Fot. Prof. Adam Matkowski, autor: Tomasz Modrzejewski (UMW)

Przykład udanej współpracy międzynarodowej

„Regulacja synergistycznej toksyczności roślinnych saponin triterpenowych i białek inaktywujących rybosom” – projekt pod takim tytułem, finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS LAP, realizuje zespół prof. Adama Matkowskiego, kierownika Katedry Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej UMW. Badanie zaplanowane jest na trzy lata, a kwota dofinansowania wynosi blisko 1 mln zł. Jest to część międzynarodowego projektu badawczego prowadzonego wspólnie z Zakładem Biologii Farmaceutycznej Freie Universität Berlin kierowanym przez prof. Aleksandra Wenga. Wrocławska część ma charakter czysto eksperymentalny. Rezultaty badań naukowców z UMW posłużą ośrodkowi z Niemiec jako baza do sprawdzenia potencjalnych efektów terapeutycznych. – Nie byłoby tego projektu, gdyby nie osobiste kontakty i obecność na międzynarodowych spotkaniach naukowych. Pomysł zrodził się podczas konferencji naukowej w Innsbrucku, gdzie prezentowaliśmy wyniki naszych badań z zastosowaniem klasycznego biotechnologicznego spojrzenia, które w Niemczech zastąpiły już bardziej zaawansowane technologie. Rozmawialiśmy o tym z prof. Wengiem w kuluarach i tak narodził się koncept wspólnego badania, w którym nasz ośrodek mógłby zająć się częścią eksperymentalną. Zawsze powtarzam, że warto uczestniczyć w naukowych konferencjach i kontaktować się z kolegami ze świata bezpośrednio. Takiego kontaktu nic nie zastąpi, a najlepsze pomysły rodzą się niekoniecznie przy biurku – docenia prof. dr hab. Adam Matkowski.

Obrona przez chemiczny atak

– Rośliny zagrożone atakiem innych organizmów nie mogą uciec ani zmienić miejsca pobytu, gdy znajdą się w niesprzyjających warunkach środowiska. Muszą więc bronić się biernie. Przeciwko roślinożercom, pasożytom czy chorobotwórczym mikroorganizmom mogą chronić się barierami fizycznymi: cierniami, zgrubiałą korą, kutykulą, żywicami itd. Najinteligentniejszą jednak bronią, rozwiniętą w ciągu tysięcy lat koewolucji, są roślinne substancje chemiczne, które czynią ciało rośliny (lub jego części) trującym, niesmacznym, niestrawnym lub odstręczającym. Rośliny lecznicze zostały wybrane przez człowieka z natury jako wykazujące silniejsze od innych działanie fizjologiczne na organizm. One właśnie często produkują wyrafinowane mieszanki substancji działających na różnorakie mechanizmy w innych organizmach – tłumaczy prof. dr hab. Adam Matkowski.

Naukowcy UMW tym razem przyglądają się dwóm pospolitym roślinom: Gypsophila elegans (łyszczec nadobny, gipsówka letnia – znana np. jako dodatek do bukietów) i Agrostemma githago (kąkol, niegdyś pospolity chwast, dzisiaj roślina zagrożona, ale również ozdobna). Obie należą do rodziny goździkowatych, która pod względem obrony chemicznej jest w świecie roślin wyjątkowa. Stwierdzono bowiem, że wytwarzane przez goździkowate zabójcze mieszanki zawierają z jednej strony drobnocząsteczkowe substancje zwane saponinami (naturalne detergenty), a z drugiej strony rzadkie i specyficzne białka toksyczne, tzw. białka inaktywujące rybosom (z ang. ribosome-inactivating proteins – RIP), zdolne do zabicia komórek innych organizmów poprzez uszkodzenie maszynerii produkcji białek. W ten sposób mogą zabić każdą komórkę. Saponiny obejmują tysiące bardzo zróżnicowanych, a jednocześnie podobnych strukturalnie substancji. Wytwarza je wiele grup roślin. W farmacji wykorzystuje się saponiny jako środki wykrztuśne oraz adjuwanty, np. w szczepionkach. Natomiast w tandemie z RIP odkryto je w dużych ilościach tylko w goździkowatych. – Działając synergistycznie z RIP, saponiny tworzą tzw. dwuskładnikowy układ toksyczny (z ang. toxic two-component system – TTS). – Ta „współpraca” powoduje wzmocnienie działania toksycznego RIP w stosunku do roślinożernych zwierząt oraz prawdopodobnie także mikroorganizmów. Jest to wyspecjalizowana broń defensywna roślin spokrewnionych z goździkami, która może odgrywać rolę również w ich właściwościach leczniczych – w myśl zasady, że to, co truje, może też leczyć. Bardzo niewiele wiadomo jednak o koordynacji produkcji tych dwóch składowych TTS w żywej roślinie. Nie wiemy, co powoduje, że te białka pojawiają się w roślinie w takich czy innych proporcjach. Do badań wybraliśmy dwie ciekawe rośliny – łatwą w uprawie i zawierającą duże ilości dobrze poznanych saponin i RIP gipsówkę letnią oraz mniej poznany kąkol, w którym ostatnio odkryto nowy typ białek RIP – kontynuuje szef Katedry Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej UMW.

Hodowla ściśle kontrolowana

Projekt pod akronimem RIP-SAPO zakłada zastosowanie metod biotechnologicznych. Badacze zajmą się dokładnym profilowaniem białek, ekspresji genów i identyfikacją tych substancji, które w największym stopniu odpowiadają za specyficzne właściwości roślin. Rośliny i ich części muszą być hodowane w laboratorium przy ścisłej kontroli warunków środowiska. To konieczne, by ograniczyć wpływ niekontrolowanych czynników, czego w naturze nie dałoby się uniknąć. Jednocześnie hodowanym komórkom zostaną zaaplikowane różne substancje o działaniu stymulującym na komórki roślinne. Mogą to być np. inaktywowane fragmenty ścian komórkowych bakterii i grzybów oraz cząsteczki sygnałowe używane przez komórki roślinne do zaalarmowania organizmu o ataku patogenów (np. kwas salicylowy, tlenek azotu czy nadtlenek wodoru). A wszystko po to, żeby zweryfikować hipotezę o spodziewanym podwyższeniu lub zmianie kompozycji składowych TTS. Naukowcy chcą przetestować wpływ tych czynników zarówno na komórki swobodnie rosnące w pożywkach, jak i hodowane organy rośliny – korzenie i pędy. Na tej podstawie zostanie opracowany system hodowli w laboratorium, w którym będzie można ukierunkować produkcję wybranych składników pod wpływem określonych czynników. W ten sposób dowiemy się, jakie wpływy zewnętrzne powodują u rośliny powstawanie skomplikowanych mieszanin substancji obronnych. Będzie to ważne także dla rozwoju udoskonalonych terapii oraz poprawy odporności naturalnej roślin uprawnych – uważa prof. Matkowski.

Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu