utvikling av (industrielle) enzymer vincent eijsink
DESCRIPTION
Utvikling av (industrielle) enzymer Vincent Eijsink UMB, snart NMBU – Institutt for Kjemi, Bioteknologi og Matvitenskap. Enzymers fortreffelighet. Katalyserer kjemiske reaksjoner under naturlige betingelser. Er meget presise; ingen bi-produkter. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
1
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Utvikling av (industrielle) enzymer
Vincent Eijsink
UMB, snart NMBU – Institutt for Kjemi, Bioteknologi og Matvitenskap
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
2
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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.
FnIII
CBM5
Cat
FnIII
Cat
Cat CBM12
A B ”C” (Cat domain)
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
3
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
4
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Begrensning 2 - Komplekse substrater krever komplekse enzymblandinger
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
5
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Potensialet er allikevel stor
S-Y Ding et al., Science, 2012, 338:1055-1060
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
6
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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)
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
7
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
8
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
9
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Upregulation of gene expression when Serpula lacrymans grows on wood (Eastwood et al., 2011, Science 333:762-765)
Begrensning av datasettet
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
10
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Medbehandling
Utenbehandling
Oppdagelsen av LPMOs, «Lytic Polysaccharide Monooxygenases»(Vaaje-Kolstad et al., 2010; Horn et al., 2012)
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
11
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
12
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
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
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
13
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Karakterisering (WP3)
En stor kostnadspost og en potensiell «competitive advantage»
UiT
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
14
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
«Engineering» (WP4): Å forbedre enzymersoperasjonelle egenskaper gjennom sete-rettet mutagenese eller in vitro evolusjon
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
15
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Sete-rettet mutagenese - eksempel
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
16
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Random teknikker krever robotisering
mutated lyase genes
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
Cultivation in 96-well plates,6700 random strains
Activity measurements ontwo 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.
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
18
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Simultan utvikling av enzym og prosess
Borregaard trenger spesialtilpassede enzym-cocktails; NorZymeD kan bidra
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
19
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Fabrikk for annen generasjons bioetanol, Crescentino, Italia
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
20
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Kompetanse skaper verdier !
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
21
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.nowww.biochos.com
Fungi infected strawberry
flowers
Our product+
Synthetic fungicide(10% of recommended dose)
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
22
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Institu
tt for kje
mi, b
iote
knolo
gi o
g
matv
itenska
p
23
UN
IVER
SIT
ETET FO
R M
ILJØ- O
G B
IOV
ITEN
SK
AP
www.umb.no
Kommerialiseringsveier for NorZymeD
Nye eller forbedrede enzymer
Nye eller forbedrede prosesser
Prosesser spesialtilpasset til norske forhold
Produksjon av (spesial)enzymer