BIOTEHNIŠKA FAKULTETA
JERNEJ TURNŠEK

Sinteznobiološki pristop k izboljšanju karotenoidne biosintezne poti z uporabo cinkovih prstov
Mentor: prof. dr. Roman Jerala
Somentor: prof. dr. Gregor Anderluh


Jernej Turnšek se je rodil 24. aprila 1987 v Celju. Po zlati maturi na Gimnaziji Celje-Center je leta 2006 začel s študijem Biotehnologije na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani. Leta 2010 je kot član študentske raziskovalne ekipe na mednarodnem tekmovanju iz sintezne biologije iGEM na MIT v ZDA osvojil 1. nagrado v skupni razvrstitvi 130 ekip iz celega sveta – t.i. »Grand Prize« – in 1. mesto v kategoriji »Nove aplikacije«. V letu 2011 je sodeloval pri ugledni mednarodni objavi, ki je izšla iz tega projekta, kot član nove študentske ekipe nastopil na mednarodnem tekmovanju iz bionanotehnologije BIOMOD na Harvardu v ZDA in se kot strokovni sodelavec zaposlil v Laboratoriju za Biotehnologijo Kemijskega inštituta v Ljubljani. Pod mentorstvom prof. dr. Romana Jerale in prof. dr. Gregorja Anderluha je v nagrajeni diplomski nalogi združil izsledke svojega dela na obeh projektih.
Z letošnjim oktobrom se je zaposlil v sinteznobiološkem podjetju v Bostonu, kjer načrtuje, gradi in testira mikroorganizme za produkcijo industrijsko pomembnih spojin.

Obrazložitev dela
Eden izmed poglavitnih ciljev sintezne biologije je načrtovanje predvidljivih, časovno in prostorsko natančno uravnavanih sintetičnih bioloških sistemov. Z naraščajočo kompleksnostjo heterologne biosintezne poti raste verjetnost za njene nepredvidene interakcije z gostiteljskim organizmom, kar vodi v nižje izkoristke. Razlog za ta problem je lahko kopičenje toksičnih intermediatov poti, nižja substratna specifičnost celici tujih encimov in/ali tekmovanje z že obstoječimi metabolnimi potmi v celici. V naravi je optimizacija številnih metabolnih procesov posledica organizacije encimov v multiencimske komplekse. Po njenem zgledu bi torej bilo smiselno heterologne encime približati oziroma kolokalizirati, kar bi zaradi usmerjanja substratov in intermediatov biosintezne poti med aktivnimi mesti encimov vodilo v izboljšano produkcijo tarčne spojine.


Jernej je v diplomskem delu uporabil eno izmed takšnih biomimetičnih strategij. Osrednjo vlogo pri tem je imela programska DNA, nekodirajoče zaporedje DNA z vezalnimi mesti za DNA vezavne domene. Za dokaz principa delovanja je najprej pripravil plazmidne vektorje z geni za fuzijske proteine med cepljenimi fluorescenčnimi proteini in DNA vezavnimi domenami iz cinkovih prstov. V jedrih celic HEK293 je s pomočjo laserske konfokalne mikroskopije zaznal od programske DNA odvisno rekonstitucijo rumenega in turkiznega fluorescenčnega proteina ter prenos energije z resonanco fluorescence med njima. Funkcionalnost sistema je nato preveril na primeru karotenoidne biosintezne poti. Pripravil je plazmidne vektorje z geni za fuzijske proteine med encimi te biosintezne poti in DNA vezavnimi domenami iz cinkovih prstov. Kopičenje encimov na DNA ogrodju je v bakteriji E. coli vodilo v 4-kratno oziroma 3,5-kratno izboljšanje produkcije dveh komercialno zanimivih antioksidantov: likopena in ß-karotena. Uporabljen pristop je komplementaren z že uveljavljenimi metodami metabolnega inženiringa za optimizacijo industrijsko pomembnih biosinteznih poti.