Węch i mikrobiom, czyli Sonata 16 i dwa granty na UPWr

Projekt dr Anny Matczuk zdobył 1 315 988 złotych finansowania, a realizowany będzie przez konsorcjum, w skład którego wchodzą Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu i Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Naukowczyni z Zakładu Mikrobiologii na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej UPWr w projekcie pod tytułem „Jak pachnie zakażenie wirusowe? Analiza lotnych związków organicznych oraz możliwości ich detekcji na modelach linii komórkowych oraz modelach mysich”, sprawdzi, jakie zapachy – lotne związki organiczne powstają w wyniku zakażenia wirusowego.

– To te związki odpowiadają za specyficzny zapach danej substancji. Wdychane z powietrzem przez nos do opuszki węchowej reagują z receptorami w błonie nabłonka węchowego. Już w starożytności lekarze na podstawie zapachu diagnozowali niektóre choroby. Współczesna nauka daje nam narzędzia, dzięki którym możemy sprawdzić, jakie dokładnie lotne związki organiczne powstają w procesach chorobowych u ludzi i zwierząt – tłumaczy dr Anna Matczuk.

Naukowcy do badań zapachów wydzielanych przez ludzi zakażonych bakteriami lub objętych procesem nowotworowym wykorzystują chromatografię gazową sprzężoną ze spektrometrią mas. Wciąż jednak niewiele wiadomo o tym, jak pachną osoby lub zwierzęta z zakażeniem wirusowym.

– I tu impulsem badawczym okazała się pandemia COVID-19, która niejako wymusiła poszukiwanie szybkich metod diagnostycznych. Jedną z nich jest wykorzystywanie do rozpoznawania ludzi zakażonych SARS-CoV-2 specjalnie wyszkolonych psów – mówi dr Matczuk i przypomina, że psy mają 40-krotnie czulszy zmysł węchu niż ludzie i z powodzeniem wykorzystywane są do detekcji śladowych ilości narkotyków, materiałów wybuchowych lub nowotworów.

Jak tłumaczy wirusolog z UPWr, wirusy jako cząstki nieożywione nie posiadają swojego metabolizmu, a zapach powstały w trakcie infekcji pochodzi od zmian w metaboliźmie zakażonych komórek lub organizmu. Badania naukowców zaangażowanych w projekt najpierw będą przeprowadzone na modelach hodowli komórkowych, a następnie na modelu mysim, dzięki czemu uniknie się wielu czynników zmiennych, mogących wpływać na produkcję i detekcję zapachów jak dieta, palenie czy używane kosmetyki. Hodowle komórkowe będą zakażane wirusami zwierzęcymi niepatogennymi dla ludzi, należącymi do różnych rodzin wirusów, cechujących się różnym rodzajem replikacji. Za pomocą chromatografii gazowej sprawdzone zostanie, jakie lotne związki organiczne są produkowane na różnych etapach zakażenia wirusowego wywołanego przez różne wirusy.

Psy zostaną poddane treningowi węchowemu, a dokładniej – wyszkolone na detekcję jednego z wirusów. Podczas testów naukowcy sprawdzą, jaka jest czułość i specyficzność detekcji psami, czy są one w stanie odróżnić różne szczepy wirusowe tego samego gatunku dające różne objawy u myszy, wirusy dające te same objawy, oraz zwierzę chore od szczepionego.

– A na modelu mysim sprawdzimy, jakie lotne związki organiczne powstają u myszy zakażonych różnymi wirusami dającymi objawy ze strony układu oddechowego oraz pokarmowego. Kontrole będą stanowiły zapachy uwalniane podczas infekcji bakteryjnych oraz u myszy szczepionych inaktywowanym wirusem oddechowym. Kolejnym etapem badań będzie natomiast sprawdzenie czułości i specyficzności detekcji chorób wirusowych przez trenowane psy – zapowiada dr Anna Matczuk.

Psy zostaną poddane treningowi węchowemu, a dokładniej – wyszkolone na detekcję jednego z wirusów. Podczas testów naukowcy sprawdzą, jaka jest czułość i specyficzność detekcji psami, czy są one w stanie odróżnić różne szczepy wirusowe tego samego gatunku dające różne objawy u myszy, wirusy dające te same objawy, oraz zwierzę chore od szczepionego. Badania zostaną wykorzystane do stworzenia bibliotek zapachowych, które będą wykorzystywane w klinicznej chromatografii gazowej oraz do ulepszania urządzeń typu elektroniczne nosy. Pomogą też zrozumieć mechanizmy detekcji chorób wirusowych oraz czułość i specyficzność takich metod w kontrolowanym badaniu na układach modelowych.

