Stypendia ministra dla wybitnych młodych naukowców

Dr Sabina Lachowicz z Katedry Technologii Fermentacji i Zbóż realizowała pracę doktorską, której tematem było usprawnianie produkcji napoju, soku i koncentratu aroniowego o wysokiej zawartości związków biologicznie czynnych bez osadów i zmętnień.  W efekcie, dzięki jej badaniom, udało się udoskonalić ten proces w firmie Tymbark, z którą współpracowała. Dodatkowo całość realizowana była w ramach projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Temat pracy doktorskiej, poruszany przez dr Lachowicz, nie należał do najłatwiejszych, ponieważ osady i zmętnienia pojawiające się w sokach z aronii stanowią poważny problem do rozwiązania dla przemysłu, dodatkowo obniżając jakość handlową gotowych produktów. Co więcej, te same osady i zmętnienia wywoływane są głównie przez związki polifenolowe, które są pożądane w produkcie końcowym. Dzięki uzyskanym wynikom usprawniono proces otrzymywania soków o wysokiej zawartości polifenoli i aktywności przeciwutleniającej, cechujących się dobrą klarownością i stabilnością i – co ważne – posiadających większą wartość prozdrowotną.

– To tematyka, która doskonale wpisuje się w ogólnoświatowe trendy współczesnej technologii żywności. Opracowywanie mało inwazyjnych technologii, ograniczających proces przetwarzania, a co za tym idzie obniżania strat cennych związków w gotowym produkcie, jest bardzo pożądane. Istotne jest również otrzymywanie wyrobów, które nie tylko będą atrakcyjne pod względem cech sensorycznych, ale także skuteczne w profilaktyce chorób zespołu metabolicznego: chorób układu krążenia, cukrzycy czy otyłości – tłumaczy dr Lachowicz.

Stypendium za wybitne osiągnięcia otrzymała również dr hab. Aleksandra Pawlak z Katedry Farmakologii i Toksykologii. – Głównym tematem mojej pracy badawczej jest eksperymentalna immunofarmakologia i eksperymentalna onkologia weterynaryjna. W mojej pracy stawiam na interdyscyplinarność nauki. Współpracuję z polskimi i zagranicznymi zespołami badawczymi reprezentującymi różne dziedziny naukowe, a model badawczy, na którym pracuję – komórki nowotworowe psa – stanowią doskonałe narzędzie do badań przedklinicznych w medycynie człowieka.

Dr hab. Pawlak otrzymała grant z Narodowego Centrum Nauki (Preludium) na badania, w których wykorzystywała zaawansowane techniki diagnostyczne oraz techniki hodowli komórkowych w prognozowaniu odpowiedzi na chemioterapię na modelu psich chłoniaków i białaczek.

– Szczególnie interesuje mnie zjawisko występowania podobieństw między chorobą nowotworową u zwierząt i ludzi, jak i możliwość traktowania psa jako modelu do badań porównawczych w onkologii. Wspomniane badania z zastosowaniem komórek uzyskanych od chorych psów zakończyły się także otrzymaniem nowych narzędzi do badań w onkologii weterynaryjnej – dwóch psich linii komórkowych: przewlekłej białaczki Bkomórkowej (CLB70) oraz chłoniaka z komórek NK (CNK89). Ze względu na unikalność linii CNK89 będzie ona objęta ochroną patentową. Zastosowanie komórek nowotworowych chłoniaka i białaczki psa w opracowywaniu nowych strategii terapeutycznych – potencjalnie przydatnych zarówno w weterynarii, jak i medycynie człowieka, stało się zaś tematem mojego cyklu habilitacyjnego – wyjaśnia dr Pawlak, która równocześnie z realizacją własnych pomysłów badawczych uczestniczy w realizacji projektów zewnętrznych, wykonując liczne oznaczenia cytotoksycznego działania nowych substancji. Wspólnie z chemikami, w oparciu o wyniki badań cytotoksyczności wybranych grup nowo zsyntetyzowanych laktonów zaplanowała prace, które zaowocowały wytworzeniem nowych substancji chemicznych o potencjalnym zastosowaniu w terapii przeciwnowotworowej. Zostały one objęte ochroną patentową.

