Bioprospecting of temperate soda pools by metagenomics
- Reference number
- ICA10-0015
- Start and end dates
- 120301-151031
- Amount granted
- 3 000 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Life Sciences
Summary
The proposed research will develop and apply metagenomics tools to access the enzymatic potential borne in the microbial diversity of highly productive alkaline soda pools. In the light of their specific biotic and abiotic properties these systems represent large potential for biotechnological products and applications. Technologies derived from microbes and their enzymes are excellent candidates to replace chemical processing and make entire industrial sectors more sustainable. Surprisingly, the biocatalysts employed in enzyme based technologies were obtained from screening the less than 0.1% of bacteria that can be cultured. Here, an entirely different research strategy to discover novel biocatalysts is propossed – metagenomics. Metagenomics involves cloning, sequencing and expressing genes obtained from uncultured organisms in a culturable host. The temperate soda pools located in Austria are ideal for the identification of novel biocatalysts that are adapted to low temperatures and high pH which are typically required in industrial applications. The proposed research will also initiate investigations into the ecological and genetic mechanisms structuring microbial biodiversity in highly isolated alkaline environments. Consistent with this, the long-term goal of my research group is to understand the interplay of ecological and evolutionary processes and their effects on the structure and function of microbial communities.
Popular science description
Biotekniska tillämpningar som utvecklats från mikrober och deras enzym är utmärkta kandidater för att ersätta kemiska processer och göra hela industrisektorer mer hållbara med avseende på resurser och miljö. Enzym är biologiska katalysatorer som utan att själv förbrukas möjliggör olika reaktioner att fortgå som annars skulle gå väldigt långsamt vid normala temperaturer. Speciellt för läkemedelsframställning och kemikalieproduktion har bioteknologi blivit ett nyckelredskap. Och även om det finns både en bred kompetens och spetsforskning inom bioteknologi i akademin fattas det svenska företag på internationell nivå inom forskning och utveckling av biokatalysatorer. Detta är mycket synd eftersom denna del av biotekniken är en växande marknad med en årsomsättning på flera miljarder euro. Det slutgiltiga målet för forskningen som beskrivs här är inte bara att leverera nya produkter eller lösningar för mer hållbara produktionsvägar, utan också möta utmaningar som t.ex. samhällets behov av hållbar matproduktion, nya industriella material och nya läkemedel. Överraskande är att biokatalysatorerna som används idag kommer från undersökning av mindre än 0,1% av de bakterier som kan odlas i laboratorium. Här föreslås en helt annan forskningsstrategi för att komma åt den stora resurs som finns hos den naturliga mikrobiella mångfalden. Denna nya strategi är metagenomik, som går ut på att kartlägga gener och även titta på organismer som inte går att få att växa i laboratorium men vars gener kan flyttas till en värd som man kan odla i laboratoriemiljö. Metoden har redan används för att identifiera nya lovande biokatalysatorer och gör det möjligt att studera hela mångfalden av organismer. Vi kommer att utveckla metagenomiska verktyg och applicera dem för att utvinna information om den enzymatiska potentialen hos den mikrobiella mångfalden i mycket produktiva alkaliska saltvattensjöar. Dessa sjöar är särskilt intressanta för bioteknologiska applikationer för industrin på grund av flera saker: pH-värdet i olika sjöar varierar och inom en sjö kan variationen över ett år vara markant. Men också ett åskväder som leder till att sötvatten kommer in i systemet kan minska pH-värdet och få temperaturen att sjunka betydligt även inom loppet av några timmar. Sjöarna är ett av de mest produktiva akvatiska systemen på vår planet. I ljuset av egenskaperna hos dessa sjöars levande och icke levande omgivning representerar de en stor möjlighet för nya bioteknologiska applikationer.