SONATA 19 dla naukowczyń UPWr

• Badania dr Moniki Dymarskiej z Katedry Chemii Żywności i Biokatalizy to wsparcie zdrowia przewodu pokarmowego z wykorzystaniem pochodnych związków flawonoidowych
• Dr Agnieszka Żak–Bochenek z Katedry Immunologii, Patofizjologii i Prewencji Weterynaryjnej chce pomóc zwierzętom zmagającym się z nieswoistym zapaleniem jelit
• Dr Lisandra Meneses z Katedry Biogospodarki Stosowanej zbada możliwości recyklingu i ponownego wykorzystania płynnych ścieków L-HTC

Konkurs SONATA 19 adresowana jest do naukowców, którzy uzyskali stopień doktora w okresie od 2 do 7 lat przed wystąpieniem z wnioskiem o grant. Dodatkowo muszą mieć w swoim dorobku co najmniej jedną opublikowaną lub przyjętą do druku pracę, a w przypadku działalności naukowej w zakresie twórczości i sztuki może to być przynajmniej jedno dokonanie artystyczne bądź artystyczno-naukowe. W ostatnim rozdaniu konkursu aż trzy granty, na łączną kwotę przekraczającą trzy miliony złotych, trafiły do naukowczyń UPWr.

Estry flawonoidowe dla zdrowia przewodu pokarmowego 

Dr Monika Dymarska z Katedry Chemii Żywności i Biokatalizy na projekt „Flawonoidy, ich estry i postbiotyki jako naturalne regulatory homeostazy przewodu pokarmowego” otrzymała ponad 750 tys. złotych. Badania naukowczyni UPWr umożliwią w przyszłości stworzenie nowych suplementów diety oraz żywności funkcjonalnej.

– Już od ponad dekady naukowcy udowadniają, że brak równowagi w jelitach może przekładać się na rozwój pozornie niezwiązanych z przewodem pokarmowym chorób, takich jak alergie, atopowe zapalenie skóry, nowotwory, choroby układu krążenia, a nawet schorzenia natury psychicznej. Przez lata rola mikrobioty jelitowej była marginalizowana. Uważano, że ogranicza się jedynie do zapewnienia prawidłowego funkcjonowania przewodu pokarmowego. To się zmieniło – mówi dr Monika Dymarska i precyzuje, że nasze jelita zamieszkuje 500-1000 różnych gatunków mikroorganizmów, których masa sięga 1000 - 2000 gramów, a liczba komórek drobnoustrojów w jelicie jest przynajmniej równa liczbie komórek, z których składa się organizm człowieka. Dlatego ludzi można zaliczać do holobiontów – „superorganizmów” złożonych z komórek eukariotycznych oraz mikroorganizmów tworzących ich mikrobiotę. Wszystkie te komórki współtworzą dynamiczny, wzajemnie zależny system, który funkcjonuje jako całość.

Niekorzystne składniki mikrobioty mogą wytwarzać szkodliwe metabolity, uszkadzać błonę śluzową jelit, co umożliwia przenikanie alergenów i toksyn do organizmu. Mogą również wywoływać procesy zapalne w jelitach, które mają poważne następstwa, ponieważ udowodniono, że wiele chorób może mieć w nich swoje źródło. Dlatego poszukiwanie cząsteczek, które mogą zapobiegać i leczyć dysbiozę jelitową, jest obecnie jednym z wiodących tematów w badaniach suplementów diety i dodatków do żywności.

– Znana jest grupa związków pochodzenia naturalnego, która ma wysoki potencjał przywracania równowagi drobnoustrojów w jelitach, łagodzenia procesów zapalnych, a nawet zapobiegania i leczenia nowotworów. Związki te to flawonoidy – metabolity roślin obecne w codziennej diecie człowieka, w tym w owocach, warzywach, czy kakao – mówi naukowczyni UPWr. Dodaje, że w dużej mierze to właśnie związki flawonoidowe odpowiadają za prozdrowotne działanie pokarmów roślinnych. – Czyste flawonoidy byłyby idealnymi kandydatami na suplementy diety lub dodatki do żywności, gdyby nie ich niska rozpuszczalność i biodostępność – podkreśla.

W projekcie finansowym przez NCN dr Monika Dymarska planuje funkcjonalizację znanych naturalnych flawonoidów o udowodnionej wysokiej wyjściowej aktywności biologicznej, które dostępne są w Polsce jako suplementy diety, a ich zalecane dzienne dawkowanie sięga kilkuset miligramów.

