Flere enzym- og proteinproducenter kan relativt nemt optimere deres produktion ved at få kigget deres bakterielle produktionsværter efter i sømmene. Den lille nystartede virksomhed Mycropt vil optimere virksomheders proteinproduktion med deres “tretrinsraket” af en teknologipakke.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2019 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Af Anders Østerby Mønsted og Anne Wärme Lykke, DTU Biosustain
Den danske startup-virksomhed Mycropt har opfundet en tretrinsraket til at optimere proteinproduktionen ved fermentering i bakterier.
– Op mod 50 procent af alle proteiner folder ikke korrekt. Det er et kæmpe problem i industrien, men vi tror på, at vi kan hjælpe virksomhederne med vores forskningsbaserede metoder, siger Maja Rennig, der er teknisk direktør for Mycropt og postdoc på The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU Biosustain.
Proteinproduktion via specialdesignede bakterier er ofte dyrt, og fejlslagne fermenteringer med lav produktion, dårligt udbytte og ukorrekt foldede proteiner koster mange arbejdstimer at rette op på. Mycropts teknologi er baseret på tre trin: forøget produktion, effektiv energiudnyttelse og sikring af højkvalitets-proteiner. Med deres konsulentbaserede ydelser og denne teknologiske tretrinsraket vil Mycropt optimere virksomheders proteinproduktion.
Mycropt er spundet ud af The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved DTU og består – udover teknisk direktør Maja Rennig – af medstifter og administrerende direktør Morten Nørholm, som også er gruppeleder på DTU Biosustain. Firmaets øvrige medstiftere er ph.d.-studerende Jenny Landberg, professor Alex Toftgaard Nielsen, begge DTU Biosustain, samt Daniel Daley, der er gruppeleder på Stockholms Universitet.
Ideen bag en af Mycropts teknologier opstod for godt ti år siden, da Morten Nørholm og Daniel Daley opdagede en måde at optimere udtrykket af proteiner i produktionsværten Escherichia coli (E. coli).
Værktøj 1: Høj produktion
Først identificerede de en række interessante membranproteiner, der var svære at udtrykke. Påbegyndelsen af translationen fra RNA til protein afhænger af en såkaldt translations-initierings-sekvens. Denne sekvens afgør, i hvor høj grad cellen “vælger” at translatere genet. Derfor udviklede de et bibliotek over sekvenser, der teoretisk ville føre til høj produktion af proteinerne. Men forskerne manglede stadig et system til at teste, hvilke af de teoretiske start-sekvenser der vil være den mest succesfulde i praksis.
– På det her tidspunkt havde vi et stort bibliotek for hvert gen, men vi havde ikke en smart måde til at finde de bedste start-sekvenser og dermed de bedste producenter, siger Morten Nørholm.
Her kom Maja Rennig ind i billedet, og sammen med Morten Nørholm udviklede hun et system, som koblede høj produktion af et givent protein til overlevelse over for et antibiotikum. Det smarte ved systemet var, at produktionen var direkte proportionel med bakteriens overlevelse. De bakterier, der overlevede ved de højeste koncentrationer af antibiotika, var således de bedste producenter.
– De andre designs på markedet på det tidspunkt var afhængige af, at du selv lavede en form for “tag” på proteinet eller en struktur på DNA’et for at finde vinderklonen. Vi lavede et design, som var uafhængigt af protein og strukturen, og det var nyt, siger Maja Rennig.
Værktøjet har de kaldt ExpressOpt og er vist at virke i vigtige proteinproduktionsværter som eksempelvis E. coli, Bacillus subtilis og Lactococcus lactis.
Værktøj 2: Optimal energiudnyttelse
Det næste skridt i optimeringen bestod i, at forskerne ville strømline kulstofforbruget hen imod proteinproduktion. Ideen gik ud på at dirigere mest muligt af kulstoffet – dvs. sukkeret i vækstmediet – ind i de synteseveje i cellen, som resulterede i det ønskede protein.
– Et af de problemer, du ofte støder på, er, at bakterier bruger for meget af deres kulstof til at vokse og lave biomasse. Så det er også vigtigt at afkoble produktionen fra væksten, siger Maja Rennig.
Systemet med at afkoble vækst fra produktion for at få mest muligt udbytte fra “foderet” kaldes BiomassOPT og er udviklet i professor Alex Toftgaard Nielsens gruppe på DTU.
Værktøj 3: Kvalitetssikring
Med de to foregående trin stod Mycropt med teknologier til at optimere produktionen via avancerede screeningsværktøjer samt en omdirigering af kulstofforbruget inde i cellen. Sidste trin var at sikre kvaliteten af de producerede proteiner.
Her har holdet udviklet et værktøj, der via en biosensor får korrekt foldede proteiner til at udsende fluorescerende lys under UV-bestråling. Lysmængden er igen direkte proportionel med mængden af korrekt foldede proteiner, og på den måde kan de bedste cellevarianter udvælges. Værktøjet FoldOPT sælges i kombination med de andre værktøjer.
Mycropt har allerede kontakt til flere virksomheder, der kan se en fordel i deres teknologier. Det drejer sig blandt andet om den tyske kemigigant BASF. Forretningsmodellen er som udgangspunkt at kræve en andel af det beløb, som en virksomhed sparer ved at bruge deres metoder, siger Maja Rennig.
Teknologierne skal ud og leve
Holdet bag Mycropt er godt klar over, at nogle virksomheder er tilbageholdne med at udlevere deres produktionsstammer til optimering hos konsulenter, og at mange virksomheder optimerer via deres egne R&D-afdelinger i stedet for at købe ydelser eksternt. Men her mener Mycropt-holdet, at virksomhederne med fordel kan købe deres ydelser for langt færre midler, end det vil koste at nå frem til samme resultat via egen forskning og udvikling.
– Det burde være ret nemt at sælge vores service, fordi det er en win-win situation. Vores teknologi eksisterer jo allerede og er ret billig, og hvis vi for eksempel kan gøre en virksomheds proteinproduktion dobbelt så god, så har de sparet penge, selvom vi napper en lille bid af kagen, siger Maja Rennig.
Mycropt har tidligere været en del af BioInnovation Institute’s program for forretningsudvikling for at blive skarpere på, hvordan man skruer en virksomhed sammen. Med deres konsulentbaserede tretrinsraket er Mycropt nu godt i gang med at skyde sine teknologier ud over affyringsrampen.