Trzecią stypendystką jest dr Magdalena Rakicka-Pustułka z Katedry Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności, która zajmuje się przede wszystkim wykorzystaniem drożdży Yarrowia do produkcji cennych metabolitów o wysokiej wartości dodanej.

– W obszarze moich zainteresowań wyróżnić można waloryzację odpadów pochodzących z różnych gałęzi przemysłu przy udziale dzikich drożdży w komponenty mogące znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym czy w sektorze biopaliw. Ponadto, inżynierię genetyczną szczepów drożdży i rozszerzenie spektrum substratów, wykorzystywanych przez nie jako źródło węgla. Dzikie szczepy drożdży precyzyjnie wyselekcjonowane w kierunku produkcji określonych metabolitów, nadają się idealnie do opracowywania procesów produkcyjnych z ich udziałem w skali laboratoryjnej, półtechnicznej oraz przemysłowej – mówi dr Rakicka-Pustułka. Dynamicznie rozwija się również gałąź modyfikowania szczepów wykorzystując metody inżynierii genetycznej.

– Wprowadzanie w genom Y. lipolytica genów heterologicznych czy nadekspresja natywnych genów tego gatunku drożdży pozwala na usprawnianie ich naturalnych zdolności do biosyntezy metabolitów i na opracowywanie zupełnie nowych procesów opierających się na utylizacji niekonwencjonalnych źródeł węgla, których szczepy dzikie nie potrafią metabolizować.

Dr Magdalena Rakicka-Pustułka opracowała innowacyjną technologię ciągłej produkcji erytrytolu, zerokalorycznej substancji słodzącej przy udziale drożdży z odpadów pochodzących z produkcji biopaliwa. Zagadnienie to było przedmiotem jej rozprawy doktorskiej, którą obroniła z wyróżnieniem, a uzyskane rezultaty zostały opublikowane w renomowanych czasopismach. Zaproponowany proces produkcji tego związku z glicerolu ma bardzo duży potencjał aplikacyjny, dlatego poddano go procedurze patentowej.

– Zaletą ciągłej technologii produkcji jest użycie niemodyfikowanego genetycznie szczepu drożdży, który cechuje się niską biosyntezą produktów ubocznych. Dodatkowo zastosowanie dwustopniowej hodowli ciągłej, pozwoliło na uzyskanie wysokiego stężenia produktu – tłumaczy dr Rakicka-Pustułka. – Dodatkowym aspektem prowadzonych przeze mnie badań jest zwiększenie produkcji lipidów w modyfikowanych genetycznie drożdżach z kladu Yarrowia, z użyciem surowców odpadowych. Tłuszcz mikrobiologiczny jest obecnie obiecującą alternatywą w stosunku do wyczerpujących się pokładów paliw kopalnych. Byłam członkiem zespołu, który opracował metody produkcji tłuszczu wewnątrzkomórkowego z wykorzystaniem glicerolu, melasy czy ksylozy, które pozwalają na znaczne obniżenie kosztów produkcji lipidów. Badania realizowane były w trakcie stażu doktoranckiego pod kierunkiem dr Jean-Marc Nicaud w INRA, Thiverval-Grigno we Francji. Poza badaniami o charakterze aplikacyjnym prowadzę również badania podstawowe dotyczące konstrukcji szczepów zdolnych do rozkładu oligosacharydów występujących w melasie sojowej, wpływu nadekspresji kinazy glicerolowej na produkcję kwasu ketoglutarowego przez drożdże czy produkcji biomasy drożdżowej z surowców ligninocelulozowych.

