NORCE-forskere med raskere og enklere utvikling av enzymer, basert på den nobelpris-vinnende gensaksen CRISPR

Nær sagt over natten ble CRISPR/Cas kjent langt utenfor fagfeltets grenser, da Emmanuelle Charpentier og Jennifer A. Doudna nylig mottok Nobelprisen i kjemi for å ha oppdaget disse gensaksene – og for å ha utviklet metoden for redigering av gener.

CRISPR muliggjør målrettede endringer i arvestoff, DNA-et. I praksis fungerer metoden som en gensaks, ved at man «klipper» ut, bytter eller legger til DNA i for eksempel, planter, bakterier, dyr eller også mennesker.

Styrke verdikjeden for enzymutvikling

Blant dem som har dratt nytte av CRISPR/Cas-verktøyene, er forskere i NORCE. Instituttets bioteknologer i Bergen og Stavanger har i lengre tid jobbet for å videreutvikle og tilpasse et verktøy basert på den nobelprisvinnende metoden.

Nå er resultatene publisert i tidsskriftet Applied and Environmental Microbiology.

Her beskriver forsker Antonio Garcia-Moyano og kolleger et molekylært arbeidsverktøy som forkorter og forenkler prosessen med å velge ut og produsere viktige enzymer til industrien.

– Det nye CRISPR-baserte verktøyet har stor betydning for å styrke verdikjeden for enzymutvikling, både med hensyn til oppdagelse, optimalisering og produksjon, sier Garcia-Moyano.

Viktige bidrag til moderne bioøkonomi

Enzymer med de rette egenskapene spiller en sentral rolle for utvikling innen mange bransjer, og er relevant for grønn omstilling i industri. Enzymer brukes blant annet i foredling av biomasse, for eksempel fiskeråstoff eller trevirke, og bidrar til å skape helt nye produkter.

I praksis er enzymer katalysatorer, de deltar i kjemiske prosesser ved å øke hastigheten på dem – uten selv å bli forbrukt. Dette er en genial evne, som også har noen små haker. Mange enzymer er nemlig svært følsomme for temperatur, slik at de risikerer å miste egenskapene sine ved rundt 40 grader.

– Det er et veldig stort behov for å oppdage flere, bedre og nye enzymer til industrien. Vi håper å gi viktige bidrag til utviklingen av den moderne bioøkonomien fremover med vårt tilpassede arbeidsverktøy, sier Garcia-Moyano.

Kutter kostnader og bruk av antibiotika

I den nye studien har Garcia-Moyano og kollegene brukt bakterien Bacillus subtilis. Denne finnes naturlig i jord, i enkelte pattedyr og i fordøyelsessystemet til mennesker. Men først og fremst har denne bakteriecellen vist seg å være svært egnet som vert for å produsere enzymer industrielt.

Når enzymfabrikken, altså bakterien, lager enzym foreligger genet til dette enten i små ringformede DNA-molekyler eller i kromosomet til bakterien. Det nye tilpassede crispr-verktøyet gjør det enklere å innlemme genet i hele kromosomet til Bacillus bakterien.

Fordelene med integrering av enzymgenet inn i kromosomet er blant annet økt stabilitet, en mer forutsigbar produksjon, og i tillegg kan man eliminere bruk av antibiotika under produksjon.

Å utelate antibiotika ved storskala produksjon av enzymer er i praksis blitt en forutsetning, både med tanke på kostnader, forenelighet med produkter og ikke minst for å redusere resistensproblemer.

Prosjekter for enzymutvikling

Det nye tilpassede crispr-verktøyet gjør laboratoriearbeidet mer effektivt. Man får i praksis en plattform der forskerne raskere kan fastslå egenskapene til mange enzymstammer samtidig.

Fra før har NORCE gjennom flere års forskning bygd opp et fundament med internasjonalt etterspurte verktøy og gode laboratorier for enzymutvikling. Nå vil det nye arbeidsverktøyet komme til nytte i flere av prosjektene NORCE med samarbeidspartnere er involvert i.

Blant prosjektene der NORCE jobber med enzymutvikling fremover, er for eksempel aMASE, som handler om hvordan enzymer kan forbedre lukt- og smaksopplevelsen av marine restråstoff i mat og produkter for mennesker.

Verktøyene kan også være nyttige for og videreutvikles med partnere i det nye nasjonale senteret for forskningsbasert innovasjon i industriell bioteknologi som NORCE deltar i.

- Enzymer er viktig for å skape grønnere prosesser. Vi vil fortsette å utvikle og bruke nye verktøy for å gjøre det enklere å skreddersy enzymer for norske behov, sier forskningsleder Gro Bjerga.