Fot. Michał Styczyński/UW. Kolba z żółtym płynem – pożywka dla bakterii antarktycznych. Obok kolba z ciemnym płynem – hodowla bakterii z obfitym produktem metabolicznym, czyli związkiem z grupy melanin.

Michał Styczyński z Wydziału Biologii UW od 2017 r. prowadzi badania nad zimnolubnymi bakteriami ekstremalnymi, występującymi w środowisku naturalnym w rejonie Antarktyki. To część szerszych prac badawczych prowadzonych w Instytucie Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiskowej na UW. Badane szczepy bakterii pochodzą z Wyspy Króla Jerzego.

Powstanie nowa generacja kremów z filtrem UV?

Naukowiec odkrył, że bakterie pod wpływem odpowiedniego stresu środowiskowego w procesach metabolicznych wytwarzają substancję z grupy melanin. Może ona być wykorzystana jako skuteczny, naturalny filtr promieniowania UV. To ważna informacja dla rynku kosmetycznego, ponieważ z badań wynika, że składniki chemiczne wykorzystywane obecnie w masowej produkcji kremów z filtrem UV mają katastrofalny wpływ na koralowce. Stosowany w preparatach oksybenzon zaburza gospodarkę hormonalną parzydełkowców, uniemożliwiając ich rozmnażanie, co przyczynia się do ich systematycznego wymierania. Problem ten można rozwiązać, zastępując oksybenzon nieszkodliwą substancją pochodzenia naturalnego. Odkryty na UW związek chemiczny może spełnić te kryteria.

– Antarktyka jest jednym z najbardziej ekstremalnych regionów na Ziemi. Charakteryzuje się ona bardzo niskimi temperaturami, dochodzącymi do -90°C, wysoką ekspozycją na promieniowanie UV, niską dostępnością substancji odżywczych, a także obecnością silnie zasolonych zbiorników wodnych. Organizmy występujące w tak skrajnych warunkach musiały wykształcić szereg cech adaptacyjnych, umożliwiających im przeżycie. Zimnolubne bakterie, określane jako psychrofile lub psychrotoleranty, wytwarzają m.in. specyficzne metabolity wtórne, takie jak barwniki ochronne, dzięki którym mogą optymalnie funkcjonować w polarnym środowisku – wyjaśnia Michał Styczyński. Naukowiec dodaje, że tego typu substancje można pozyskiwać na dużą skalę w warunkach laboratoryjnych – wystarczy tylko odpowiednio namnożyć właściwe szczepy bakterii i tak je stymulować, by produkowały one pożądane związki chemiczne.

Bezcenny składnik kremów do opalania oraz produktów do pielęgnacji skóry

Prowadzone na UW badania wykazały również, że oprócz substancji z grupy melanin bakterie antarktyczne produkują także karotenoidy, wykazujące silne właściwości przeciwutleniające. Również te naturalne substancje są ważne dla przemysłu kosmetycznego. – Wytwarzane przez bakterie związki, ze względu na swoją specyficzną, wielonienasyconą strukturę i wynikające z niej właściwości przeciwutleniające, zapobiegają szkodliwemu działaniu promieniowania UV. Ponadto odgrywają one istotną rolę w kontrolowaniu płynności błon i chronią komórki bakteryjne przed uszkodzeniem na skutek zamarzania. Tego rodzaju substancje mają zdolność wychwytywania wolnych rodników, dlatego są w centrum zainteresowania laboratoriów produkujących preparaty kosmetyczne do pielęgnacji skóry o działaniu przeciwstarzeniowym. Na rynku obowiązują jednak ścisłe normy i restrykcje, które definiują zawartość zanieczyszczeń pochodzących z syntezy chemicznej. Nasze odkrycia wskazują, że przemysł kosmetyczny mógłby na dużo większą skalę korzystać z substancji pochodzenia naturalnego – tłumaczy Michał Styczyński.

Odkrycia na rynek wprowadzi Biotemist – nowa spółka spin-off założona przy UW

Dokonane odkrycia cechuje duży potencjał komercjalizacyjny. Wprowadzenie na rynek rozwiązań ma się odbyć przy udziale nowo utworzonej spółki typu spin-off o nazwie Biotemist, powołanej przy Uniwersytecie Warszawskim. Będzie się ona specjalizować w rozwoju technologii i produkcji substancji pochodzenia naturalnego, wytwarzanych przez wyizolowane szczepy bakterii antarktycznych – barwników z grupy melanin oraz karotenoidów, a także wielu innych związków o szerokim potencjale aplikacyjnym.

Brak ograniczeń w produkcji masowej wielką szansą na sukces rynkowy

Fizjologia antarktycznych bakterii umożliwia ich swobodną hodowlę w warunkach laboratoryjnych. – Procesy hodowli i namnażania tego rodzaju bakterii ekstremalnych są stosunkowo proste, ze względu na ich niższe wymagania temperaturowe i nierzadko pokarmowe. Nie ma też żadnych większych przeszkód natury technologicznej, by tą drogą pozyskiwać naturalne substancje na skalę przemysłową. Ponieważ rynek obecnie pilnie poszukuje tego rodzaju związków pochodzenia naturalnego, uważam, że przy odpowiednim zarządzaniu Biotemist ma przed sobą wspaniałą przyszłość i może stosunkowo szybko stać się mocnym graczem rynkowym – ocenia dr Robert Dwiliński, dyrektor Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii UW.

Inne cenne właściwości bakterii antarktycznych

Wyniki prowadzonych w ubiegłych latach badań potwierdzają, że bakterie z rejonu Antarktydy mogą pełnić inne ważne funkcje, m.in. w rolnictwie, a konkretniej – we wspomaganiu wzrostu roślin. Mogą zwiększać dostępność mikroskładników, jak również usprawniać rozkład znajdujących się w glebie związków oleistych, takich jak substancje ropopochodne, oleje syntetyczne czy roślinne. Tego rodzaju silne właściwości mają także szczepy bakterii antarktycznych, badane przez Michała Styczyńskiego. – Bakterie wytwarzają liczne metabolity wtórne, które mogą poprawiać wzrost roślin. W praktyce można więc wykorzystać szczepy bakterii do zwiększania jakości i biomasy roślin uprawnych, chronić je przed chorobami, a także redukować ilość stosowanych nawozów chemicznych. Chciałbym, aby Biotemist rozwijał swoje kompetencje także w tych kierunkach – podsumowuje Michał Styczyński.