Kolejnym naukowcem, który otrzymał stypendium ministra nauki i szkolnictwa wyższego jest dr Jarosław Popłoński. W Katedrze Chemii zajmuje się tematami zastosowania biokatalizatorów w modyfikacjach związków organicznych, głównie flawonoidów, jak również otrzymywaniem naturalnych flawonoidów o zwiększonej biodostępności metodami biotechnologicznymi. Swoje badania prowadził w ramach wspólnych projektów badawczych Narodowego Centrum Badawczego.

W 2016 roku dr Popłoński odbył półroczny staż podoktorski na Uniwersytecie w Graz, w którym doskonalił techniki biologii molekularnej i pracy z czystymi enzymami (enzymatyczna karboksylacja). Pozwoliło mu to zmienić spojrzenie na prowadzone badania w kierunku bardziej aplikacyjnym – przemysłowym. Badania prowadzone pod opieką światowej sławy specjalistów z biokatalizy, tj. Wolfganga Kroutila oraz Kurta Fabera, miały na celu opracowanie dynamiczno-kinetycznego rozdziału alkoholi drugorzędowych z udziałem wyłącznie enzymów, co wcześniej nikomu się nie udało: – Kluczowym elementem okazało się być otrzymanie potrójnego mutanta dehydrogenazy z Termoanaerobacter (pseudo)ethanolicus o bardzo niskiej enancjoselektywności – tłumaczy dr Popłoński.

Po powrocie do Polski rozwijał technologię izolowania prenylowanych flawonoidów chmielu z wychmielin – materiału odpadowego po ekstrakcji szyszek chmielu nadkrytycznym CO₂, dla którego nadal nie znaleziono przemysłowego sposobu zagospodarowania. Realizacja w ramach projektu NCN wymagała dużych ilości farmaceutycznie czystego ksantohumolu oraz ekstraktu zawierającego głównie frakcję prenylowanych flawonoidów. Uzyskanie tak dużych ilości związków z materiału biologicznego (ok. 500 kg wychmielin) wymagała instalacji przemysłowych, dlatego część prac zrealizował samodzielnie we Wrocławskim Parku Technologicznym.

– W przerwie między produkcją materiału biologicznego i badaniami na nim, moja uwaga skupiła się na rozwoju możliwości badawczych Katedry Chemii i unowocześnieniu jej warsztatu poprzez wykorzystanie w badaniach rekombinowanych enzymów. Prace te wykonałem dzięki nawiązaniu współpracy z prof. Ronem Weverem z University of Amsterdam, który udostępnił mi plazmidy i ekstrakty komórkowe zawierające rekombinowaną sulfotransferazę z Desulfitob acterium hafniense.

Jednak to nie wszystko. Dalsze badania i rozmowy na konferencjach międzynarodowych zaowocowały nowym tematem badawczym, a mianowicie próbą przemysłowego otrzymywania flawonoidów metodami syntetycznej biologii. Przygotowany wspólnie z partnerami akademickimi i przemysłowymi projekt Horyzont 2020 pt. „Synthetic microbial consortia-based platform for flavonoids production using synthetic biology” uzyskał finansowanie, co pozwoliło dr Popłońskiemu utworzyć nowy Zakład Inżynierii Genetycznej, gdzie obecnie jest kierownikiem. – Badania projektu skupiać się będą na funkcjonalizacji (np. glikozylacji) flawonoidów w mikrobiologicznym konsorcjum zawierającym nowe zdefiniowane szlaki biosyntetyczne odpowiedzialne za produkuje flawonoidów z prostych pożywek. Badania te zakładają kombinatorykę uzyskiwanych szlaków biosyntetycznych i funkcjonalizacyjnych pozwalając na projektowanie, a następnie otrzymywanie dowolnego flawonoidu w bioreaktorze – wyjaśnia dr Popłoński.

