Mining of a Norwegian biogoldmine through metagenomics

Varme kilder i dyphavet langs den Arktiske Midt-Atlantiske Spredningsryggen kan karakteriseres som noen av de mest ekstreme habitat funnet på norsk sektor. I dyp helt ned til 2400 meter under havoverflaten har vi oppdaget oaser av liv som livnærer seg på reduserte kjemiske forbindelser som følge av vulkansk aktivitet og vann-bergart reaksjoner. I slike ekstreme miljø må mikroorganismene tåle ekstreme temperaturer, ekstrem pH, høye trykk samt være resistente mot giftige mineraler. Slike ekstreme habitat er kjent for å fungere som et genetisk reservoar for industrielle biokatalysatorer (enzymer). I dette prosjektet har vi studert det genetiske materialet fra prøver hentet direkte fra disse varme kildene ved bruk av metagenomikk. I tillegg har vi stimulert de naturlige miljøene gjennom å sette ut in situ inkubatorer med komplekse organiske forbindelser som er relevante for spesifikke industrielle prosesser. Vi har gjennom prosjektperioden utviklet verktøy for å sortere dette genetiske materialet, lage modeller av utvalgte enzym-klasser og dermed identifisere og produsere relevante biokatalysatorer. I tillegg har vi anriket og isolert mikroorganismer som kan bryte ned komplekse organiske komponenter og funnet nye oljenedbrytende mikroorganismer. Våre data indikerer et stort bioteknologisk potensiale i de ekstreme habitatene langs den Arktiske Midt-Atlantiske Spredningsryggen. Utnyttelse av disse genetiske ressursene kan potensielt styrke den norske bioøkonomien i fremtiden.

The future need for new and novel biocatalysts for the application in white biotechnology will boost the market for industrial enzymes. Biocatalysts produced by microorganisms living in extreme habitats, hostile for human life with elevated temperatures ( up to 120°C), high pressure in the deep sea (up to 1000 bar), pH extremes (0-12) and toxic chemical environments are well recognized for their industrial application. The unique discoveries performed at Centre for Geobiology (CGB) of deep sea hydrothermal vents located in Norwegian territorial waters along the Arctic mid-Ocean Ridge (AMOR) has the potential to substantially impact Norwegian industrial production. Over the past three years, we have sampled, characterized the microbial diversity and sequenc ed metagenomes of microbial communities situated on hydrothermal vent chimneys emitting fluids of 317°C at Loki?s Castle located at 73°30°N at 2400 m depth. These habitats provide an untapped genetic reservoir. In this proposed project we intend to exploi t this reservoir by 1) In collaboration with Nofima Ingrediens (Nofima) develop enzyme cocktails for degradation and transformation of fish waste to new and novel products; 2) identify biocatalysts complementary and possibly superior to well known-industr ial enzymes; 3) reveal the metabolisms of enriched oil-degrading microorganisms in samples collected from Loki's Castle. These objects will be fulfilled by the use of cutting edge metagenomics of natural samples as well as In situ stimulated communities, In silico modeling of biocatalysts, cloning, expression and characterization of target enzymes. We have access to large scale facilities for production of enzymes. The effects of new enzymes on production processes and product properties will be evaluated in specialized laboratories and pilot production plants available at Nofima. Potential commercial use will be evaluated by the University of Bergen's technology transfer infrastructure in collaboration with BTO.