Φίλιππος Βερβερίδης Επιστ. Υπεύθ. ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ (Υποέργο 12) - ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ

Transcript

1 TΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ EΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ IΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΚΡΗΤΗΣ PLANT BIOCHEMISTRY & BIOTECHNOLOGY LABORATORY ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ (Υποέργο 12) "Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία - Βιοσύνθεση ουσιών προστιθέμενης αξίας στη ζύμη και E. coli μέσω μεταβολικής μηχανικής" Φίλιππος Βερβερίδης Επιστ. Υπεύθ. ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ (Υποέργο 12) - ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ Εργαστήριο Βιοχημείας & Βιοτεχνολογίας Φυτών (PBBL), Τμήμα Γεωπονίας, Σχολή Τεχνολ. Γεωπονίας & Τεχν. Τροφίμων (ΣΤΕΓ-ΤΕΤ), ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ

2 Η ομάδα του Εργαστηρίου PBBL Α. ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ ΚΕΟ: Δρ. ΓΚΟΥΜΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ, Καθηγητής, Τμ. Τεχνολόγων Γεωπόνων Δρ. ΛΥΔΑΚΗΣ ΣΗΜΑΝΤΗΡΗΣ ΝΙΚΟΣ, Αναπλ. Καθηγητής, Τμ. Μηχ. Φυσικών Πόρων & Περιβάλλοντος Δρ. ΠΑΣΧΑΛΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ, Επικ. Καθηγητής, Τμ. Τεχνολόγων Γεωπόνων Β. ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ ΟΕΣ: Δρ. Τραντάς Μάνος, Γεωπόνος- Βιοτεχνολόγος (BSc ΑΠΘ, MSc & PhD Παν/μιο Κρήτης). Δρ. Ναβακούδη Έλενα, Βιολόγος, (BSc Biology, PhD Biotechnology Παν/μιο Κρήτης). Παυλίδης Θεόφιλος, Biochemist (BSc, MSc, Medical Diagnostics, UK). Μπαλαντινάκη Ευαγγελία, Τεχν. Γεωπόνος (BSc TEI Κρήτης) 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 2

3 Συνεργασίες με άλλα μέλη ΚΕΟ εκτός ΤΕΙ Κρήτης Καθ. Μ. Κοκκινίδης (Τμήμα Βιολογίας, Παν/μιο Κρήτης) Καθ. K. Βλαχονάσιος, Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Παν/μιο Θεσ/κης Dr. A. Μακρής, Τμήμα Αγροβιοτεχνολογίας, Ινστιτούτο Εφαρμοσμ. Βιοεπιστημών Επικ. Καθ. Αν. Ταμπακάκη, Τμήμα Επιστήμης Φυτικής Παραγωγής, Γεωπ/κό Παν/μιο Αθ. Prof. Mattheos Koffas (Center for Biotechnology, Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA) 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 3

4 Κίνητρα & Κεντρική Ιδέα της Έρευνας Νέες πηγές για βιοσύνθεση βιοδραστικών ενώσεων - Εκμετάλλευση των γενετικών πόρων δυνητικά χρήσιμων για γενετικές κατασκευές μέσω Μεταβολικής μηχανικής. Προηγούμενη εμπειρία με φλαβονοειδή, στιλβενοειδή (ΠΕΝΕΔ 2003, ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ Ι, ΠΕΠ-ΚΡΗΤΗΣ 2006, κλπ) Στόχος βιοδραστικές φυτικές ουσίες με προστιθέμενη αξία στη Αγροτική Βιομηχανία, Προαγωγή της ανθρώπινης υγείας και την προστασία των καταναλωτών Καινοτομία: Ετερόλογη βιοσύνθεση Υδροξυτυροσόλης (ΗΤ), αντί των φυτών σε μικροβιακή εργοστάσια 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 4

5 ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΙΔΕΑ ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ & ΘΑΛΗΣ Βιοσύνθεση υδροξυτυροσόλης (ΗΤ, Hydroxytyrosol) σε φυτά και μικροοργανισμούς Δημιουργία ΕΤΕΡΟΛΟΓΩΝ ΒΙΟΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ (Biofactories) ΕΤΕΡΟΤΡΟΦΑ (ΠΡΟΓΡ. ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ) Escherichia coli (E. coli) (Βακτήριο) Saccharomyces cerevisiae (Ζύμη) AYTOTΡΟΦΑ (ΠΡΟΓΡ. ΘΑΛΗΣ) Chlamydomonas reinhardtii (Χλωροφύκος) Arabidopsis thaliana (Φυτό μοντέλο) Olea europaea (Ελιά) 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 5

6 Γιατί βιοδραστικές ενώσεις/ φυτοχημικά από μικροβιακά εργοστάσια και όχι από τα φυτά Πρόοδοι στη μεταβολική μηχανική και συνθετική βιολογία. Αποφυγή δύσκολων τεχνικών ζητημάτων που σχετίζονται με την ανάπτυξη των ίδιων των φυτών. Αποφυγή περιορισμένης διαθεσιμότητας των πρώτων υλών από την οποία προέρχονται Πολυπλοκότητα στην παραγωγή φυσικών προϊόντων με συμβατική χημική σύνθεση. Mora-Pale_et al.,_plant Science 210 (2013) /09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 6

