Biotechnologia.pl: Bakteriobójcze działanie czosnku, cebuli i chrzanu doceniały już nasze prababki. Jak zrodził się pomysł by szukać bakteriobójczych i grzybobójczych właściwości w kapuście - popularnym skądinąd warzywie?

Również i kapusta była doceniana od dawna, już nasze prababki wiedziały, że„kapusta jest dobra na wszystko”. Z czasopism dowiedzieliśmy się, że Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej zajmuje się badaniem biologicznie aktywnych związków pochodzenia roślinnego, głównie związków występujących w warzywach krzyżowych, przede wszystkim w kapuście białej. Jednak uzyskiwane przez nich, (metodami ekstrakcyjnymi), ilości  były bardzo niewielkie. W Instytucie Chemii Przemysłowej od szeregu lat prowadzone są badania nad wydzielaniem i oczyszczaniem substancji chemicznych. Postanowiliśmy połączyć nasze siły. Zastosowaliśmy kapustę jako fitoremediator (fitoremediacja jest to sposób oczyszczania środowiska i polega na tym, że roślina po wprowadzeniu do pewnego środowiska akumuluje poprzez korzenie i/lub liście zanieczyszczenia z gleby). Rośliny stosowane do fitoremediacji powinny posiadać zdolność gromadzenia metali ciężkich, związków organicznych (WWA, PCB, pestycydy) oraz korzystnie jest jeżeli charakteryzują się  znacznym przyrostem masy w krótkim czasie. Wieloletnie badania prowadzone głównie w Stanach Zjednoczonych wykazały, że niektóre gatunki kapusty spełniają te warunki i wykazują tendencję do wychwytywania z gleby metali ciężkich), do rekultywacji terenów skażonych ołowiem, cynkiem, kadmem.  Metoda ta może umożliwić całkowitą rekultywację terenów znajdujących się np. obok arterii komunikacyjnych.

Podczas badania zdolności kapusty do fitoremediacji stwierdzono, że zawiera ona bardzo cenne substancje biologiczno-chemiczne, które wykazują silne działanie bakteriobójcze i grzybobójcze, a stężenie ich rośnie w wyniku „stresu chemicznego”, powstającego w czasie uprawy kapusty na skażonych gruntach. Następnie postanowiliśmy wydzielić te zwiększone ilości substancji aktywnych, stworzyć biopreparat, który będzie można stosować w rolnictwie i ogrodnictwie-biofumigacja.

Jakie metody wydzielania i oczyszczania zastosowano w przypadku uzyskiwania substancji aktywnych z kapusty białej?

Stosujemy metody selektywnej sorpcji i desorpcji, które są szczególnie przydatne gdy substancja wydzielana występuje w niewielkim stężeniu, rzędu kilku procent, lub mniej, jak to jest właśnie  w przypadku kapusty. Są to metody  niskoenergetyczne, nie wymagają kosztownej aparatury przemysłowej, w związku  z tym są łatwe do wdrożenia w skali przemysłowej. Polegają na tym, że znajdujemy taki jonit lub sorbent, który w sposób selektywny wychwytuje interesujące nas substancje pozostałe przechodzą przez złoże jonitu lub sorbentu.

Rys. 1. Proces wydzielania składników aktywnych z kapusty białej odbywa się
w kolumnachszklanych wypełnionych odpowiednim sorbentem (fot. Irena Grzywa -  Niksińska).

Cały proces wydzielania odbywa się w kolumnach szklanych, wypełnionych wytypowanym sorbentem (rys.). Sok z kapusty przechodzi przez złoże, w roztworze po sorpcji zawartość substancji aktywnych wynosi 0. Potem tylko należy znaleźć odpowiedni eluent, który „wymyje” substancje aktywne ze złoża.

Czy kapusta biała skrywa w sobie potencjał do walki z niepożądanymi drobnoustrojami  na miarę XXI wieku? Czy eko-preparat pozwoli na skuteczną i precyzyjną  eliminację bakterii i grzybów bez powodowania negatywnych skutków ubocznych dla zdrowia człowieka i środowiska?

Rośliny z rodziny kapustowatych zawdzięczają swoje biobójcze działanie obecności glukozynolanów i enzymu mirozynazy. W nienaruszonej komórce tkanki roślinnej glukozynolany są oddzielone od enzymu. W momencie uszkodzenia komórki np. przez roślinożerców, mechanicznie (podczas krojenia) lub z powodu „stresu chemicznego”, dochodzi do reakcji miedzy mirozynazą i glukozynolanami. Produktami reakcji są uwalniane biobójcze izotiocyjaninany, nitryle, tiocyjaniany
i epitionitryle. Jest to sposób obrony roślin. Czyli znów podpatrujemy naturę.

Zapotrzebowanie na żywność, ograniczona powierzchnia gleby dostępnej pod uprawę itd. spowodowały, że nie jest możliwa obecnie masowa produkcja rolna bez stosowania środków niszczących wszelkiego rodzaju szkodniki, grzyby, bakterie lub pleśnie. Jednak wykorzystanie syntetycznych pestycydów w ochronie roślin od dawna budziło wiele kontrowersji.

