Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Nauka z pasją: ektoina jest warta tyle co złoto – rozmowa z prof. dr hab. Zofią Stępniewską i dr Agnieszką Kuźniar
Nauka z pasją: ektoina jest warta tyle co złoto – rozmowa z prof. dr hab. Zofią Stępniewską
Połączenie doświadczenia, pasji do chemii wraz ze światem organizmów żywych oraz entuzjazm i zapał młodego pokolenia naukowców to recepta na opracowanie przełomowej metody produkcji cennej substancji. Ektoina daje nadzieję na rewolucję otwierając całkowicie nowe możliwości głównie na potrzeby przemysłu kosmetycznego i medycznego, ale nie tylko. Metoda opiera się na wykorzystaniu bakterii metanotroficznych, pochodzących z kopalni węgla kamiennego „Bogdanka” z Lubelskiego Zagłębia Węglowego. O szczegółach opowiadają prof. dr hab. Zofia Stępniewska oraz dr Agnieszka Kuźniar z Katedry Biochemii i Chemii Środowiska Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego Jana Pawła II będące współautorkami patentu dotyczącego biotechnologicznej metody produkcji ektoiny. Pierwszego patentu w historii tej lubelskiej uczelni.

 

Co skłoniło panie do podjęcia pracy naukowej?

prof. dr hab. Zofia Stępniewska: Moje zainteresowanie nauką rozpoczęło się od pasji do chemii. Rozbudzili ją moi nauczyciele, którym jestem za to ogromnie wdzięczna. Zasiali oni we mnie pragnienie poznania świata chemicznego, ale takiego bezpośrednio związanego z życiem i biochemią organizmów. Jednym z najbardziej nurtujących mnie zagadnień jest poznanie chemicznego wyjaśnienia kiedy jest coś martwe, a kiedy jeszcze żyje. Z biologicznego punktu widzenia ta granica jest bardziej wyraźna, zaś w świecie chemii jest to o wiele bardziej płynne. Nie jest tak łatwo powiedzieć, że organizm był i teraz już go nie ma. Dzieje się tak zwłaszcza ze względu na procesy, które zachodzą nawet długo po chwili, którą definiujemy jako śmierć.

Oprócz tego moim życiowym hobby jest praca w ogrodzie i dbanie o rozwój młodego pokolenia – zwłaszcza o wzrastanie moich wnuków, którym poświęcam bardzo dużo swojego wolnego czasu.

dr Agnieszka Kuźniar: Moje zainteresowania od dawna opierają się na zamiłowaniu do nauki jaką jest biotechnologia. Od niej też rozpoczęła się moja kariera naukowa, którą planuję dalej kontynuować. Chociaż w Polsce ta nowoczesna nauka dopiero się rozwija to jestem przekonana, że jest ona przyszłością naszego społeczeństwa.

 

Mogłyby panie przybliżyć co to jest ektoina?

ZS: Ektoina to epicka nazwa. Powszechnie ludzie nie mają pojęcia co się pod nią kryje. Dla nas też długo była tajemnicą dopóki nie poznaliśmy jej bliżej oraz tego jak niezwykłe może mieć zastosowanie. Udowodniły to zarówno nasze badania, jak i te prowadzone w innych ośrodkach na świecie. Ektoina jest aminokwasem, podobnym do tych, które budują naszą strukturę białkową. Z jednej strony można powiedzieć, że nic nadzwyczajnego jednak jest to bardzo rzadki aminokwas, który w organizmie pełni niezwykłe funkcje. Jej formuła chemiczna jest stosunkowo skomplikowana, w strukturze chemicznej można zauważyć pierścień imidazolowy oraz szereg podstawników. Makroskopowo jest to biały proszek, który doskonale rozpuszcza się w wodzie – zresztą tak jak wszystkie aminokwasy. Natomiast jej rola w komórce jest bardzo różna. Wyjaśnienie wielu aspektów jej działania jest trudne, ponieważ dochodzi tutaj do subtelnych oddziaływań na poziomie molekularnym, a tego typu oddziaływania są dopiero poznawane przez świat nauki.

AK: Ektoina ma bardzo szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, oczywiście dla społeczeństwa najważniejszą gałęzią przemysłu jest przemysł medyczny. Zapewnia ona komórkom ochronę przed różnymi czynnikami zewnętrznymi takimi jak promieniowanie UV, czy prewencyjnie przed procesami fotostarzenia oraz pozwala na prawidłowy rozwój komórek. Stąd też wykorzystywana jest w przypadku leczenia niektórych stanów nowotworzenia jako substancja ochronna. Ostatnie badania dowodzą, że może być wykorzystywana w terapii przeciwko chorobie Alzheimera. Obecnie jest ona składnikiem bardzo drogich kremów produkcji szwajcarskiej dedykowanych jako produkty przeciwzmarszczkowe oraz nawilżające. Jestem przekonana, że zwiększenie dostępności ektoiny pozwoli na znalezienie jej kolejnych praktycznych zastosowań.

 

Jaka jest cena rynkowa ektoiny? Co na nią wpływa?

