Naukowcy UPWr z grantami Opus 16

1 302 000 złotych w konkursie Opus 16 Narodowego Centrum Nauki zdobyła prof. Aleksandra Mirończuk z Katedry Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności – będzie badać szlaki metaboliczne drożdży Yarrowia lipolytica. Właściwości spektroskopowe i chemiczne glebowej frakcji humin w odniesieniu do ich wzajemnych interakcji z pestycydami badać będzie konsorcjum, w którym liderem jest Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska UPWr, a kierownikiem projektu prof. Jerzy Weber. Partnerami w tym grancie są Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstw PIB w Puławach, Katedra Fizyki i Agrofizyki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie i Wydział Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego, ogółem jego wartość wynosi 1 263 000 zł, nasz uczelnia dostanie 577 300 zł. Kolejne konsorcjum (liderem jest Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu i prof. Magdalena Rudzińska) będzie badać właściwości fizykochemiczne i biologiczne glicerydów sterolowych oraz ich produktów powstających podczas termicznej oksydacji. Ze strony Uniwersytetu Przyrodniczego w projekcie uczestniczą dr inż. Aleksandra Grudniewska, dr hab. Anna Chojnacka i prof. Witold Gładkowski z Katedry Chemii oraz prof. Hanna Pruchnik i dr Aleksandra Włoch z Katedry Fizyki i Biofizyki. UPWr w ramach realizacji tego grantu dostanie 488 600 złotych. Z kolei dr Tomasz Piasecki, który otrzymał 210 tysięcy złotych, będzie szukał odpowiedzi na pytania, dlaczego ptaki są odporne na działanie toksyny Shiga wytwarzanej przez zjadliwe szczepy bakterii Escherichia coli.

Drożdże pod lupą

Projekt realizowany przez prof. Mirończuk ma na celu identyfikację enzymów odpowiedzialnych za przetwarzanie erytrytolu w komórkach Yarrowia lipolytica.

Erytrytol produkowany przez mikroorganizmy poddane presji wysokiego ciśnienia osmotycznego (niebezpiecznego dla nich, bo powodującego „ucieczkę” wody z komórek) ma słodki smak i występuje naturalnie w żywności. Jest też odkryciem ostatnich lat – jego niska kaloryczność spowodowała, że uznano go za świetny słodzik zastępujący cukier, w dodatku wydalany z organizmu wraz z moczem w niezmienionej formie i prawie w 100 procentach. Ostatnie badania pokazują jednak, że o erytrytolu wcale nie wiemy jeszcze wszystkiego. Po pierwsze, związek ten może podlegać przemianom metabolicznym zachodzącym w organizmie człowieka. Po drugie – został zidentyfikowany jako biomarker. Ludzkie komórki zaczynają go produkować na wiele lat przed wystąpieniem otyłości i chorób współtowarzyszących. Nie wiadomo jeszcze, jak przebiegają te procesy, zbadanie ich szlaków enzymatycznych w skomplikowanych organizmach zwierzęcych jest trudne, stąd wybór padł na drożdże – wiele przemian metabolicznych przebiega w nich tak, jak w złożonych układach, w dodatku erytrytol jest przez nie produkowany na skalę przemysłową.

– Szlak syntezy erytrytolu jest dobrze opisany, ale zaobserwowano, że Yarrowia lipolytica, które wykorzystywane są do produkcji tego związku, po wyczerpaniu substratu, zaczynają zużywać to, co wytworzyły wcześniej. Zatrzymanie tego procesu pozwala na poprawienie parametrów produkcji przemysłowej, wiemy to już we wstępnych prac badawczych, podczas których zidentyfikowano biało odpowiedzialne za uruchomienie procesu asymilacji erytrytolu. Jak widać, mamy tu jeszcze wiele do odkrycia i projekt, na który dostaliśmy finansowanie, ma nam pozwolić odkryć nowe szlaki metaboliczne w organizmach drożdży Yarrowia lipolytica – tłumaczy prof. Aleksandra Mirończuk.

W trosce o glebę

Konsorcjum, w którym liderem jest Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, w ramach grantu, którego całkowity koszt oszacowano na 1 263 000 złotych, będzie badać procesy wzajemnego oddziaływania między huminami a substancjami czynnymi pestycydów stosowanych w rolnictwie.

Chemiczne środki ochrony roślin od wielu lat skutecznie stosowane są do zapobiegania obniżki plonów, mimo ich negatywnego oddziaływania na środowisko. Naturalnym filtrem wychwytującym wszelkie zanieczyszczenia w ekosystemach, w tym pestycydy, jest materia organiczna gleby, a zwłaszcza substancje humusowe. Powstają one w wyniku biochemicznych przemian dostających się do gleby szczątków organicznych, a ich obecność decyduje o jakości gleby, choć ich zawartość jest bardzo mała. W poziomach próchnicznych czarnoziemów i czarnych ziem sięga 4-5 procent, a w innych glebach najczęściej jest niższa niż 2 procent. Ich obecność m.in. wpływa na wiele właściwości gleby, w tym na jej przepuszczalność i zdolność magazynowania wody, ale też na magazynowanie składników pokarmowych, które roślinom są niezbędne do egzystencji. Wiadomo, że pełnią one ważną rolę w akumulacji i przemieszczaniu się pestycydów w środowisku. Huminy to najmniej rozpoznana frakcja glebowych substancji humusowych, z uwagi na ich skomplikowane izolowanie z materiału glebowego i trudności w badaniu ich właściwości. Z tego właśnie względu niezbędne było powołanie konsorcjum dysponującego odpowiednim zapleczem aparaturowym.

