Badania prowadzone były przez doktoranta Ryan'a Summers'a z  grupy Dr Subramaniana. Bakteria ta to  Pseudomonas putida CBB5, rozkłada ona kofeinę przy pomocy enzymów trawiennych, które były przedmiotem badań. Ta zdolność pozwala bakterii żyć i rozwijać się.

W jaki sposób bakteria potrafi rozkładać kofeinę?

 Kofeina może być wykorzystana przez bakterię poprzez usunięcie trzech grup metylowych (proces znany jako N-demetylacja) . "Odkryliśmy, Pseudomonas putida CBB5 w łożu kwiatowym na obrzeżach Centrum Biokatalizy i Bioprzetwarzania na Uniwersytecie w Iowa w 2007 roku. Wzięliśmy trochę gleby, umieściliśmy próbkę w ciekłym medium M9, ​​a następnie prowadziliśmy proces hodowli, w którym kofeina  była jedynym źródłem węgla i azotu. CBB5 był zdolny do wzrostu poprzez całkowite rozłożenie kofeiny do dwutlenku węgla i amoniaku. W ciągu ostatnich czterech lat, określiliśmy  szlak metabolicznej degradacji kofeiny w przypadku CBB5, jak również enzymów N-demetylaz i genów, które są odpowiedzialne za pierwsze trzy kroki w metabolizmie kofeiny "- mówi Ryan Summers.

Atomy azotu są w cząsteczce kofeiny znajdują się w jednej płaszczyźnie z pierścieniem węglowym (hybrydyzacja sp₂), przez co całość ma charakter aromatyczny. U człowieka, kofeina jest metabolizowana w wątrobie przez system oksydazy cytochromowej P450 do trzech pochodnych dimetyloksantyn, każdej posiadającej swój własny wpływ na funkcjonowanie organizmu:

• Paraksantyna - Zwiększa lipolizę, prowadzi do podniesienia poziomu glicerolu i poziomu wolnych kwasów tłuszczowych we krwi.
• Teobromina - Rozszerza światło naczyń krwionośnych. Zwiększa ilość tlenu i substancji odżywczych, które mogą być wykorzystywane przez mózg i mięśnie.
• Teofilina - Rozkurcza mięśnie gładkie, dlatego po wypiciu kofeiny często czuje się potrzebę korzystania z łazienki, używana w leczeniu astmy.

Każdy z tych trzech metabolitów jest następnie dalej przetwarzany i wydalany razem z moczem.

Wkrótce po wypiciu kawy, kofeina jest rozprowadzana po całym organizmie. Działa podobnie do substancji, które zawsze są obecne w organizmie, może mieć więc wpływ na układ krążenia, oddechowy, nerwowy itd. Nie kumuluje się jednak w organizmie i jej wpływ jest krótkotrwały i przemijający.

Kofeina jest naturalnym produktem, który można znaleźć niemal wszędzie, najczęściej w napojach, przekąskach, czekoladach, kakao itd. Jest to również środek psychoaktywny, pochodzący z grupy stymulantów. Jest stosowana jako dodatek do niektórych produktów, w tym napojów  tzw. "energy drinków" a także do innych, przede wszystkim gazowanych.  W przypadku niektórych osób, można mówić o uzależnieniu od kofeiny. Zwyczajowe spożycie kofeiny zostało sklasyfikowane w następujący sposób

            Małe: mniej niż 200mg na dzień
            Średnie: 200-400mg na dzień
            Duże: więcej niż 400mg na dzień .

Łatwo to sobie wyobrazić, wiedząc że 300mg odpowiada:

3-4 filiżankom kawy palonej i mielonej
5 filiżankom kawy rozpuszczalnej
5 filiżankom herbaty
10 tabletek przeciwbólowych

Wysokie spożycie kofeiny może jednak prowadzić do bólów głowy, chorób serca, bezsenności. Związki, które powstają podczas rozkładu kofeiny są to naturalne elementy składowe leków, stosowanych w celu ustabilizowania rytmu serca, leków poprawiających krążenie, działających na bezsenność itd.

W czym może się nam przydać wiedza, którą podzielił się z nami Ryan Summers? "Potencjalnie najważniejszym zastosowaniem jest opłacalna produkcja związków farmaceutycznych i ich prekursorów. Leki, które są pochodnymi ksantyny są bardzo trudne do syntezy chemicznej, a zatem są dość drogie. Wierzymy, że możemy użyć enzymów CBB5 do produkcji w dużych  ilościach określonych metabolitów, które mogą być wykorzystane jako środki farmaceutyczne lub jako prekursory dla innych, bardziej skomplikowanych  pochodnych ksantyny. Związki te są obecnie stosowane jako środki pobudzające serce i układ oddechowy, leczenie astmy, leki moczopędne, i / lub leków rozszerzające naczynia w celu poprawy krążenie krwi."- Dodaje.

 Co więcej, powszechne stosowanie kofeiny powoduje jej uwalnianie do środowiska z ludzkich odchodów, w dużych ilościach.  Enzymy CBB5 mogą być również stosowane do usuwania kofeiny i związków pokrewnych wytwarzanych podczas procesów produkcji kawy, herbaty w  przemyśle przetwórczym. Jest to sektor, który również zanieczyszcza środowisko w dużych ilościach. Enzymy te mogą więc sprawić, że poprodukcyjne odpady będą się  nadawały się do użytku. Bezkofeinowa resztki pochodzące z tych branż mogą być stosowane jako pasza dla zwierząt oraz do produkcji bioetanolu. Grupa dr Subramanian jest obecnie w trakcie opracowywania platform do zastosowań przemysłowych z CBB5 i jego enzymów.N-demetylaz.

Red. Anna Maciejewska