Biotechnologia pl.: Skąd Pani zainteresowanie białkiem LytM, jednego z fundamentalnych zagadnień projektu pt ”Biotechnological applications of bacteriolytic protein (Aurezyna)”, którym Pani kieruje?

Dr Izabela Sabała: Białko LytM jest hydrolazą peptydoglikanową, która przecina wiązania w ścianie komórkowej gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus). Jest ono produkowane przez tę bakterię i najprawdopodobniej należy do grupy autolizyn, które są syntetyzowane przez drobnoustroje w czasie podziału lub wzrostu komórki w celu rozluźnienia peptydoglikanów budujących ścianę komórkową. W trakcie naszych wcześniejszych badań zaobserwowaliśmy, że enzym LytM podany z zewnątrz bardzo szybko i efektywnie lizuje komórki gronkowca złocistego, co jest bardzo atrakcyjną cechą, stanowiącą o dużym potencjale aplikacyjnym tego białka.

Czyli można powiedzieć, że w swoim projekcie zajmują się Państwo nowym zastosowaniem znanych już funkcji białka LytM?

Historia naszych badań nad tym białkiem jest dość długa. Jego analizę biochemiczną zaczęliśmy już w 2002 roku, ale nikt nie zakładał wtedy osiągniętego dziś celu. Uczestniczyliśmy wówczas w finansowanym przez Komisję Europejską projekcie dotyczącym poszukiwania nieantybiotykowych sposobów walki z gronkowcem. Naszym zadaniem była charakterystyka biochemiczna i strukturalna wybranych białek, wśród których znajdowało się LytM. Był to ciekawy obiekt badawczy o nieznanej wówczas strukturze trzeciorzędowej, i jak się okazało w trakcie naszych badań, unikalnych właściwościach bakteriolitycznych. Po kilku latach udało nam się zdobyć środki finansowe, aby kontynuować prace rozwojowe nad tym białkiem. Przygotowaliśmy również zgłoszenie patentowe obejmujące ochronę właściwości LytM i jego potencjalnych zastosowań, które niedawno otrzymało aprobatę z Europejskiego Urzędu Patentowego.

Wiadomo, że nie są Państwo jedynym zespołem na świecie, który pracuje nad białkiem LytM, czy nie było problemów ze stworzeniem zastrzeżenia patentowego na Państwa wynalazek?

Niestety nie obyło się bez problemów. Trzeba bardzo uważać na to, co się wcześniej publikuje. Był to główny element dyskusji z Europejskim Urzędem Patentowym, który zarzucał nam, że we wcześniejszych publikacjach ujawniliśmy pewne elementy tych właściwości enzymu, które teraz zastrzegamy. Prawdę mówiąc w momencie publikowania nie byliśmy świadomi oryginalności tych właściwości. Dopiero później okazało się, że białko to jest wyjątkowo aktywne w warunkach niefizjologicznych: w niskiej temperaturze i w buforach o bardzo niskiej konduktywności. Obie te oryginalne cechy enzymu stały się podstawą do starań o objęcie enzymu LytM ochroną patentową.

Czemu zatem białko LytM zawdzięcza swoją wyjątkowość na tle innych substancji, które pełnią w komórce podobną funkcję?

