PRELUDIUM BIS – cztery granty dla naukowców UPWr

• Prof. Krzysztof Grzymajło – badania prowadzące do poprawienia metod prewencji oraz leczenia salmonelloz
• Prof. Joanna Kolniak-Ostek – preparaty prozdrowotne pochodzące z kolorowych odmian malin
• Prof. Zbigniew Lazar – wykorzystanie w produkcji biopaliw drożdży z kladu Yarrowia
• Prof. Ewa Wałecka-Zacharska – ograniczenie zachorowań wywołanych przez bakterie Campylobacter jejuni

W konkursie PRELUDIUM BIS 4 Narodowego Centrum Nauki doceniono w tym roku 58 projektów. Aż cztery z nich napisali naukowcy z UPWr. Wszystkie są próbami znalezienia odpowiedzi na współczesne problemy i bolączki. Realizacja projektu zespołu pod kierownictwem prof. Krzysztofa Grzymajły pomoże rozwinąć aktualną wiedzę o patogenezie pałeczek Salmonella, co w przyszłości może doprowadzić do poprawienia metod prewencji oraz leczenia salmonelloz. Projekt prof. Ewy Wałeckiej-Zacharskiej przyczyni się do wzrostu bezpieczeństwa żywności i ograniczenia zachorowań przenoszonych drogą pokarmową, a wywołanych przez bakterie Campylobacter jejuni. Badania prof. Joanny Kolniak-Ostek mają natomiast pomóc w powstaniu preparatów o podwyższonych właściwościach prozdrowotnych pochodzących z kolorowych odmian malin. Z kolei prof. Zbigniew Lazar zajmie się wykorzystaniem w produkcji biopaliw drożdży z kladu Yarrowia, które charakteryzują się dużymi zdolnościami do akumulacji wewnątrzkomórkowych lipidów.

Poprawienie metod prewencji i leczenia salmonelloz

Prof. Krzysztof Grzymajło z Katedry Biochemii i Biologii Molekularnej UPWr będzie badał regulację ekspresji czynników wirulencji pałeczek Salmonella i ich wpływ na przebieg infekcji. Na swój projekt otrzymał ponad 688 tys. złotych. Jak tłumaczy naukowiec UPWr, należące do rodziny Enterobacteriaceae gram ujemne pałeczki Salmonella są jednymi z najczęstszych przyczyn chorób przenoszonych drogą pokarmową, a zakażenie nimi stanowi poważny problem epidemiologiczny na całym świecie. Najczęstszym źródłem zakażeń wśród ludzi są pokarmy pochodzenia zwierzęcego, stąd choroby wywoływane przez pałeczki Salmonella określane są mianem zoonoz.

– Proces zakażenia pałeczkami Salmonella to wieloetapowe oddziaływania pomiędzy bakterią a zakażanym gospodarzem, skupione na dotarciu do miejsca zakażenia, przywarciu i finalnie wnikaniu do komórek gospodarza. Procesy te opierają się na czynnikach wirulencji: specyficznych strukturach tworzonych przez pałeczki Salmonella  – wyjaśnia prof. Grzymajło i dodaje, że dwa typy tych struktur – flagelle oraz fimbrie odpowiedzialne odpowiednio za ruchliwość oraz przywieranie determinują sukces patogenu podczas pierwszych etapów zakażenia. Flagelle pozwalają pałeczką Salmonella dotrzeć do miejsca zakażenia, a fimbrie przyczepić się do komórek gospodarza i przeciwstawić się siłom mechanicznym starającym usunąć je ze światła jelita. – W konsekwencji, oba typy struktur odpowiadają za pierwsze etapy zakażenia i determinują późniejszy przebieg infekcji  – podkreśla naukowiec.