– Cztery wiodące w kraju laboratoria specjalizujące się w badaniach spektroskopowych gleby sprawdzą, w jaki sposób huminy reagują z wybranymi substancjami czynnymi pestycydów i ich komercyjnymi preparatami – tłumaczy prof. Jerzy Weber, kierownik projektu i dodaje, że naukowcy uczestniczący w realizacji tego grantu przeprowadzą też badania nad wpływem tych procesów na właściwości frakcji humin. Badane substancje humusowe zostaną wyizolowane z poziomów próchnicznych czarnoziemów i czarnych ziem występujących w różnych rejonach Polski.

Sterole na zdrowie

Dr Aleksandra Grudniewska z Katedry Chemii uczestniczyć będzie w realizacji projektu, którego liderem jest Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu. Nasza uczelnia dostanie 488 600 zł na badanie właściwości fizykochemicznych i biologicznych glicerydów sterolowych oraz ich produktów powstających podczas termicznej oksydacji.

Sterole to ważny składnik tłuszczów, pełniący istotne funkcje metaboliczne. Są źródłem hormonów, prekursorem witaminy D, ale też składnikiem membran komórkowych. Znamy sterole pochodzenia zwierzęcego, których głównym przedstawicielem jest cholesterol, ale też sterole roślinne czy wytwarzane przez mikroorganizmy, np. grzyby pleśniowe.

– Sterole roślinne obniżają poziom cholesterolu w organizmie człowieka. Występują w olejach roślinnych, warzywach, pestkach owoców, są też dodawane do produktów spożywczych jako składniki funkcjonalne. Ale obok bardzo ważnego, pozytywnego oddziaływania, fitosterole podawane w dużych dawkach obniżają też poziom witaminy E i karotenoidów. Istotna jest ich stabilność oksydacyjna – utlenione pochodne mają niekorzystne działanie, wykazują właściwości cytotoksyczne, przyczyniają się do powstawania stresu oksydacyjnego. Podwyższony poziom oksyfitosteroli, czyli utlenionych pochodnych, obserwujemy u cukrzyków, ale wciąż zbyt mało wiemy ich wpływie na chory organizm – tłumaczy dr Grudniewska.

Dwie poznańskie uczelnie: Uniwersytet Przyrodniczy i Medyczny prowadzą badania nad wpływem produktów degradacji fitosteroli na komórki prawidłowe układu pokarmowego. Odkryto, że związki powstające podczas termicznej obróbki stigmasterolu, naturalnie występującego w ziarnach soi (jest wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym i przy syntezie hormonów), mają negatywny wpływ na komórki.

– Żywność dostępna na rynku jest powszechnie wzbogacana w sterole roślinne ze względu na ich działanie antycholesterolowe. Ważne jest jednak, by te fitosterole były dla człowieka bezpieczne. I naszym zadaniem jest stworzenie w pełni bezpiecznej formy stigmasterolu właśnie – mówi dr Aleksandra Grudniewska.

Sprawdzić odporność ptaków

Dr Tomasz Piasecki w ramach realizowanego grantu spróbuje odpowiedzieć, dlaczego ptaki odporne są na działanie toksyny Shiga, wytwarzanej przez enterokrwotoczne szczepy bakterii Escherichia coli. E. coli żyją w jelitach człowieka, ale w tej dużej rodzinie drobnoustrojów są też szczepy dla niego niebezpieczne. Jednym z nich są właśnie enterokrwotoczne E. coli, które wywołują krwotoczne zapalenie okrężnicy prowadzące do groźnego dla życia zespołu hemolityczno-mocznicowego.

– Szczególnie narażone są na to powikłanie prowadzące do ostrej niewydolności nerek są dzieci między 6. miesiącem a 4. rokiem życia, ale może ono też wystąpić u osób starszych. Dla obu tych grup jest śmiertelnie groźne. W Niemczech w 2011 roku doszło do epidemii zakażenia tym szczepem E. coli, która doprowadziła do śmierci 53 osób – tłumaczy dr Piasecki.

Dlaczego enterokrwotoczne szczepy E. coli są groźne? Bo wytwarzana przez nie toksyna Shiga wiąże się z glikopolidowymi receptorami obecnymi na powierzchni komórek śródbłonka oraz nabłonka jelit i nerek oraz erytrocytów doprowadzając do śmierci komórek, do których się „przyczepi”. Rezerwuarem tych szczepów bakteryjnych jest głównie bydło, ale też psy i ptaki, żyjące w mieście. To, co intryguje naukowców, to fakt, że np. gołębie są odporne na działanie toksyny i nie wykazują żadnych objawów chorobowych.

– Wiemy, że ptaki mają receptory toksyny Shiga na erytrocytach i komórkach śródbłonka. Wiemy, że mają nawet dwa rodzaje receptorów, których synteza jest kontrolowana przez dwa różne geny, podczas gdy u ssaków odpowiada za nią jeden gen. I chcemy zbadać, dlaczego tak się dzieje, bo odpowiedź może pomoc nam w opracowaniu metod zapobiegania powikłaniom zakażenia tym groźnym szczepem bakterii Escherichia coli – mówi dr Piasecki.

kbk