ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ, ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ & ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
 
  Ανάπτυξη Φαρμάκων
  Υπολογιστική Χημεία
  Μοριακή Ανάλυση
  Οργανική & Οργανομεταλλική Χημεία
  Φαρμακευτική Χημεία
  Δομική Βιολογία & Χημεία
  Μοριακή Ενδοκρινολογία
  Γονιδιακή Ρύθμιση
  Μοριακή και Κυτταρική Γήρανση
  Βιοϊατρικές Εφαρμογές
  Ολιστικές προσεγγίσεις στην υγεία
  Χημική Καρκινογένεση & Γεννετική Τοξικολογία
  Μεταβολική Μηχανική & Βιοπληροφορική
  Βιοτεχνολογία
  Ενζυμική και Συνθετική Βιοτεχνολογία
  Βιομιμητική & Νανοβιοτεχνολογία

 

 

Ενζυμική και Συνθετική Βιοτεχνολογία

 

Σύνθεση Ερευνητικής Ομάδας

Δρ. Γιώργος Σκρέτας, Ερευνητής Γ΄, Χημικός Μηχανικός
Δρ. Θεόδωρος Γ. Σωτηρούδης, Ομότιμος Ερευνητής
Δρ. Μαρία Ζουμπανιώτη,
Ειδικός Λειτουργικός Επιστήμων B΄, Χημικός Μηχανικός

 

Αντικείμενο Έρευνας

Η Ενζυμική Βιοτεχνολογία περιλαμβάνει την εκμετάλευση ενζυμικών βιοκαταλυτικών δράσεων είτε ως ζωντανά κύτταρα, είτε ως κυτταρικά εκχυλίσματα ή ως καθαρά πρωτεϊνικά μόρια για την δημιουργία χρήσιμων προϊόντων ή υπηρεσιών σε μία ποικιλία βιομηχανικών διεργασιών. Η Συνθετική Βιοτεχνολογία στοχεύει με την κατασκευή νέων κυτταρικών λειτουργιών και τον κατάλληλο χειρισμό κυτταρικών διεργασιών, χρησιμοποιώντας μία ποικιλία «εργαλείων», όπως μεταξύ άλλων,  η πρωτεωμική, η μεταβολομική, η βιολογία συστημάτων, η απεικόνιση κυττάρων, η αναλυτική κυττάρων και η βιοπληροφορική, στην ανάπτυξη κυτταρικών στελεχών βιομηχανικής παραγωγής.  Οι προσεγγίσεις αυτές ανοίγουν συναρπαστικές προοπτικές για καινοτομία.

Οι πρόσφατες ερευνητικές δραστηριότητες Ενζυμικής Βιοτεχνολογίας του Προγράμματος εστιάζονται στην μελέτη οξειδωτικών ενζύμων (οξειδάσες πολυφαινολών, υπεροξειδάσες, λιποξυγονάσες) και αντιοξειδωτικών βιομορίων σε φυτικά ή μικροβιακά εκχυλίσματα και τρόφιμα με στόχο την κατανόηση της επίδρασης  κρίσιμων οξειδωτικών διαδικασιών στην ποιότητα και λειτουργικότητα φυσικών τροφίμων, όπως η ελιά, το παρθένο ελαιόλαδο και το μικροφύκος Spirulina (Arthrospira), καθώς και στην παραγωγή νέων προϊόντων για τις βιομηχανίες τροφιμών, καλλυντικών και βιοϊατρικών προϊόντων.   Ο σχηματισμός ελευθέρων ριζών κατά την διάρκεια ενζυμικών ή χημικών οξειδωτικών δράσεων, τόσο σε συμβατικά συστήματα όσο και σε συστήματα μικρογαλακτωμάτων, καθώς και η παρουσία περισυλλεκτών ελευθέρων ριζών σε κυτταρικά συστήματα και προϊόντα τροφίμων μελετάται επίσης με την μεθοδολογία παγίδεύσης του spin και την φασματοσκοπία Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμού (EPR). Μελετάται επίσης η ενζυμική μετατροπή γλυκεριδίων από μικροφύκη ή φυτικούς ελαιούχους σπόρους σε Βιοντίζελ, καθώς η τεχνολογία αυτή επιτρέπει την παραγωγή υψηλής ποιότητας βιοκαύσιμο και τον εύκολο διαχωρισμό του από το παραπροϊόν, την γλυκερόλη.  
Ο στόχος της δράσης του Προγράμματος που αφορά στην Συνθετική Βιοτεχνολογία περιλαμβάνει την ανάπτυξη γενετικά κατασκευασμένων μικροβιακών κυττάρων που έχουν την ικανότητα να πραγματοποιούν νέες και σύνθετες λειτουργίες χρησιμοποιώντας αρχές της Συνθετικής Βιοτεχνολογίας. Χρησιμοποιούνται απλοί οργανισμοί, όπως το βακτήριο Escherichiacoliκαι το μικροφύκος (κυανοβακτήριο)Spirulinaμε στόχο την μετατροπή τους σε αποτελεσματικά «κυτταρικά εργοστάσια» για την παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και για την εκτέλεση σημαντικών για την βιομηχανία διαδικασιών όπως η ανίχνευση και ανακάλυψη φαρμάκων.  Εφαρμόζονται τεχνικές γενετικής μηχανικής για τον ανασχεδιασμό και την αναδιάταξη του γονιδιώματος του οργανισμού που μας ενδιαφέρει, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούνται τεχνικές μηχανικής πρωτεϊνών (κατευθυνόμενη εξέλιξη πρωτεϊνών) για την εισαγωγή στο κύτταρο νέων λειτουργιών.    Ένας βασικός προσανατολισμός του έργου που εκτελείται είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη συστημάτων αποτίμησης υψηλής απόδοσης (high-throughput screening) τα οποία χρησιμοποιούνται για την απομόνωση σπάνιων βιομορίων και μικροβιακών στελεχών από μεγάλες συνδυαστικές βιβλιοθήκες με εκατομμύρια  παραλλάγματα, που θα εκτελούν την επιθυμητή λειτουργία.   