Flagella składają się z trzech podstawowych elementów: trzonu, haka oraz filamentu. Najistotniejszy z punktu widzenia pałeczek Salmonella jest filament, budowany przez dwa rodzaje białek, które tworzone są w skoordynowany sposób z udziałem mechanizmu nazywanego zmiennością fazową. Natomiast pośród struktur odpowiedzialnych za proces przywierania najintensywniej badane są fimbrie typu 1 (T1F), długie, włókienkowate struktury z obecnym na ich szczycie białkiem FimH. To ono odpowiada bezpośrednio za wiązanie struktur na powierzchni komórek gospodarza. – Pomimo licznych badań skupionych na roli i regulacji czynników wirulencji pałeczek Salmonella, nie ma wystarczającej ilości danych dotyczących sposobu regulacji flagelli oraz T1F. Nie wiemy np. kiedy, w których etapach, jak długo i w jakich ilościach są one produkowane w trakcie przebiegu zakażenie pałeczkami Salmonella. Również rola i znaczenie wzajemnych oddziaływań pomiędzy tymi strukturami pozostaje nieznana – przyznaje naukowiec, ale podkreśla, że wstępne badania zespołu UPWr rzucają trochę światła na te interakcje.

– Odkryliśmy, że produkcja T1F jest zależna od warunków wzrostu pałeczek Salmonella i pozytywnie koreluje z poziomem przywierania i inwazji komórek gospodarza. Co więcej, elementy genetyczne zaangażowane w produkcję T1F bezpośrednio wypływają na poziom produkcji białek związanych z flagellami, wskazując na bliskie powiązania sposobów regulacji obu typów struktur. Chcemy analizować wzajemne oddziaływania pomiędzy strukturami odpowiadającymi za przywieranie oraz ruchliwość pałeczek Salmonella podczas pierwszych etapów infekcji – wyjaśnia prof. Grzymajło. Zespół pod jego kierownictwem oczekuje, że realizacja projektu pomoże rozwinąć aktualną wiedzę o patogenezie pałeczek Salmonella, co w przyszłości może doprowadzić do poprawienia metod prewencji oraz leczenia salmonelloz.

Prozdrowotne związki bioaktywne pochodzące z kolorowych odmian malin

Prof. Joanna Kolniak-Ostek z Katedry Technologii Owoców, Warzyw i Nutraceutyków Roślinnych UPWr otrzymała blisko 688 tys. złotych na badania dotyczące właściwości prozdrowotnych związków bioaktywnych pochodzących z kolorowych odmian malin z wykorzystaniem symbiotycznej kultury bakterii i drożdży. Jak tłumaczy naukowczyni UPWr, w ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się wpływowi żywności na organizm ludzki, a jednym z powodów jest fakt, że zarówno w Polsce, jak i w innych krajach europejskich, główną przyczyną zgonów są przewlekłe choroby niezakaźne (NCD), związane między innymi z nieprawidłowym odżywianiem się. Rozwój chorób przewlekłych, autoimmunologicznych, neurodegeneracyjnych, nowotworów oraz wyniszczenie organizmu związane są z tak zwanym stresem oksydacyjnym, powodowanym wysokim poziomem wolnych rodników tlenowych (ROS). 

– Badania epidemiologiczne dostarczają nam coraz więcej dowodów, że spożywanie żywności bogatej w przeciwutleniacze zmniejsza ryzyko rozwoju chorób przewlekłych i stresu oksydacyjnego, a szczególnie korzystny wpływ na organizm ludzki ma spożywanie owoców, warzyw i ich przetworów, które stanowią doskonale źródło substancji o charakterze przeciwutleniającym i prozdrowotnym – mówi prof. Joanna Kolniak-Ostek. I podkreśla, że w zapobieganiu powstawania chorób cywilizacyjnych mogą znaleźć się liście czerwonych, żółtych i czarnych odmian malin, charakteryzujące się wysoką zawartością związków polifenolowych o właściwościach bioaktywnych. Celem projektu naukowczyni UPWr jest analiza profilu i zawartości fitozwiązków liści kolorowych odmian malin oraz możliwości modulowania ich właściwości prozdrowotnych poprzez zastosowanie fermentacji alkoholowo-octowej. Na podstawie uzyskanych wyników opracowane zostaną stabilne, modelowe preparaty związków bioaktywnych o podwyższonych właściwościach prozdrowotnych.

