Optimalisering: MarSynth - Marine DNA modifying enzymes for synthetic biology

Syntetisk biologi er et hurtig voksende felt, og er beskrevet som en mulig løsning på framtidens utfordringer når det gjelder bioøkonomi og bioenergi. Den ultimate visjonen i syntetisk biologi er å lage nye biologiske operativsystemer av celler som kan utføre nødvendige oppgaver på en forutsigbar måte. Et av de viktigste stegene i syntetisk biologi er å sette sammen DNA fragmenter til større funksjonelle konstrukter og involverer ofte multiple sammensettinger av DNA fragmenter. En av flaskehalsene er at man mangler en metode ved romtemperatur som kan muliggjøre slike multiple DNA fragment sammensettinger uten bruk av tidskrevende manuelt arbeid. Marin bioprospektering koblet sammen med kunnskap og innovasjon som er oppnådd i et tidligere biotek2021 prosjekt danner bakgrunnen for dette prosjektet, hvor en rekke marine varmelabile DNA modifiserende enzymer med et høyt potensiale innenfor bioteknologisk industri har blitt identifisert og karakterisert. Prosjektet har som hovedmål å utvikle enzymer som er spesialisert for å utføre sammensetting av multiple DNA fragmenter ved romtemperatur. «Proof of Principle» studier som inneholder optimalisering av protokoll og formulering av de utviklede enzymene vil sørge for en hurtig, effektiv og pålitelig plattform for sammensetting av multiple DNA fragmenter. Den beste enzymsammensetningen vil bli brukt i «Proof of Concept» studier. En viktig del av prosjektet er å kontinuerlig følge opp sluttbrukere for å sikre at vår plattform møter kundens behov. Nøkkelelementer av RRI (Responsible Research and Innovation) vil også bli integrert i prosjektet.

We have developed a new technology platform based on two unique enzymes originating from marine bioprospecting in Tromsø. This technology outperforms the existing solutions and satisfies a need in the fast growing synthetic biology market. The project has contributed to enhance the existing competence and relationship between various players in the marine biotechnological research and innovation community and industry in Tromsø. We believe that the results of this project will further put Norway, and Tromsø in particular, on the map for exploitation of cold-adapted marine resources.

The ultimate vision of synthetic biology is to create new biological operating systems of cells that predictably are able to carry out useful tasks. One of the key steps in a synthetic biology pipeline is the assembly of DNA fragments into larger functional constructs often involving multiple assemblies. A current bottleneck is however the lack of a robust room-temperature method to do sequential (or multiple) DNA assemblies without time consuming manual treatment steps. A new DNA assembly method able to bypass the current hurdles is therefore highly desired. The proposed project aims at developing a sequence independent isothermal room-temperature DNA assembly platform, with potential for contributing to automation of a complete Synthetic Biology Pipeline. An easy-to-use DNA assembly kit format will be developed to serve the R&D market. The background for this project is the large marine bioprospecting efforts in the Arctic, coupled with knowledge based and innovative efforts during an ongoing Biotek2021 project, leading to identification and characterization of several marine heat-labile DNA-modifying enzymes with a high potential for industrial and biotechnological purposes. Through comparative structural analysis and rational design, enzymes specialized for performing isothermal DNA assembly at room temperature will be developed. The enzymes´s intrinsic heat-lability are key features for the versatility of the method. Through Proof of Principle (PoP) studies, protocol and formulations of the engineered enzymes will be optimized to ensure a quick, efficient and reliable DNA assembly platform. The best enzyme composition will be selected for Proof of Concept (PoC) and a User Case study, where the complete lactose operon will be assembled using the developed technology thus enabling the synthetic engineered bacteria to grow and utilize lactose as a carbon source. Key elements of responsible research and innovation will be integrated throughout the project.