Należy wspomnieć, że w tym interdyscyplinarnym projekcie dużą rolę odgrywa doświadczenie zespołu badawczego. Profesor Antoni Szumny z Katedry Chemii, Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności jest ekspertem z zakresu chromatografii gazowej lotnych związków organicznych, profesor Michał Dzięcioł z Katedry Rozrodu, Wydziału Medycyny Weterynaryjnej to ekspert z zakresu feromonów i detekcji zapachowej u psów, natomiast dr Agata Kokocińska-Kusiak ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego to doświadczony etolog, behawiorysta psów i trener zwierząt.

Projekt realizowany przez dr inż. Sabinę Lachowicz-Wiśniewską, która zdobyła z programu Sonata 16 968 203 zł, też dotyczy zdrowia, a dokładniej – żywności funkcjonalnej i jej znaczenia dla utrzymania stanu eubiozy mikroflory jelitowej, czyli równowagi ekosystemu drobnoustrojów jelitowych.

Jak przypomina dr Lachowicz-Wiśniewska, w ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie naturalnymi źródłami substancji bioaktywnych oraz produktami spożywczymi, które oprócz dostarczania składników odżywczych, wykazują także wysoką wartość prozdrowotną i symbiotyczną wpływając korzystanie na mikrobiom człowieka. Mowa tu o żywności funkcjonalnej, która reguluje i modyfikuje fizjologiczne i metaboliczne procesy w organizmie, ale też stosowana jest w profilaktyce chorób cywilizacyjnych, jak np. miażdżyca, cukrzyca czy nadciśnienie tętnicze. Liczne badania naukowe wskazują na występowanie silnej, dodatniej korelacji pomiędzy wpływem spożywanych produktów szczególnie bogatych w związki polifenolowe, czy probiotyki, a stanem zdrowia organizmu i samopoczucia człowieka, co daje podstawy do zgłębienia tej problematyki badawczej w obrębie dyscypliny technologia żywności i żywienia. Związki prozdrowotne, stanowiące głównie wtórne metabolity roślinne wykazują silne właściwości antyoksydacyjne chroniąc organizm przed stresem oksydacyjnym wywołanym nadmierną produkcją reaktywnych form tlenu, które nie zostały wyeliminowane z organizmu przez naturalne mechanizmy naprawcze.

– Mówiąc prościej, mikroorganizmy probiotyczne, w tym psychobiotyki utrzymują naszą mikroflorę jelitową w prawidłowym stanie, co z kolei wzmacnia nasz układ immunologiczny, działa przeciwnowotworowo, hamuje wzrost patogenów i wpływa na nasze samopoczucie – mówi dr Sabina Lachowicz-Wiśniewska z Katedry Technologii Fermentacji i Zbóż, dodając, że czynniki środowiskowe czy procesy technologiczne prowadzą do obniżenia przeżywalności mikroorganizmów oraz biodostępności i bioprzyswajalności związków fitochemicznych w organizmie. Dlatego naukowcy szukają metod, które chroniłyby związki bioaktywne oraz zabezpieczały mikroorganizmy probiotyczne, w tym psychobiotyki.

– Taką techniką wydaje się być enkapsulacja, która pozwoli na otrzymanie synbiotyków wzbogaconych w związki polifenolowe. Badania potwierdzają jej skuteczność, ale mamy niewiele informacji na temat otrzymywania kapsułkowanych synbiotyków fortyfikowanych związkami bioaktywnymi o kontrolowanej biodostępności i bioprzyswajalności. Nie znamy też dokładnie mechanizmu interakcji pomiędzy składnikami synbiotyków, a enzymami trawiennymi – tłumaczy dr Lachowicz-Wiśniewska, dodając, że równie istotne jest określenie trwałości przechowalniczej i przydatności do otrzymywania nowych modelowych synbiotycznych produktów zbożowych.

Projekt, na który zdobyła finansowanie, zakłada, że kapsułkowanie mikroorganizmów probiotycznych, w tym psychobiotyków, ze związkami bioaktywnymi da synbiotyki o wysokiej wartości prozdrowotnej, stabilności polifenoli oraz przeżywalności mikroorganizmów, a tym samym będzie można je wykorzystać do obniżenia patologicznych zmian wywołanych nieprawidłową dietą i długotrwałym stresem.

– Kapsułkowanie umożliwia kontrolowane uwalnianie w procesie trawienia mikroorganizmów probiotycznych w tym psychobiotyków, jak i biodostępność i bioprzyswajalność związków polifenolowych. Dlatego ich ocena przeprowadzana podczas symulowanego trawienia w układzie in vitro jest bardzo istotna. Otrzymana nowa modelowa żywność synbiotyczna jako element codziennej diety może być skuteczna w profilaktyce przewlekłych stanów zapalnych i depresji, bo wiemy już, że zaburzenia mikroflory jelitowej mają niebagatelny wpływ na zaburzenia psychiczne na czele z depresją – mówi dr Sabina Lachowicz-Wiśniewska, dodając, że jej badania –nowatorskie i innowacyjne – modelowych produktów synbiotycznych przyczynią się do rozwoju produktów zbożowych.

kbk