W projekcie zaplanowano siedem etapów badawczych, efektem których będzie: identyfikacja jakościowa i ilościowa frakcji związków bioaktywnych z liści z wykorzystaniem technik LC-MS, określenie właściwości bioaktywnych frakcji polifenolowej oraz ich biodostępności w trakcie symulowanego trawienia in vitro, wykorzystanie fermentacji alkoholowo-octowej w celu podwyższenia właściwości biologicznych i w końcu uzyskanie stabilnych, modelowych preparatów związków bioaktywnych o podwyższonych właściwościach prozdrowotnych.

Badania będą miały charakter interdyscyplinarny z zakresu chemii, medycyny i technologii żywności.

Wykorzystanie drożdży w produkcji biopaliw

Prof. Zbigniew Lazar z Katedry Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności UPWr na badania drożdży z kladu Yarrowia i stworzenie platformy do jednoczesnej biosyntezy lipidów i zewnątrzkomórkowych białek heterologicznych otrzymał niemal 563 tys. złotych. Projekt naukowca UPWr ma ogromne znaczenie w czasach, gdy na świecie rośnie zapotrzebowanie na alternatywne źródła energii takie jak biopaliwa, ponieważ zasoby ropy naftowej oraz gazu ziemnego wyczerpują się. Jednym z obiecujących rozwiązań tego problemu jest wykorzystanie w produkcji biopaliw mikroorganizmów, które charakteryzują się dużymi zdolnościami do akumulacji wewnątrzkomórkowych lipidów.

– Istnieją drobnoustroje, które są w stanie akumulować nawet do 80 procent lipidów w przeliczeniu na suchą masę. To np. drożdże Yarrowia lipolytica – tłumaczy prof. Zbigniew Lazar i podkreśla, że te niesamowite mikroorganizmy należą do szerszej grupy drobnoustrojów zwanej kladem Yarrowia (tworzy go obecnie 15 różnych gatunków drożdży). – A wśród gatunków tworzących wspomniany klad istnieją takie, których zdolności do akumulacji lipidów czy sekrecji alkoholi wielowodorotlenowych są zdecydowanie wyższe niż te dla Y. lipolytica. Okazało się również, że drożdże te zdolne są do efektywnego wykorzystywania związków odpadowych jak surowy glicerol czy lotne kwasy tłuszczowe (VFA), które znajdują się w dużych stężeniach w mieszaninach pofermentacyjnych odpadów przemysłu spożywczego czy odpadów komunalnych – dodaje naukowiec i zauważa, że Yarrowia keelungensis czy Yarrowia phangngaensis charakteryzują się zdecydowanie lepszym przyswajaniem wspomnianych substratów niż gatunek Y. lipolytica.

Punktem wyjścia do usprawnienia wykorzystania wymienionych substratów ma być analiza transkryptomu dwóch wspomnianych mikroorganizmów. To jednocześnie wstęp do bardzo ważnej części wniosku profesora, jaką jest charakterystyka metabolizmu glicerolu i VFA, jak również szlaku biosyntezy lipidów dzięki zastosowaniu zautomatyzowanego systemu manipulacji koloniami.

– Analiza kilkudziesięciu tysięcy transformantów pozwoli na wytypowanie nowych, dotychczas nie scharakteryzowanych enzymów, które pozwolą na zrozumienie funkcjonowania szlaków metabolicznych u wybranych gatunków z kladu Yarrowia. Ważnym aspektem jest również wykorzystanie ogromnych zdolności do sekrecji białek przez te drożdże, co z kolei będzie punktem wyjścia do ich zastosowania do produkcji białek heterologicznych, zwłaszcza posiadających aktywność związków powierzchniowo czynnych. Białka te będą mogły bowiem zastąpić syntetyzowane chemicznie surfaktanty wykorzystywane m.in. w górnictwie – opowiada naukowiec. I podkreśla, że surfaktanty wykorzystywane są w wielu postaciach i pełnią różne funkcje również przy wytwarzaniu produktów wykorzystywanych w gospodarstwach domowych, sadach i na polach uprawnych, w przemyśle motoryzacyjnym, budownictwie, drogownictwie czy przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. – Każda z wymienionych gałęzi przemysłu poszukuje alternatywnych, biodegradowalnych związków, których właściwości pozwoliłyby na opracowanie technologii przyjaznych środowisku. Rozwiązania zaproponowane w projekcie z pewnością się do tego przyczynią – podsumowuje profesor Lazar.