Ενδεικτικά ερευνητικά προγράμματα υπό ανάπτυξη

  • Κατανόηση της δράσης οξειδωτικών διαδικασιών στην ποιότητα του παρθένου ελαιολάδου και χαρακτηρισμός αντιοξειδωτικών σε τρόφιμα της Μεσογειακής Δίαιτας.
  • Ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών για την καλλιέργεια μικροφυκών και ιδιαίτερα του μικροφύκους Spirulina σε θαλασσινό νερό. Παραγωγή νέων βιοδραστικών ουσιών για λειτουργικά τρόφιμα, καλλυντικά και βιοϊατρικές εφαρμογές. Ενζυμική τροποποίηση βιοδραστικών συστατικών του μικροφύκους Spirulina (φυκοκυανίνη, φυκοκυανοχολεΐνη, θειικοί πολυσακχαρίτες). Συνεργασία με την ελληνική εταιρεία ΑΛΓΗ Α.Ε. (Νιγρίτα, Σέρρες)   (http://www.spirulina.gr).
  • Ενζυμική παραγωγή Βιοντίζελ από μικροφύκη και σπορέλαια αλοφύτων.
  • Κατευθυνόμενη εξέλιξη ενώσεων με θεραπευτικές δράσεις κατά ασθενειών που  σχετίζονται με λανθασμένη αναδίπλωση πρωτεϊνών (ασθένειες Alzheimer και Parkinson,  διαβήτης τύπου ΙΙ και καρκίνος). 
  • Ανάπτυξη ενζυμικών μοριακών ανιχνευτών της δυναμικής και διαμόρφωσης πρωτεϊνών. 
  • Σάρωση μεταγενωμικών βιβλιοθηκών για την ταυτοποίηση θερμοσταθερών ενζύμων για βιομηχανικές διεργασίες.
  • Ανακάλυψη φυσικών προϊόντων με αντι-αγγειογενετική δράση.
  • Κυτταρική μηχανική του E. coli για την αυξημένη παραγωγή πρωτεϊνών που εκφράζονται δύσκολα.
  • Κυτταρική μηχανική του μικροφύκους Spirulina platensis για την μεγιστοποίηση της παραγωγής προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. 

 

Crithmum maritimum

Ο καρπός της ελιάς (Olea Europaea )

 

Μικροσκοπική θέαση του μικροφύκους Spirulina (Arthrospira platensis) που καλλιεργείται στο εργαστήριο

 

Crithmum maritimum. Ένα ελληνικό αλόφυτο.Το έλαιο των σπόρων του είναι κατάλληλο για παραγωγή  Βιοντίζελ.

Αντιπροσωπευτικές δημοσιεύσεις

1.  Tzika, E., Christoforou, M., Pispas, S., Zervou,M., Papadimitriou, V., Sotiroudis, T.G., Leontidis, E. and Xenakis, A. (2011) Influence of nanoreactor environment and substrate location on the activity of horseradish peroxidase in olive oil-based w/o microemulsions.  Langmuir, 27, 2692-2700.

2.   Papadimitriou, V., Tzika, E. D.,   Pispas,  S.,  Sotiroudis, T. G. and   Xenakis, A., (2011) Microemulsions based on virgin olive oil: a model biomimetic system for studying native oxidative enzymatic activities. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, in press.

3.   Makino, T., Skretas, G., Kang, T.H., and Georgiou, G. (2010) Comprehensive Engineering of Escherichia coli for Enhanced Expression of IgG antibodies. Metabolic Engineering, Dec 3. [Epub ahead of print].

