Bioprospektering i Trondheim Status, muligheter og utfordringer Trond Ellingsen SINTEF/NTNU

Transkript

1 Dialogmøte om marin bioprospektering Norges forskningsråd 5. februar 2010 Bioprospektering i Trondheim Status, muligheter og utfordringer Trond Ellingsen SINTEF/NTNU 1

2 Satsingsområder og involverte miljøer Mikroorganismer, mikro- og makroalger og DNA fra disse Legemidler (herunder antimikrobielle og anticancer-forbindelser) Næringsmidler og fôr (f.eks. umettet fett, fargestoff, probiotika) Biodrivstoff (enzymer, makroalger) Olje og gass utvinning (enzymer og mikroorganismer for biokatalyse og EOR) Etablering og utnyttelse av metagenombibliotek NTNU: Institutt for bioteknologi Institutt for biologi SINTEF: SINTEF Materialer og kjemi SINTEF Fiskeri og havbruk Nasjonale og internasjonale FOUkompetansemiljøer Testlaboratorier Industri 2

3 To av hovedlinjene for bioprospektering i Trondheim Screening etter egenskap eller effekt Feks. Antimikrobielle, anticancer, fargestoff

4 To av hovedlinjene for bioprospektering i Trondheim Screening etter egenskap eller effekt Feks. Antimikrobielle, anticancer, fargestoff Metagenom (enzymer og syntesespor)

5 To av hovedlinjene for bioprospektering i Trondheim SCREENING ANALYSER DYRKING Screening etter egenskap eller effekt Feks. Antimikrobielle, anticancer, fargestoff Metagenom (enzymer og syntesespor) Infrastruktur hovedlaboratorier

6 Infrastruktur for bioprospektering i Trondheim Molekylærbiologi/mikrobiologi Topp moderne utstyr ved SINTEF og NTNU High throughput screening Analyse/strukturoppklaring Prosessoptimalisering Miniatyrisert kultivering Robotisert koloniplukking væskebehandling Etablerte screen både med mikroorganismer og celler 15 MS instrumenter (LC/MS og GC/MS) Preparativ HPLC NMR-laboratorium (300, 400, 600 KHz) Nasjonalt laboratorium for optimalisering av mikrobielle produksjonsprosesser (45 fermentorer i fra 1- til 1500-l) Utstyr for nedstrøm (rensing og karakterisering) Infrastruktur også tilgjengelig via etablert samarbeid internasjonalt og nasjonalt (inkl relevante FUGE plattformer) 6

7 Pipeline for drug discovery NTNU SINTEF NTNU, SINTEF BioFocus, Gause Inst. Visionar, Novamass Industri SINTEF NTNU Industri Big/Midsize Pharma Innsamling og isolering av bakterier Screening, Struktur produksjon, oppklaring identifisering, rensing In vivo studier, mekanismer Kjemisk modifisering Genetisk modifiseing Utvidet testing Prosess utvikling Produkt utvikling Kommersialisering SINTEF NTNU Gause Inst., UiB, IBMC NTNU Biosergen AS Eksisterende industri Ny industri Sinvent AS, NTNU TTO

8 Status pipeline for antimikrobielle og antikreft forbindelser KULTURSAMLINGER: >10000 isolater av marine bakterier (neuston lag, sediment og svamp), en stor andel som produserer antimikrobielle stoffer. TEKNOLOGI: Isolering, screening, kultivering, rensing, strukturoppklaring, invivo og in-vitro testing, stammeforbedring og prosessutvikling. HITS : >100 anti-bakterielle (mot multiresistente), >30 anti-fungale og 29 anti-cancer hits. NYE FORBINDELSER: Identifisert minst 7 nye antibiotika. NETTVERK: NYE MULIGHETER: KOMPETANSE: Etablert et stort nettverk av partnere med komplementær og nødvendig kompetanse og infrastruktur. Nye muligheter for drug/enzyme discovery gjennom genom - sekvensering er avdekket. Vi har "draft" genomsekvens av 8 marine bakterier isolert fra Trondheimsfjorden, og har funnet >40 genclustere for biosyntese av potensielt nye antibiotika. Publisert 8 manus i peer-reviewed tidskrift + en patentsøknad.