Ostatni stypendysta jest pracownikiem Katedry Biochemii i Biologii Molekularnej. Chodzi o Rafała Kolendę, który w swojej pracy naukowej w ostatnich 4 latach skupiał się na zagadnieniach dotyczących mikrobiologii, immunologii, toksykologii i parazytologii.

Salmonella i Escherichia coli są jednymi z głównych patogenów, których źródłem jest zakażona żywność. Adhezja do komórek gospodarza jest jednym z pierwszych, krytycznych etapów w patogenezie chorób wywoływanych przez pałeczki Salmonella i E. coli. Specjalnego znaczenia w tym kontekście nabierają badania, których celem jest wyjaśnienie mechanizmów rządzących tym procesem, co z kolei wymaga z jednej strony poznania adhezyn bakteryjnych, z drugiej swoistych receptorów obecnych na komórkach gospodarza odpowiedzialnych za proces adhezji. Spośród wielu adhezyn wytwarzanych przez pałeczki Salmonella do najlepiej poznanych należą fimbrie typu 1.

– Od 2009 roku biorę udział w badaniach nad rolą polimorfizmu pojedynczych nukleotydów (SNP) w oddziaływaniach wariantów adhezyny FimH fimbrii typu 1 Salmonella enterica z komórkami i glikoproteinami błony śluzowej jelita zwierząt. Badania te dotyczyły głównie 2 receptorów dla FimH – kalretikuliny oraz GP2 – i przyczyniły się do zwiększenia wiedzy na temat adhezji Salmonelli do komórek gospodarza – tłumaczy dr Kolenda. Białko GP2 jest także markerem diagnostycznym nieswoistego zapalenia jelit. – W ostatnich latach współpracowałem z prof. Roggenbuckiem, właścicielem firmy diagnostycznej Medipan. Moim zadaniem było utworzenie linii komórkowych z ekspresją 4 izoform ludzkiego białka GP2, które zostały wykorzystane do badań diagnostycznych surowic pacjentów z nieswoistym zapaleniem jelit (IBD) i pierwotnym stwardniającym zapaleniem dróg żółciowych (PSC). Aktualnie trwają prace nad wprowadzeniem tych linii do sprzedaży komercyjnej.

Z zainteresowaniami dr Kolendy są związane także patogenne E. coli u cieląt: – Dokonałem przeglądu literatury i ekstrakcji danych dotyczących prewalencji genów wirulencji u izolatów E. coli od cieląt zdrowych i z biegunką. Zebrane dane pozwoliły na przeprowadzenie meta-analizy, która umożliwiła określenie jakie geny wirulencji i patotypy E. coli są związane z biegunką u cieląt. Kontynuacją mojej pracy jest współpraca z dr. Bednarskim w badaniach dotyczących enterotoksycznych E. coli u cieląt w Polsce.

Dr Kolenda dużą część swojej pracy w ostatnich latach poświęcił na badaniu patogenności pałeczek Salmonella i E. coli z wykorzystaniem technik omicznych. – Do badań wykorzystywałem 130 izolatów Salmonella enterica i 240 izolatów Escherichia coli. Przy pomocy systemu VideoScan badałem adhezję i/lub inwazję do komórek gospodarza, cytotoksyczność wobec komórek gospodarza, tworzenie biofilmu oraz ekspresję fimbrii typu 1 co pozwoliło mi na określenie fenotypu dla każdego z izolatów. Następnie zsekwencjonowałem genomy 40 izolatów Salmonella i 240 izolatów Escherichia coli oraz RNA wybranych izolatów. Aktualnie skupiam się na analizie danych uzyskanych z sekwencjonowania genomów i RNA.

Na kontynuację tego projektu dr Kolenda uzyskał grant Miniatura 2. Do końca tego roku planuje wykonanie analizy funkcjonalnej wariantów genów dksA i sanA związanych z niskoadhezyjnym i niskooinwazyjnym fenotypem pałeczek S. Enteritidis. 

dg