7 Πηγές Βιοενεργών ουσιών Ελιάς Oυσίες στους ιστούς ελιάς και στο ελαιόλαδο H ελευρωπαΐνη (oleuropein), πολυφαινολική ένωση (αντιοξειδωτικό). φύλλα της ελιάς και στον ελαιόκαρπο μεγαλύτερη ποσότητα στους ανώριμους ελαιόκαρπους (έντονα πικρή γεύση τους). αντιμικροβιακή /βακτηριοκτόνος δράση (1973). Παραλαβή αντιοξειδωτικών ουσιών από απόβλητα ελαιοτριβείων (κατσίγαρος) Τυροσόλη, η υδροξυτυροσόλη (πολυφαινόλες) εξαιρετικά ευεργετικές στην υγεία του ανθρώπου (μείωση της πιθανότητας κακοηθών νεοπλασιών ) HO HO Hydroxytyrosol OH HO Tyrosol OH 98% Α/Οξ. ουσιών Ελαιοκάρπου υγρά απόβλητα (2% στο λάδι). 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 7

8 Γιατί Υδροξυτυροσόλη (HT) Μία ελκυστική δραστική ουσία της ελιάς hydroxytyrosol Οleuropein sugar elenolic acid 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 8

9 Γιατί Υδροξυτυροσόλη (HT) Μία ελκυστική δραστική ουσία της ελιάς Πιο ελκυστικές ιδιότητες Ισχυρό αντιοξειδωτικό Αντιμικροβιακή δράση Ενάντια σε ανθρώπινα και φυτικά παθογόνα Μείωση καρδιαγγειακού ρίσκου και παθήσεων Πρόληψη του Καρκίνου Αντιφλεγμονώδη δράση Δερμοπροστασία 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 9

10 Γιατί Υδροξυτυροσόλη (HT) Μία ελκυστική δραστική ουσία της ελιάς 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 10

11 ΗΤ, Hydroxytyrosol ακριβότερη και από το χρυσό HYDROTYROSOL 99.8% purity Approx /gr 100MG = GOLD PURE Approx /gr (price May /09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 11

12 Τι άλλο έπαιξε ρόλο στην επιλογή της ΗΤ 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 12

13 Βιοσυνθετικοί οδοί των κυριότερων δευτερογενών ενώσεων του ελαιοκάρπου Alagna, et al., (2012) BMC Plant Biol 12, /09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 13

14 ΠΡΟΤΑΣΗ ΟΜΑΔΑΣ PBBL ΕΤΕΡΟΛΟΓΟ ΒΙΟΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΔΡΟΞΥΤΥΡΟΣΟΛΗΣ (ΗΤ) ΑΠΟ E. coli και ΖΥΜΗ 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 14

15 Engineering of hydroxytyrosol PBBL ΗΤ Pathway pathway Προτεινόμενο διπλό μονοπάτι για τη βιοσύνθεση; υδροξυτυροσόλης από τυροσίνη. Χρήση 2 νέων γονιδίων TDC /AADC από μαϊντανό TYR από Ralstonia ADH εγγενές στο E. coli 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 15

16 Biosynthesis of hydroxytyrosol from Tyrosine Over/Producers (O/P) E. coli PBBL ΗΤ Pathway GLUCOSE Prof. Keasling Patent UC, USA 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 16

17 Hydroxytyrosol (HT) levels produced from E. coli BL21(DE3) E. coli regular (R) and Tyrosine overproducing E. coli (Tyr O/P) strains with or without the HT pathway after 24h growth. Feeding Precursor (Conc.) Strain L-Tyr (mm) Tyrosol (mm) HT (mm) L-Tyrosine (1mM) BL21 (R) ~ L-Tyrosine (1mM) BL21 (HT) induced trace / D- Glucose (1%) BL21 (Tyr O/P) induced 0.18+/ D- Glucose (1%) BL21 (Tyr-O/P-HT) induced / / /09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 17

18 Οι δυνατότητες της νανοβιοτεχνολογίας Συνεργασία με Ομάδα καθ Κοκκινίδη Παν. Κρ. L-DOPA Tyrosine 3,4-Dihydroxyphenyl acetaldehyde HYDROXYTYROSOL Native ADH Fusion protein folding This small protein section permits protein folding Folded protein dimerizes or tetramerizes 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 18

19 Βελτιστοποίηση παραγωγής ΗΤ Different genes Different media Different temperatures and shaking strength Different concentrations of the inducer Different copy-number Different host strains 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 19

20 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 20

21 Η ΗΤ ως Επιχειρηματικό Προϊόν Λόγω της προστιθέμενης αξίας της 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 21

22 Μήνυμα για το σπίτι: 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 22

23 TECHNOLOGICAL EDUCATIONAL INISTITUTE of CRETE PLANT BIOCHEMISTRY & BIOTECHNOLOGY LABORATORY 29/09/2015 Βερβερίδης και Συνεργάτες 2015 ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙ (ΥΠΟΕΡΓΟ 12) «Αξιοποίηση γενετικών πόρων στη γεωργία " 23