– W efekcie uzyskamy pochodne estrowe, w których cząsteczka związku flawonoidowego będzie połączona z krótkołańcuchowym kwasem tłuszczowym (SCFA). SCFA są wytwarzane w jelitach przez prawidłową mikrobiotę i cechują się wysokim potencjałem prozdrowotnym w stosunku do przewodu pokarmowego. Oczekujemy, że dzięki przeprowadzonym modyfikacjom uzyskamy pochodne o wysokiej aktywności biologicznej, stabilne i dobrze rozpuszczalne, co pozwoli zmniejszyć dawkę efektywną związku. Dzięki temu uzyskane pochodne mają potencjał do wykorzystania jako środki o działaniu prebiotycznym (stymulującym wzrost korzystnych dla zdrowia mikroorganizmów), a także przeciwzapalnym, czy przeciwnowotworowym.

W projekcie dr Dymarska prześledzi dwukierunkowe interakcje między spożywanymi flawonoidami a mikrobiotą jelitową. Następnie zidentyfikuje postbiotyki wytwarzane przez szczepy probiotyczne z flawonoidów i ich estrów oraz oceni potencjał wszystkich wykorzystanych w projekcie flawonoidów i ich pochodnych (estrów i postbiotyków) do przywracania homeostazy przewodu pokarmowego. Ocena obejmie aktywność prebiotyczną, przeciwdrobnoustrojową wobec mikroorganizmów patogennych, a także przeciwzapalną i cytotoksyczną wobec linii komórkowych nowotworów.

– Dzięki naszym badaniom stworzymy i ocenimy nowe pochodne związków naturalnych, które, dzięki poprawionym parametrom fizykochemicznym oraz udowodnionej wysokiej bioaktywności, będą mogły być stosowane jako suplementy diety i żywność funkcjonalna. Zapewnią one kompleksową ochronę przewodu pokarmowego, a tym samym poprawią dobrostan całego organizmu – mówi naukowczyni UPWr.

Niesowite zapalnie jelit, a nieprawidłowa flora bakteryjna przewodu pokarmowego

Dr Agnieszka Żak–Bochenek z Katedry Immunologii, Patofizjologii i Prewencji Weterynaryjnej  chce pomóc koniom zmagającym się z nieswoistym zapaleniem jelit (ang. Inflammatory Bowel Disease – IBD) i zbadać, jaki wpływ na przebieg choroby mają zaburzenia odporności błon śluzowych oraz nieprawidłowa flora bakteryjna przewodu pokarmowego (dysbioza).

Na projekt „Badania nad ekspresją polimerycznego receptora immunoglobulin (plgR) w komórkach nabłonka jelitowego koni w kontekście nieswoistego zapalenia jelit” dr Żak–Bochenek otrzymała ponad 670 tys. złotych. 

– Odporność błon śluzowych przewodu pokarmowego odgrywa najważniejszą rolę w prewencji oraz walce z potencjalnymi patogenami, a zaburzenia w funkcjonowaniu bariery błony śluzowej mogą prowadzić do wystąpienia poważnych zakażeń, zarówno u ludzi, jak i zwierząt. Mogą być również przyczyną chorób z autoagresji, w tym nieswoistych zapaleń jelit (IBD), które coraz częściej diagnozowane są u ludzi i zwierząt towarzyszących – mówi naukowczyni UPWr i tłumaczy, że zaburzenia podobne do choroby Leśniowskiego-Crohna u ludzi mogą również wystąpić u koni.

IBD u koni prowadzi do wystąpienia przewlekłych, nieswoistych  objawów, takich jak: utrata masy ciała, biegunki czy kolki (objawy bólowe z jamy brzusznej), a w konsekwencji wyniszczenia organizmu. Silny stan zapalny jelit może być również  przyczyną zaburzenia ich drożności i zatkania, a w konsekwencji wymagać konieczności leczenia chirurgicznego.

– U koni nie udało się dotychczas znaleźć jednoznacznej odpowiedzi na pytanie dotyczące patofizjologii rozwoju IBD. Hipoteza, oparta o dotychczasową wiedzę z medycyny ludzkiej i weterynaryjnej, zakłada, że w przebieg IBD u koni zaangażowane są zarówno zaburzenia odporności błon śluzowych, jak i dysbioza – wyjaśnia dr Agnieszka Żak–Bochenek. 

Drugim celem badania będzie hodowla organoidów – tj. hodowli komórkowych, które podczas wzrostu mogą różnicować się do dorosłych komórek  i odwzorowywać narząd. W tym konkretnym przypadku będą to entroidy końskie umożliwiające odzwierciedlenie jelita cienkiego konia, uwzględniając psuedo-światło jelita oraz część podstawną komórek. Tak przygotowana hodowla umożliwi ocenę mikroskopową transportu immunoglobuliny A poprzez komórki, a także stymulowanie ich zarówno „od zewnątrz”, jak i „od środka”, w celu oceny wpływu różnego środowiska na funkcjonowanie odporności błon śluzowych. Docelowo, przygotowany model będzie mógł stanowić podstawę do prowadzenia nieinwazyjnych badań in vitro.