4.   Xenakis, A., Papadimitriou, V., and Sotiroudis, T.G. (2010) Colloidal structures in natural oils. Curr.Opin.Colloid Interface Sci. 15, 55-60.
5. Zoumpanioti M, Merianou E, Karandreas T, Stamatis H, Xenakis A. (2010) Esterification of phenolic acids catalyzed by lipases immobilized in organogels. Biotechnol. Lett. 32(10),1457-1462

6.   Sotiroudis, V.T., Sotiroudis, T.G. and Kolisis, F.N. (2010) The potential of biodiesel production from fatty acid methyl esters of some European/ Mediterranean and Cosmopolitan halophyte seed oils.  Journal of ASTM International, 7 (3) 1-9

7. Skretas, G., and Georgiou., G. (2009) Genetic analysis of G protein-coupled receptor expression in Escherichia coli: Inhibitory role of DnaJ on the membrane integration of the human central cannabinoid receptor, Biotechnology and Bioengineering. 102(2), 357-367

8.   Sotiroudis, T.G. and Kyrtopoulos, S.A. (2008) Anticarcinogenic compounds of olive oil and related biomarkers. Eur.J.Nutr. 47(Suppl 2), 69-72.

9.   Skretas, G., and Georgiou, G. (2008) Engineering G protein-coupled receptor expression in bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105(39), 14747-14748

10. Papadimitriou V, Pispas S, Syriou S, Pournara A, Zoumpanioti M, Sotiroudis TG, Xenakis A. (2008) Biocompatible microemulsions based on limonene: formulation, structure, and applications. Langmuir. 24(7), 3380-3386

11. Papadimitriou, V., Sotiroudis, T.G., Xenakis, A. (2007) Olive oil microemulsions: enzymatic activities and structural characteristics, Langmuir, 23, 2071-2077.

12. Skretas, G., Meligova, A., Villalonga-Barber, C., Mitsiou, D.J., Alexis, M.N., Micha-Screttas, M., Steele, B.R., Screttas, C.G., and Wood, D.W. (2007) Engineered chimeric enzymes as facile tools for pharmaceutical discovery: Construction of simple bacterial screens for the detection, discovery and assessment of estrogen receptor modulators. J. Amer. Chem. Soc. 129, 8443-8457.

13. Papadimitriou, V., Sotiroudis, T.G., and Xenakis, A. (2005) Olive oil microemulsions as a biomimetic medium for enzymatic studies: oxidation of oleuropein. J.Amer.Oil Chem.Soc. 82, 335-340.

14. Skretas, G., and Wood, D.W. (2005) Regulation of protein activity with small-molecule-controlled inteins. Protein Science. 14: 523-532.

15. Karapitta, D.D, Sotiroudis,T.G, Papadimitriou,.A and, Xenakis, A. (2001) A homogeneous enzyme immunoassay for triiodothyronine in serum, Clin.Chem. 47, 569-57.

Διπλώματα ευρεσιτεχνίας

1.   Καράπιττα, Χ., Σωτηρούδης, Θ., Ξενάκης, Α. (εφευρέτες)  (2003) Ανάπτυξη μιας ομοιογενούς ανοσοενζυμικής μεθόδου για την παραγωγή ενός συστήματος κλινικών εργαστηριακών δοκιμών (κιτ) και συγκεκριμένα για τον προσδιορισμό θυροξίνης και τριιωδοθυρονίνη; Στον ανθρώπινο ορό με την χρήση συζευγμένων με τη γλυκογονική φωσφορυλάση β πολυιωδοθυρονινών.  Οργανισμός Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας, Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας  20000100255/1004119. Στην ευρεσιτεχνία συμμετέχουν η Εταιρεία MEDICON HELLAS A.E. και το EIE.

2. Wood, D.W. and Skretas, G. (2009) Bacterial ligand-binding sensor. United States Patent 7592144.

Τρέχουσες πηγές χρηματοδότησης/Συμμετοχή σε ερευνητικά προγράμματα

2011-2015. FP7 Cooperation KBBE - Food, Agriculture and Fisheries, Biotechnology General Call for Proposals. "Systematic screening for novel hydrolases from hot environments", Scientific Coordinator:  Prof. Xu Peng.

2011-2015. FP7-PEOPLE-RG. Marie Curie Actions - International Reintegration Grants. "Directed evolution of small-molecule cancer therapeutics", Scientific Coordinator: Dr. Georgios Skretas.   

2011-2015. National Program "Cooperation" "Development of novel angiogenesis-modulating pharmaceuticals by screening of natural compounds and synthetic analogues", Scientific Coordinator: Prof. A-L Skaltsounis.

2010-2013. FP7-REGPOT-2009-2 "Reinforcement of the Faculty of Chemistry, University of Belgrade, towards becoming a Center of Excellence in the region of WB for Molecular Biotechnology and Food research (FCUB-ERA)" Scientific Coordinator: Prof. Tanja Cirkovic Velickovic.

 

 

 

 
       

 

 

© National Hellenic Research Foundation (NHRF), 48 Vassileos Constantinou Ave., 11635 Athens, Greece, Tel. +302107273700, Fax. +302107246618