Obecnie trwa poszukiwanie ekologicznych rozwiązań, odchodzi się od używania syntetycznych pestycydów na rzecz ich naturalnych odpowiedników.

Jakie mikroorganizmy skutecznie zwalczaeko-preparat?

Jego aktywność przeciwdrobnoustrojowa (właściwości innaktywacyjne i hamujące) została potwierdzona podczas badania na kilku reprezentatywnych szczepach bakterii - Escherichia coli, Bacillus cereus, Staphylococcusaureus, XanthomonascampestrisPseudomonassyringae, Erwiniacarotovora (Pectobacteriumcarotovorum) i grzybów - Botrytiscinerea, Phoma lingam, Alternariabrassicicola, Fusariumculmorum.

W związku z aktywnością przeciwdrobnoustrojową preparatu chciałabym zapytać czy są szanse na zastosowanie eko-preparatu w medycynie?

Zarówno  izotiocyjaniany jak i  indole mogą brać  udział w zapobieganiu rakowi.

Indole, szczególnie indolo 3 carbinol, związek znajdujący się w naszym eko-preparacie ma właściwości antyoksydacyjne. Chroni przed wolnymi rodnikami, unieczynnia związki rakotwórcze, obniża ryzyko rozwoju chorób nowotworowych na tle hormonalnym. Jak już wspomniałam w kapuście jego stężenie jest bardzo małe. Uważa się,  że aby osiągnąć zamierzony efekt należałoby konsumować dziennie więcej niż 900 g liściastej zieleniny. Dodatkowo większość danych na temat rodzaju i poziomu występowania składników bioaktywnych dotyczy roślin surowych, a większości przypadków (ok.80%), wymagany jest proces obróbki produktu przed spożyciem. W wielu krajach  stosuje się w leczeniu preparaty zawierające biologicznie aktywne substancje, otrzymywane z rodziny krzyżowokwiatowych, w Polsce taki  preparat jest w trakcie certyfikacji. Nie jest dokładnie znany skład tych preparatów, głównie jednak zawierają one mieszanki proszków kwiatów lub kiełków. Nam udało się wydzielić indolo 3 karbinol w postaci zatężonej, jednak rejestracja nowego leku jest tak skomplikowana i kosztowna, że nawet nie będziemy próbować.

Jakie są główne zalety eko-preparatu? Co wyróżnia go na tle pozostałych preparatów grzybobójczych i bakteriobójczych? Jakie są główne wady biopreparatu?

Wad na razie nie znamy. A zaletą jest to, że jest naturalny, tani, szczególnie jak połączy się jego produkcję z rekultywacją gleb. Ponadto, ekopreparat łączy w sobie właściwości grzybobójcze i bakteriobójcze co wyróżnia go na tle pozostałych biobójczych preparatów -  zwykle środki mają właściwości albo grzybobójcze, albo bakteriobójcze.

Czy istnieje pomysł by eko-preparat mógł być wprowadzony do produkcji i stosowany na większą skalę?

Zakłada się, że naturalny biopreparat zawierający aktywne substancje (izotiocyjaniany i indole):

• zastąpi częściowo syntetyczne pestycydy w ochronie roślin;

•  jako dodatek do farb, posłuży do niszczenia grzybów  przede wszystkim magazynach owoców i warzyw, zabezpieczy składowanie zbóż i nasion;

• zastąpi środki chemiczne stosowane przy zabezpieczaniu owoców podczas transportu i ich dystrybucji;

• przyczyni się to do wyeliminowania negatywnych skutków działania chemicznych środków, które stanowią bezpośrednie zagrożenie zdrowia ludzi i zwierząt;

•przewiduje się, że dzięki swoim właściwościom higienizujacym (przeciwutleniającym, przeciwdrobnoustrojowym), zastosowany w technologiach papierniczych posłuży do otrzymywania higienicznych papierów opakowaniowych chroniących żywność (np. kanapki) w niesprzyjających warunkach atmosferycznych jak wysoka temperatura i duża wilgotność, materiałów opakowaniowych stosowanych przy transporcie warzyw, owoców, jaj i zapobiegający potencjalnemu ich zanieczyszczeniu w trakcie transportu i składowania co pozwoli np. uniknąć sytuacji z poprzednich lat, gdy okazało się, że na wielu warzywach stwierdzono obecność bakterii Escherichia coli.

Prowadzone przez politechnikę badania  pozwoliły dostrzec technologiczne walory tej rośliny, przydatne do fitoremediacji (oczyszczania gleby z metali) i biofumigacji gleby (ochrony gleby).

Dziękuję serdecznie za wywiad i życzę dalszych sukcesów naukowych!

Rozmawiała Anna Grzyb

Badania prowadzono w ramach projektu UDA-POIG.01.03.01-00-138/09 pt. ”Wykorzystanie kapusty białej na potrzeby fitoremediacji i biofumigacji gleby”, realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, 2009-2013.