Recykling ścieków, które powstają podczas technologii termochemicznej

Dr Lisandra Meneses z Katedry Biogospodarki Stosowanej zbada możliwości recyklingu i ponownego wykorzystania L-HTC - płynnych ścieków, które powstają podczas technologii termochemicznej stosowanej do przekształcania materii organicznej o dużej zawartości wilgoci w biopaliwa stałe (np. węglowodór), ciekłe lub gazowe.

Na projekt pod nazwą „Wykorzystanie płynnych produktów ubocznych hydrotermalnej karbonizacji do wytwarzania produktów o wartości dodanej: połączony proces wykorzystujący purpurowe bakterie fototroficzne i fermentację beztlenową” naukowczyni UPWr otrzymała ponad 1,6 mln złotych.

Jak tłumaczy dr Lisandra Meneses głównymi źródłami energii wykorzystywanymi do zaspokajania naszych potrzeb energetycznych są gaz ziemny, ropa naftowa i węgiel, co pogłębia problemy środowiskowe, takie jak emisje gazów cieplarnianych, globalne ocieplenie i zmiany klimatyczne. Dlatego rządy na całym świecie opracowują strategie walki ze zmianami klimatycznymi i zmniejszania ilości paliw kopalnych. W tym celu duży nacisk położono na odnawialne źródła energii: energia słoneczna, wiatrowa, geotermalna, energia pływów i fal, a także bioenergia, wykorzystywana do produkcji biopaliw.

Naukowczyni UPWr skupi się biopaliwach produkowanych w procesie termochemicznym, a konkretnie na technologii HTC.  Jest ona szczególnie atrakcyjna, ponieważ pozwala z powodzeniem przekształcać materię organiczną o dużej zawartości wilgoci w biopaliwa stałe (np. węglowodór), ciekłe lub gazowe.

– Ponadto nie wymaga suszenia biomasy przed użyciem, radzi sobie z różnorodnym składem surowców i jest w stanie wytwarzać produkty wysokiej jakości. Jednakże badania wykazały, że na końcu procesu HTC powstają duże ilości płynnych ścieków (znanych jako L-HTC). Badania wykazały, że mogę one zawierać w swoim składzie rozpuszczone składniki odżywcze i związki organiczne, co czyni je szkodliwymi dla środowiska w przypadku bezpośredniego odprowadzania do zbiorników wodnych – mówi dr Lisandra Meneses. – Ale L-HTC można przetwarzać w sposób zrównoważony, na przykład za pomocą procesów fermentacji beztlenowej w celu wytworzenia wartościowych i handlowych produktów, takich jak biopaliwa ciekłe (np. bioetanol) i gazowe (np. biogaz i biometan) – podkreśla.

W projekcie, który zdobył grant z Narodowego Centrum Nauki, dr Lisandra Meneses chce zbadać możliwości recyklingu i ponownego wykorzystania L-HTC. W tym celu płynne ścieki powstałe w HTC zostaną wykorzystane w dwuetapowym procesie fermentacji beztlenowej, którego celem jest: zbadanie jakości, składu i ilości związków wytwarzanych w L-HTC; ocenienie jakość L-HTC wyprodukowanego z różnych materiałów organicznych, takich jak pozostałości leśne, pozostałości rolne, odpady przemysłowe i komunalne oraz rośliny energetyczne; wytworzenie produktów o wartości dodanej i wartości handlowej, takie jak biometan i biogaz i w końcu zastosowanie modeli matematycznych do zbadania wpływu kilku parametrów operacyjnych, takich jak temperatura reakcji, ciśnienie i czas retencji, na proponowany scenariusz zagospodarowania L-HTC.

– Scenariusz zaproponowany w tym projekcie pozwoli na identyfikację optymalnych parametrów eksploatacyjnych, które poprawią jakość generowanego gazu i zmniejszą wytwarzanie produktów hamujących. Ponadto przyczyni się również do wdrożenia energetyki odnawialnej – podsumowuje naukowczyni UPWr.

• 

  Cztery granty OPUS 26 przyznane dla UPWr

  W bieżącym cyklu finansowania cztery projekty powiązane z UPWr wyróżniły się wartością naukową oraz potencjalnym wpływem na przemysł i ochronę środowiska. Projekty te, kierowane przez dr. hab. Adama Dobrowolskiego, prof. Zbigniewa Lazara, dr. hab. Tomasza Janka oraz prof. Joannę Szydę, uzyskały łącznie dofinansowanie w wysokości około 6 milionów złotych.

• 

  MINIATURA 8: cyfrowy bliźniak dla zrównoważonego rolnictwa

  Dr Arkadiusz Głogowski zdobył dofinansowanie z programu MINIATURA 8 Narodowego Centrum Nauki na realizację nowatorskiego projektu badawczego, dotyczącego produkcji żywności i dostępu do czystej wody – kluczowych w kontekście zrównoważonego rozwoju i zmian klimatycznych.