Načrtovanje in vstavljanje poligenskih lastnosti v S. cerevisiae

Metabolni inženiring je eden ključnih elementov, ki omogočajo sodobno mikrobno biotehnologijo. Oblikovanje izboljšanih industrijskih sevov, ki temelji na znanju o posameznih celičnih procesih, je povzročilo izjemno izboljšanje produktivnosti teh sevov. V tej študiji se bomo osredotočili na kvasovko Saccharomyces cerevisiae, evkariontski modelni organizem, ki je tudi eden najpogosteje uporabljenih mikroorganizmov v biotehnologiji, z različnimi uspešnimi aplikacijami od različnih kemikalij do proizvodnje proteinov. Na tisoče različnih sevov kvasovk je shranjenih v zbirkah sevov in zaradi svoje genske raznolikosti predstavljajo ogromno fenotipsko variabilnost. Večina biotehnološko pomembnih fenotipov, kot je odpornost proti različnim okoljskim stresom, je poligenskih. Zato identifikacija genov, ki prispevajo k takemu fenotipu, in njihov kvantitativen prenos med sevi ni tako enostaven kot to velja za mendelske lastnosti. V predlaganem projektu bomo uporabili novo metodologijo za identifikacijo in urejanje vzročnih genov in alelov za poligenske lastnosti kvasovk, ki smo jo nedavno razvile sodelujoče raziskovalne skupine tega projekta. Osredotočili se bomo na biotehnološko pomembne lastnosti: termotoleranco in učinkovitost izločanja proteinov. Sevi z ekstremnimi vrednostmi obeh izbranih biotehnološko pomembnih poligenskih lastnosti bodo selekcionirani in analizirani z najsodobnejšimi metodami za analiz poligenskih lastnosti. Ugotovljene vzročne genetske različice bomo prenesli v industrijske seve kvasovk z uporabo metode CRISPR-Cas za urejanja genoma, s čimer bo ustvarjen celosten pristop za pripravo industrijskih sevov kvasovk z dodatnimi biotehnološko pomembnimi lastnostmi in njihovimi kombinacijami. Ocenili bomo učinke termotolerance v sevu, ki je zasnovan za proizvodnjo velikih količin nenavadnih lipidov, in sposobnosti izločanja proteinov v sevu, ki je zasnovan za izločanje nanotelesa proti proteinu S SARS-CoV-2. Ta študija bo pokazala moč naprednih genetskih metod pri analizi poligenskih lastnosti. Rezultati tega projekta ne bodo le izboljšali našega razumevanja preiskovanih fenotipov, ampak bodo tudi ponazorili potencial uporabe velikih zbirk sevov za podobne študije na splošno. Nenazadnje bo možnost določitve nabora vzročnih alelov, potrebnih za določen fenotip, pomembna za oblikovanje izboljšanih industrijskih sevov. Glavna raziskovalca predlaganega projekta sta Uroš Petrovič z Instituta »Jožef Stefan« (Slovenija) in Klaus Natter z Univerze v Gradcu (Avstrija). Projektna skupina predlaganega projekta vključuje raziskovalce, ki so bili vključeni v ključne študije, ki omogočajo izvedbo takšnega projekta. Vso potrebno strokovno znanje in tudi potrebna raziskovalna oprema so na voljo v sodelujočih raziskovalnih institucijah. Projektna skupina je zato edinstveno primerna za izvedbo tega vrhunskega projekta s svetovnim pomenom na področju biotehnologije.