For enzymeprodusenten: Industrialisere produksjonsprosessen og formulere produktet For brukere: Prosessutvikling (WP5-7)

7 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 7 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Bioprospektering Finn gode «kilder» som så kan tappes på flere måter, direkte, eller etter forskjellige grader av anrikning  Metagenomer  Metaproteomer  Genomer  Ekpresjonsbiblioteker fulgt av funksjonell screening

8 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 8 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Metaproteomikk Metacellulosomics-driven discovery of synergism in a soil- derived cellulose-degrading microbial community Yizhuang Zhou, BGI, Phillip B. Pope, UMB, et al., 2013

9 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 9 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Upregulation of gene expression when Serpula lacrymans grows on wood (Eastwood et al., 2011, Science 333:762-765) Begrensning av datasettet

10 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 10 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Med behandling Uten behandling Oppdagelsen av LPMOs, «Lytic Polysaccharide Monooxygenases» (Vaaje-Kolstad et al., 2010; Horn et al., 2012)

11 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 11 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Enzym produksjon (WP2) Ekspresjonssystemet (vertsorganisme) må velges med omhu og flere systemer må testes  Labskala – Funker ofte; kan raskt ekskludere enzymer fra videre utvikling  Større skala – Krever spesialkompetanse  «Downstream processing» kan være en utfordring Sintef

12 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 12 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Enzym produksjon (WP2) Uformell uttalelse fra Novozymes, verdens ledende produsent av industrielle enzymer: Den viktigste enkeltfaktor som har gjort våre cellulase produkter billigere i perioden 2000 – 2010 ligger i vår fermenteringsteknologi

13 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 13 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Karakterisering (WP3) En stor kostnadspost og en potensiell «competitive advantage» UiT

14 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 14 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no «Engineering» (WP4): Å forbedre enzymers operasjonelle egenskaper gjennom sete- rettet mutagenese eller in vitro evolusjon

15 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 15 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Sete-rettet mutagenese - eksempel

16 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 16 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Random teknikker krever robotisering

17 mutated lyase genes lyase gene (alyA) (brakes G-G and M-G) lyase gene (alyA) (brakes G-G and M-G) Screening of lyase mutant library: increased G-G specificity Expression in E. coli, 108 000 clones Expression in E. coli, 108 000 clones Cultivation in 96-well plates, 6700 random strains Cultivation in 96-well plates, 6700 random strains Activity measurements on two defined substrates Activity measurements on two defined substrates 2. GGGGGGGGGGG 1. MGMGMGMGMGM Time A230 ISOLATION OF A NOVEL LYASE WITH SPECIFIC ACTIVTY AGAINST G-G Robotic colony picker and work stations random mutagenesis, error prone pcr Tøndervik A, et.al.(2010) JBC, 2010. 285(46): p. 35284-92.

18 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 18 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Simultan utvikling av enzym og prosess Borregaard trenger spesialtilpassede enzym-cocktails; NorZymeD kan bidra

19 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 19 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Fabrikk for annen generasjons bioetanol, Crescentino, Italia

20 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 20 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Kompetanse skaper verdier !

21 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 21 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no www.biochos.com Fungi infected strawberry flowers Our product + Synthetic fungicide (10% of recommended dose)

22 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 22 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no

23 Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 23 UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP www.umb.no Kommerialiseringsveier for NorZymeD  Nye eller forbedrede enzymer  Nye eller forbedrede prosesser  Prosesser spesialtilpasset til norske forhold  Produksjon av (spesial)enzymer