Komercyjne wykorzystanie autolizyn jest bardzo ograniczone, choć osobiście uważam, że mają one olbrzymi potencjał. Nasz enzym ze swymi właściwościami najbliższy jest lizostafynie – bateriocynie produkowanej przez innego gronkowca, ale o takiej samej specyficzność jak badane przez nas białko LytM. Jest to jedno z najbardziej zaawansowanych komercjalizacyjnie białek antybakteryjnych. Na początku sądziliśmy, że LytM mogłoby konkurować z lizostafyną jako środek terapeutyczny. Późniejsze testy porównujące właściwości obu białek wykazały jednak, że są one aktywne w bardzo odmiennych warunkach środowiskowych, a co za tym idzie możliwości ich zastosowania też są różne. Lizostafyna jest bardzo dobrze przystosowana do warunków fizjologicznych. Potrzebuje do działania odpowiedniego stężenia soli i podwyższonej temperatury środowiska. W USA i Chinach preparaty z lizostafyną w formie kremów lub sprayów do nosa są już w końcowych etapach badań klinicznych. Stosowanie takich środków powinno przyczynić się do efektywnej walki z gronkowcem złocistym (szczególnie wśród personelu medycznego, który często jest nosicielem takiej infekcji). Podejmowane są również próby zastosowania lizostafyny m.in. w: opatrunkach na rany z zakażeniem gronkowcowym, kroplach do oczu i w leczeniu zakażeń gronkowcowych u zwierząt. Z kolei białko LytM ze względu na inne wymagania środowiskowe nie może być stosowane w tego typu terapiach antybakteryjnych. Nasz enzym jest najbardziej aktywny w warunkach niefizjologicznych (w których lizostafyna w ogóle się nie sprawdza), działa nawet w samej wodzie destylowanej, co jest generalnie dość nietypowe dla enzymów. Poza tym utrzymuje do 70% swojej aktywności w warunkach chłodniczych. Właściwości te stanowią o unikalnym potencjale aplikacyjnym białka LytM. Najprostszym i najbardziej oczywistym wykorzystaniem naszego białka może być zastosowanie go w zestawach do izolacji DNA czy białek z komórek gronkowca, gdzie możliwe będzie przeprowadzanie reakcji na lodzie, co zapewnia bezpieczeństwo izolowanym składnikom. Możliwe także będzie zastosowanie preparatów na bazie LytM jako środka dezynfekcyjnego w szpitalach, przemyśle spożywczym czy kosmetycznym oraz jako dodatku przedłużającego trwałość różnorodnych produktów. Taki naturalny, biologiczny produkt/środek mógłby konkurować z często niebezpiecznymi chemikaliami. Są to tylko niektóre, najbardziej oczywiste i najbardziej pożądane zastosowania komercyjne LytM, ale mam nadzieję, że prowadzone przez nas badania pozwolą na dalsze poszerzanie wachlarza potencjalnych zastosowań tego enzymu.

Jakie konkretnie badania wykonują Państwo w ramach projektu?

Głównym celem projektu jest sprawdzenie właściwości pozwalających na efektywną komercjalizację tego wynalazku. Z jednej strony pracujemy nad tym, aby produkcja tego białka była efektywna i prosta a przez to opłacalna, z drugiej poznajemy i optymalizujemy jego właściwości tak, aby białko to mogło znaleźć jak najszersze spektrum zastosowań. Testujemy kilka możliwych już zastosowań, ale chcemy także wykonać kilka badań podstawowych z zakresu inżynierii białkowej. Sprawdzimy, czy da się zmienić właściwości białka, tak by zwiększyć jego tolerancję na środowisko, w którym byłoby aktywne. Spróbujemy również wyjść naprzeciw ewentualnym problemom związanym z opornością przygotowując formy enzymu o zmodyfikowanej specyficzności.

Czy ze względu na tak aplikacyjny charakter projektu podjęli Państwo współpracę z jakąś firmą?

Projekt, który realizujemy, jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR) i został on napisany wspólnie z niewielką, ale dynamicznie rozwijającą się polską firmą biotechnologiczną A&A Biotechnology, która m.in. produkuje zestawy do izolowania DNA i białek bakteryjnych. Realizują oni również niektóre zadania dotyczące efektywnej produkcji białka na dużą skalę. Jest to dla nas bardzo ciekawa współpraca i niezmiernie przydatne doświadczenie. Całkowicie inaczej patrzy się na białko w kategoriach naukowych niż na białko jako końcowy efekt komercyjnej produkcji na szeroką skalę. Poza tym, zainteresowanie naszym białkiem LytM wykazała firma zagraniczna związana z przemysłem spożywczym. Nie jest to poparte jeszcze konkretną umową, ale już samo zaciekawienie ze strony firm bardzo nas cieszy i dodaje wiary w sukces naszego wynalazku.

Czy w zakresie planowanych przez państwa doświadczeń zaplanowali państwo i takie, które będą wykonywane in vivo, np. na zwierzętach?

Zwierzęta włącza się do badań, jeśli rzeczywiście jest taka konieczność. My na tym etapie naszych doświadczeń takiej konieczności nie widzimy. Mamy bardzo dobrze opracowane różnorodne testy aktywności tego białka in vitro, które są wystarczające do przeprowadzanych przez nas analiz. Od niedawna w naszym Instytucie wprowadzono nowy organizm modelowy – rybę Danio rerio. Ze względów etycznych model rybi jest dużo mniej drażliwy niż praca np. z myszami, a może być bardzo efektywnie wykorzystywany do testowania środków antybakteryjnych. Jeśli kiedyś zajdzie konieczność przeprowadzenia badań naszego białka in vitro będziemy brać pod uwagę właśnie ten model zwierzęcy.

Życzymy powodzenia w dalszej pracy. Dziękujemy za rozmowę.

Wywiad przeprowadziła dr Marzena Szwed, redaktor naukowy portalu Biotechnologia.pl

Materiał opracowała: mgr Ewelina Gizińska