Enzyme development for Norwegian biomass - mining Norwegian biodiversity for seizing Norwegian opportunities in the bio-based economy

I dette prosjektet jobber seks forskningsinstitusjoner og to bedrifter sammen for å utvikle konkurransedyktig enzymteknologi for å utnytte norsk biomasse. Målet er å øke verdiskapingen i norsk biobasert industri. Med naturens egne verktøy (her: enzymer) skal vi skape en god bioøkonomi, basert på bærekraftige, miljøvennlige og lønnsomme prosesser. Slike prosesser inkluderer enzymatisk omdannelse av ikke spiselig plantebiomasse til sukker som så kan fermenteres til en rekke produkter, deriblant bioetanol of fôr. En annen prosess er omdannelse av protein-rike biprodukter fra f eks lakseslakterier til høy-verdi hydrolysater. I prosjektet er en viktig oppgave å finne og identifisere de rette enzymene. Universitetet i Bergen leter i varme kilder på havbunnen, Universitetet i Tromsø leter etter enzymer i arktiske strøk, mens NMBU (Ås) leter mikrobielle samfunn som bryter ned plantebiomasse. Noen av prosjektdeltakerne har sin styrke i å produsere enzymer, og gjøre dem mer effektive og stabile. Her er blant annet SINTEF, Uni Research i Bergen og NMBU involvert (WP2 - WP4). Det blir også mye enzymkarakterisering, hvor blant annet Universitetet i Tromsø bidrar med kompetanse innen krystallografi. Senter for vitenskapsteori ved Universitetet i Bergen har ansvar for å se på hele prosessen med bruk av enzymer: Er prosessene miljøvennlige og etisk forsvarlige, og hvordan ser miljøregnskapet ut? Hva med eiendomsforhold rundt det vi finner i naturen? (WP8). Industripartnerne, Borregaard (skog og plantebiomasse, WP5) og Biomega (marin biomasse, WP6), bidrar til å drive prosjektet i en retning som fører til at norsk industri kan nyte godt av resultatene. Begge disse bedriftene ønsker å være sentrale aktører i en norsk bio-økonomi. I 2014 har også Norilia (biprodukter fra kjøttproduksjon) blitt assosiert til prosjektet (WP7) og i 2015 har Alkymar (marine råstoffer) blitt assosiert til prosjektet (WP7). WP7 handler om å sette i gang nye aktiviteter og siden 2015 har det blitt koblinger mot enzymatisk produksjon av sialinsyrederivater (UiTromsø) og utvikling av enzymteknologi for prosessering av tare, i samspill med SFIen Foods of Norway (NMBU). I prosjektets første fase har vi samlet inn masse biodiversitet, blant annet ved å anrike bakterielle samfunn fra spesielle økosystemer på de substratene som våre industripartnere er interesserte i. Videre har vi bygget opp kompetanse for å høste fra denne biodiversiteten, dvs at vi skal finne lovende enzymer å videreutvikle disse for industrielt bruk. Vi har gått gjennom nesten 1 million kandidater og på basis av ønskene fra industrien har rundt 150 kandidatenzymer blitt identifisert for videre arbeid. Noen av disse har gått gjennom prosjektets «enzym utviklings pipeline» og blir testet og brukt i applikasjoner. Prosjektet satser også på videreutvikling av enzymer gjennom såkalt «enzym engineering». Her spille SINTEF spiller en viktig rolle fordi man her har bygget opp et system for masse spektrometri-basert screening av enzymaktiviteter. Dette gir NorZymeD et unikt fortrinn og i prosjektets siste fase har vi på denne måten fremstilt nye enzymer med interessante egenskaper. Vi har nå en rekke nye enzymer med lovende egenskaper og flere av disse blitt testet ut i industrielle applikasjoner, både «grønne» (Borregaard) og «blåe» (Biomega). Vi har i senere tid også gjort framgang i utvikling av mer effektive bioprosesser, spesielt for lignocellulose. Vi har fått fram meget gode enzymer for prosessering av tare, som nå blir testet i industrielle anvendelser. Prosjektets årsmøter har blant annet et formidlingsseminar med deltagere fra industri, universiteter og forvaltningsorganer. Under prosjektmøtene og årsmøtene har ELSA arbeidet (WP8) fått betydelig med tid og oppmerksomhet. Prosjektet har vært nødt til å jobbe aktivt med de problemstillingene som spesielt bioprospektering medfører, siden det fremdeles finnes en del uavklarte og vesentlige problemstillinger knyttet til «benefit sharing». Både Senter for Vitenskapsteori (ved Roger Strand et al.) og Morten Walløe Tvedt ved Fridtjof Nansen Institutt jobber med denne problematikken og en felles artikkel har blitt publisert i 2016.

Vi har: - Kartlagt biodiversitet og jaktet på enzymer - Jobbet med utbedring av industrielle enzymatiske prosesser - Bygget opp kompetanse innen grunnleggende og anvendt enzymologi - Utviklet nasjonale nettverk og nye relasjoner Virkninger: - Nasjonal nettverksbygging - Nasjonal kompetanseplattform - Blå-grønt samarbeid - Oppmerksomhet rundt industriell bioteknologi - Banebrytende ELSA arbeid - Nye bedriftsrelasjoner, inklusive nye prosjekter, og kanskje en SFI fra 2020 - Mange follow-up prosjekter - Prosessforbedringer hos deltagende industri - En stor samling med enzymer - Synlighet i den internasjonale forskningsarenaen - Vitenskapelig framgang og publisering - Innovativt arbeid rundt prosjektoppfølging, formelle prosedyrer rundt prosjektets slutt, samt sikring av framtidig resultatutnyttelse

The basis for a national bio-economy lies in the development of a biorefining industry enabled by enzyme tools that are tailored for Norwegian biomass and business opportunities. This project focuses on developing enzymes and processes for biomasses and v alue chains where Norway has clear competitive advantages, namely lignocellulosics and marine co-products from fisheries and aquaculture. Starting at unique biodiversities of the arctic, hot vents and gut microbiomes, the project will build generic compet ence by establishing a national "enzyme development pipeline". Through national complementarity and distribution of tasks, we will combine expertise on thermophilic enzymes in Bergen and cold-adapted enzymes in Tromsø, with expertise in enzyme engineering and applied enzymology in Ås, fermentation and screening facilities at SINTEF, and structural characterization in Tromsø. We will develop generic technology competence in four work packages, focusing on metagenomic sampling (WP1), screening and character ization of candidate enzymes (WP2,WP3), enzyme engineering (WP4) and larger-scale production for industrial trials (WP2). One innovative aim is to combine the best of cold- and heat-adapted enzymes using bioinformatics, protein engineering and gene shuffl ing-based directed evolution. The project workflow will follow the value creation chain all the way to industrial trials. This is underscored by the involvement of two Norwegian companies with a strong R&D focus, which has made them leaders in lignocellul osic (WP5) and marine co-product biorefining (WP6). By linking enzyme development in two different value chains (blue and green), the project will unleash considerable synergies. Ethical, legal and societal aspects will be pursued in a dedicated work pack age (WP8). Expanding the interest to explore biocatalytic opportunities will be an important task for the management group (WP7,WP9), which will interact strongly with the Industrial Biotech Network Norway.