9 9

10 10

11 Status Oppsummering ETABLERT PIPELINE Fra isolering til prosess Muligheter Operativ forskningsinfrastruktur for bioprospektering er på plass. Kompetanse, samarbeidsrelasjoner og infrastruktur for utvikling av mikrobielle produksjonprosesser er på plass. Store kultursamlinger etablert. Helt nye antimikrobielle forbindelser funnet, og en rekke hits er i pipeline. Unike biosyntese-spor funnet ved sekvensering. Teknologi for etablering/screening av metagenombibliotek er på plass. Teknologi for studier av mikro og makroalger er på plass. Etablert pipeline er en nasjonal ressurs. Hele eller deler av denne kan utnyttes på tvers i vidt spekter av bioprospekteringsprosjekter. Utvikle produkter/prosesser til et kommersielt interessant nivå. Kilde for nye legemidler (antimikrobielle, anticancer, andre), fargestoff, umettet fett. Genomsekvensering og heterolog produksjon av bioaktive molekyler i industrielt relevante produksjonsstammer. Kan screenes for en rekke forbindelser (enzymer, bioaktive, ). DNA fra oljereservoar er en unik nasjonal ressurs. Alger som som kilde for nye bioaktive forbindelser, lipider og enzymer.

12 Utfordring For å lykkes med å få fram nye produkter fra en nasjonal satsing på bioprospektering kreves det langsiktige store prosjekter. Prosjektene må ivareta hele linja fra leting til prosess- og produktutvikling. Dette krever samarbeid mellom forskningsmiljø med komplementær høy kompetanse, samvirke med relevant industri og en godt utviklet forskningsinfrastruktur. 12

13 Nye publikasjoner - bioprospektering Antimikrobielle, anticancer og genetic engineering Jorgensen, H., Degnes, K. F., Dikiy, A., Fjaervik, E., Klinkenberg, G. and Zotchev, S. B. (2010). Applied and Environmental Microbiology. 76, Hakvag, S., Fjaervik, E., Klinkenberg, G., Borgos, S. E. F., Josefsen, K. D., Ellingsen, T. E. and Zotchev, S. B.. (2009). Marine Drugs. 7, Jorgensen, H. Degnes, K. F., Sletta, H., Fjaervik, E., Dikiy, A., Herfindal, L., Bruheim, P., Klinkenberg, G., Bredholt, H., Nygard, G., Doskeland, S. O., Ellingsen, T. E. and Zotchev, S. B. (2009). Chemistry & Biology. 16, Jorgensen, H., Fjaervik, E., Hakvag, S., Bruheim, P., Bredholt, H., Klinkenberg, G., Ellingsen, T. E. and Zotchev, S. B. (2009). Applied and Environmental Microbiology. 75, Bredholt, H, Fjaervik, E., Johnsen, G. and Zotchev, S. B. (2008). Marine Drugs. 6, Hakvag, S., Fjaervik, E., Josefsen, K. D., Ian, E., Ellingsen, T. E. and Zotchev, S. B. (2008). Marine Drugs. 6, Bredholdt, H., Galatenko, O. A., Engelhardt, K., Fjaervik, E., Terekhova, L. P. and Zotchev, S. B. (2007). Environmental Microbiology. 9, Zotchev et al.(2009). NRPS-PKS gene cluster and its manipulationand utility. PCT/GB2009/ Metagenom Aakvik, T., Lale, R., Liles, M., and Valla, S. (2010). In: Handbook of Microbial ecology I:, Frans J. de Bruijn ed., John Wiley & sons. In press. Aakvik, T. Degnes KF, Dahlsrud R, Schmidt F, Dam R, Yu L, Ellingsen TE, Valla S. (2009). FEMS Microbiology Letters 296, Aakvik, T. et al. Patent filing June PCT No. GB2207/ (WO2007/141540) Umettett fett Jakobsen, AN, Aasen IM, Josefsen KD, Strøm AR (2008). Appl. Microbiol. Biotechnol., 80: Jakobsen, AN, Aasen IM, Strøm AR (2007). Appl. Environ. Microbiol., 73: Solbeskyttende fargestoff Stafsnes M, Josefsen KD, Kildahl-Andersen G, Valla S, Ellingsen TE and Bruheim P. (2010). Journal of Microbiology. 48 Probiotika Fjellheim, AJ, Klinkenberg G, Skjermo J, Aasen IM, Vadstein O (2010). Veterinary Microbiology, In Press (doi: /j.vetmic )