Badania przyczynią się do wzrostu bezpieczeństwa żywności

Prof. Ewa Wałecka-Zacharska z Katedry Higieny Żywności i Ochrony Zdrowia Konsumenta UPWr otrzymała blisko 688 tys. złotych na badania nad identyfikacją nowych genów związanych z tworzeniem biofilmu przez bakterie Campylobacter jejuni. To kolejny projekt, w którym poznanie mechanizmów przyczyni się do wzrostu bezpieczeństwa żywności i ograniczy ryzyko zdrowia publicznego.

Campylobacter jejuni jest obecnie najczęstszą przyczyną zachorowań przenoszonych drogą pokarmową w Unii Europejskiej oraz główną przyczyną bakteryjnych, wodnistych biegunek u ludzi na świecie. Najczęstszym źródłem infekcji u ludzi jest drób i produkty drobiowe, a dochodzi do niej wskutek konsumpcji żywności zanieczyszczonej tą patogenną bakterią, nie poddanej wystarczającej obróbce termicznej. Po spożyciu produktów zanieczyszczonych pałeczkami C. jejuni patogen ten kolonizuje jelito cienkie i grube ludzi wywołując gorączkę, bóle brzucha i biegunkę, choć mogą wystąpić też komplikacje w postaci reakcji autoimmunologicznych.

– Kluczowym czynnikiem pomagającym przetrwać patogenowi w niekorzystnych warunkach środowiskowych jest zdolność tworzenia biofilmu. To przestrzenna struktura zawierająca mikroorganizmy oraz substancje spajające ich komórki. Bakterie bytujące w biofilmie są trudne do wyeliminowania ze względu na ich silne przyleganie do powierzchni. Odznaczają się także wyższą opornością na środki dezynfekcyjne i antybiotyki – mówi dr hab. Ewa Wałecka-Zacharska i tłumaczy, że choć proces tworzenia biofilmu stosunkowo dobrze poznano u takich bakterii jak Pseudomonas aeruginosa i Escherichia coli, to niewiele wiadomo na temat tego mechanizmu w przypadku C. jejuni. Dlatego celem projektu naukowczyni UPWr jest identyfikacja nieznanych wcześniej genów związanych z tworzeniem biofilmu u C. jejuni za pomocą mutagenezy przy użyciu transpozonu.

– Transpozony to ruchome elementy genetyczne mające zdolność do włączania się w różne miejsca genomu. Włączenie transpozonu w sekwencję genu najczęściej wywołuje jego inaktywację, uniemożliwiając wytworzenie białka kodowanego przez gen. Aby znaleźć nieznane wcześniej geny uczestniczące w wytwarzaniu biofilmu przez C. jejuni skonstruujemy bibliotekę mutantów tej bakterii, a następnie będziemy je oceniać pod kątem zdolności tworzenia biofilmu – wylicza prof. Wałecka-Zacharska.

Wyniki realizacji projektu pozwolą na zrozumienie mechanizmu tworzenia biofilmu przez C. jejuni, który jest kluczowym czynnikiem niezbędnym do przeżycia patogena w środowisku. Poznanie tych mechanizmów może być pomocne w projektowaniu substancji hamujących tworzenie biofilmu, co przyczyni się do wzrostu bezpieczeństwa żywności i ograniczy ryzyko zdrowia publicznego. 

mm

• 

  PRELUDIUM 21 – cenne granty dla naszych naukowców

  Naukowcy UPWr zdobyli granty z Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu PRELUDIUM 21. Łącznie na swoje badania otrzymają blisko 800 tys. złotych!

• 

  Miniatura 6 dla UPWr: skrobia oporna i żywienie seniorów

  Dwa projekty z konkursu Miniatura 6 będą realizować naukowcy z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności. Prof. Małgorzata Kapelko-Żeberska będzie pracować nad nowym sposobem otrzymywania skrobi opornej, a dr Robert Gajda nad opracowaniem pierwszego w Polsce kwestionariusza pozwalającego ocenić ryzyko żywieniowe seniorów mieszkających w społeczności lokalnej.