ZS: Cena rynkowa ektoiny jest zbliżona do ceny złota. W Polsce nie jest jeszcze powszechnie stosowana, natomiast na nasze zapytania rynkowe pojawiła się odpowiedź z Holandii, w której firma kosmetyczna zadeklarowała zakup każdej ilości. Obecnie cena rynkowa ektoiny wynosi nawet 188 tys. zł za 1 kg, a obecne roczne zapotrzebowanie rynku to 75 tys. kg. Wysoka cena wynika z produkcji na drodze syntezy chemicznej, która jest skomplikowana, 22 etapowa i co się z tym wiąże kosztochłonna. Przy wykorzystaniu naszej metody, koszty produkcji z wykorzystaniem bakterii metanotroficznych obniżone zostają do kwoty 2 500 zł/kg.

 

W czym tkwi sekret tego procesu?

ZS: Sekret produkcji ektoiny jest związany z naszą lubelską kopalnią węgla kamiennego „Bogdanka” bo właśnie stamtąd pochodzą nasze bakterie metanotroficzne produkujące ektoinę. Otrzymanie patentu było dla nas niezwykłym prezentem, ponieważ decyzja ukazała się 4 grudnia w święto Barbórki, więc tym większa była radość z okazji tego święta. Wszystko zaczęło się od próby wyjaśnienia czy w kopalni węgla „Bogdanka” znajdują się wysokie stężenia metanu. Potem sprawdzaliśmy czy są jacyś jego konsumenci, którzy zapewniają bezpieczne warunki do prac górniczych. Okazało się, że tak. Znajdują się tam bakterie metanotroficzne. W trakcie dalszych badań tych mikroorganizmów, przeglądając informacje literaturowe oraz współpracując z ośrodkiem w Moskwie, który bada tego typu bakterie pojawiła się myśl, że mogą one formułować różne związki. m.in. także osmoprotektanty - w momencie zaistnienia  niekorzystnych warunków środowiskowych. Stąd pojawiło się pierwsze światełko – szukajmy i my. Poddaliśmy je różnym czynnikom stresowym i okazało się, że w warunkach zasolenia badane mikroorganizmy zaczynają produkować ektoinę, która chroni ich strukturę i zapewnia możliwość egzystencji. Najwięcej problemu sprawiło nam zoptymalizowanie procesu produkcji oraz proces puryfikacji, aby w końcu potwierdzić, że to jest właśnie ta substancja. Wszystkie te trudności udało się pokonać właśnie dzięki młodemu zespołowi, doskonale przygotowanemu i pełnemu entuzjazmu.

 

Mamy patent, a co będzie dalej, planowane jest zwiększenie skali produkcji?

ZS: Małą instalację do produkcji ektoiny posiadamy tutaj w naszej katedrze. To nie jest nic wielkiego ani skomplikowanego. Prawdę mówiąc zwykły bioreaktor z drobnymi modyfikacjami. Obecnie prowadzimy rozmowy z firmą, która chce podjąć z nami współpracę w tym kierunku. Zostały poczynione pierwsze kroki związane z przeniesieniem odkrycia do półtechnicznej skali produkcji. Jeżeli to się sprawdzi, będziemy szli dalej w coraz większą skalę. Obecnie dalsze losy procesu aplikacyjnego zależą od firmy, kolejne informacje pojawią się w ciągu kilku najbliższych dni.

 

Ile trwały prace nad badaniami nad tą technologią?

ZS: Około 2 lat. Wtedy pojawiła się pierwsza myśl i prawie natychmiast skoncentrowaliśmy się na badaniach, po drodze było kilka trudniejszych momentów, jednak wszystko udało się sprawnie wykonać.

 

Czy badania nad metanotrofami to jedyny nurt badawczy katedry?

ZS: Dużo badań dotyczy właśnie tych bakterii. Pełnią one ważną role w zmniejszaniu obciążenia metanem, a tym samym obniżają niebezpieczeństwo wybuchu metanu w kopalni. Ostatnie lata, czyli od kiedy istnieje wydział matematyczno-przyrodniczy na naszym uniwersytecie, prowadzone są badania nad skałami przywęglowymi, pochodzącymi nie tylko z kopalni Bogdanka, lecz także innych. Staramy się wyjaśnić, czy towarzyszące pracom górniczym wybuchy metanu nie są wynikiem braku tych bakterii w kopalni. Oprócz tego dużą część pracy poświęcamy na badania bakterii, które produkują metan, czyli metanogenów. Te z kolei bardzo interesują wszystkich, którzy zajmują się energetyką. W przyszłości mogą być one wykorzystywane do podziemnego zgazowywania węgla. Wtedy nikt nie musiałby wchodzić pod ziemię aby wydobyć węgiel by zamienić go w energię, bo tę pracę wykonywałyby bakterie.

 

Czyli możemy się spodziewać kolejnych patentów?

ZS: Można powiedzieć, że już wkrótce. Złożyliśmy patent na produkcję polimeru kwasu polihydroksymasłowego. Bakterie metanotroficzne produkują ten polimer, który jest już wykorzystywany do produkcji biodegradowalnych opakowań. Przy użyciu naszych bakterii ta produkcja jest znacznie wydajniejsza i tańsza.

 

Dziękuję bardzo za rozmowę. 

KOMENTARZE
news

<Październik 2021>

pnwtśrczptsbnd
28
30
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
PORT for Health: Neuroscience
2021-10-13 do 2021-10-15
16
17
18
21
22
23
24
26
27
Impact’21
2021-10-27 do 2021-10-28
28
29
30
31
Newsletter