Niewidoczne gołym okiem mikroorganizmy i mikrostruktury odgrywają znaczącą rolę w kształtowaniu wielu aspektów naszego makroświata – przekonują naukowcy z Konsorcjum Akademickiego – Katowice Miasto Nauki. Tydzień Mikroświata jest dwudziestym ósmym spośród 50 Tygodni w Mieście Nauki.

Niewidoczne gołym okiem mikroorganizmy i mikrostruktury odgrywają znaczącą rolę w kształtowaniu wielu aspektów naszego makroświata – przekonują naukowcy z Konsorcjum Akademickiego – Katowice Miasto Nauki. Tydzień Mikroświata jest dwudziestym ósmym spośród 50 Tygodni w Mieście Nauki.

– Mówiąc o mikroskali myślimy przede wszystkim o mikroorganizmach, które choć niewidoczne dla ludzkiego oka, odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu środowiska, wspomagając procesy rozkładu materii organicznej czy obiegu pierwiastków, a także jako mikrobiota człowieka są nieodzownie związane m.in. z jego samopoczuciem. Chociaż mikroorganizmy są często kojarzone z chorobami, stanowią one istotny element biosfery, którego niesamowity potencjał wykorzystują naukowcy śląskich uczelni. Rolnictwo, ochrona środowiska, bioinżynieria, biotechnologia i medycyna to tylko niektóre z dziedzin, w których mikroorganizmy odgrywają niezastąpioną rolę – podkreślają dr hab. inż. Anna Gnida i dr Justyna Michalska z Politechniki Śląskiej, kuratorki Tygodnia Mikroświata.

Bakterie mogą poskromić azot i antybiotyki

Naukowcy wykorzystują mikroorganizmy m.in. w dziedzinie biotechnologii środowiskowej. Zgłębianiem wiedzy na temat ekologii mikroorganizmów odpowiedzialnych za przemiany związków azotu w systemach oczyszczania ścieków zajmuje się prof. Aleksandra Ziembińska-Buczyńska z Katedry Biotechnologii Środowiskowej na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej.

Naukowczyni szczególną uwagę poświęca bakteriom anammox (ang. anaerobic ammonium oxidation), które dla badaczy są niezwykle ciekawym ogniwem przemian azotowych, zarówno z technologicznego, jak i mikrobiologicznego punktu widzenia. – Są mikrobiologicznie ciekawe, ponieważ mają odmienną od typowo bakteryjnej budowę komórki. A proces, który prowadzą, nie wymaga napowietrzania i dodatkowych substancji odżywczych, jak to jest w przypadku standardowych procesów usuwania azotu ze ścieków. Pozwala więc na duże oszczędności technologiczne w oczyszczalniach ścieków – tłumaczy.

W ostatnich badaniach, wraz ze swoim zespołem, naukowczyni pod lupę wzięła mikrobiologiczną i genetyczną odpowiedź biomasy anammox na szeroki zakres stężeń różnych antybiotyków. Proces anammox ma bowiem potencjał do oczyszczania ścieków zawierających antybiotyki.

– Wyniki tych badań, których głównym wykonawcą był dr inż. Filip Gamoń (obecnie Politechnika Gdańska), mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia mechanizmów działania trzech powszechnie występujących w ściekach antybiotyków na konsorcja bakteryjne biorące udział  w procesie anammox. Co więcej, mogą być użyteczne w tworzeniu konkretnych wytycznych dla wykorzystania tego procesu w oczyszczalniach ścieków – podkreśla badaczka.

Bakterie alternatywą dla środków chemicznych

Bakterie endofityczne to takie, które naturalnie zasiedlają rośliny, kolonizując ich wnętrze, jednak nie powodując u nich niekorzystnych zmian czy objawów chorobowych.

– Poprzez wiele mechanizmów obejmujących m.in. konkurencję o przestrzeń życiową i składniki pokarmowe, produkcję enzymów degradujących ściany komórkowe patogenów czy produkcję antybiotyków wykazują one antagonistyczne oddziaływania wobec fitopatogenów. Dlatego też mikroorganizmy te mogą pełnić istotną rolę w procesach biologicznej ochrony roślin – tłumaczy liderka projektu dr hab. Katarzyna Hupert-Kocurek, prof. UŚ z Instytutu Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego.

Wspólnie z dr Bożeną Nowak, koncentrują swoje badania na poznaniu i zrozumieniu mechanizmów leżących u podstaw antagonistycznych oddziaływań endofit-patogen na poziomie molekularnym. Wyniki tych badań mogą przyczynić się do opracowania biologicznych środków ochrony roślin.

Bakterie endofityczne mogą także wspomagać rośliny w procesie oczyszczania gleby z zanieczyszczeń ropopochodnych.

Bakterie na rzecz biologicznych szczepionek

Ponadto, bakterie endofityczne wytwarzają tzw. pęcherzyki zewnątrzbłonowe (ang. OMV – outer membrane vesicles) – wskazują badania prowadzone przez dr Małgorzatę Pawlik i dr Magdalenę Noszczyńską – mikrobiolożki z zespołu prof. Zofii Piotrowskiej-Seget z Instytutu Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego.

Te struktury pełnią rolę posłańców z określonym ładunkiem cargo np. substancjami stymulującymi wzrost rośliny albo zawierającymi wzorce molekularne, które są rozpoznawane przez roślinne receptory i które uruchamiają mechanizmy prowadzące do wytworzenia odporności roślin na patogeny.

Właśnie ta rola pęcherzyków najbardziej interesuje badaczki. – Wykorzystując mechanizm działania OMV można bowiem stymulować roślinę do wzrostu lub dostarczyć jej narzędzi do obrony przed patogenami. W związku z tym dostrzegamy możliwość wykorzystania OMV jako platformy do produkcji biologicznych szczepionek dla roślin – tłumaczą dr Małgorzata Pawlik i dr Magdalena Noszczyńska.

W poszukiwaniu nowych leków przeciwnowotworowych

Mikroświat to nie tylko mikroorganizmy, to także komórki ludzkiego organizmu. Badaniem komórek nowotworowych, testowaniem skuteczności różnych substancji w ich zwalczaniu oraz opracowywaniem zaawansowanych strategii terapeutycznych zajmuje się dr Katarzyna Malarz, prof. UŚ z zespołu dr hab. Anny Mrozek-Wilczkiewicz, prof. UŚ/PŚ, z Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego na Wydziale Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego oraz z Politechniki Śląskiej.

Dr Katarzyna Malarz, prof. UŚ zajmuje się badaniem aktywności antyproliferacyjnej i mechanizmu działania małocząsteczkowych związków opartych na szkielecie chinazoliny oraz nanomateriałów fulerenowych syntezowanych w Instytucie Chemii UŚ. Fulereny to jedna z postaci alotropowych czystego węgla, występującego w formie cząsteczkowej. Uzyskane dotychczas przez zespół wyniki dają nadzieję na opracowanie nowych leków przeciwnowotworowych skoncentrowanych na wielocelowym działaniu.

– Mówiąc najprościej, celem naszych badań jest znalezienie związków, które działają selektywnie, tzn. zabiją komórki nowotworowe przy jednoczesnym oszczędzeniu komórek zdrowych – tłumaczy naukowczyni. I dodaje: - Związki, które są obiektem naszego zainteresowania działają w dużej mierze jako inhibitory kinaz tyrozynowych. Innymi słowy, hamują aktywację cząsteczek odpowiedzialnych za wzrost, proliferację komórek nowotworowych, a także ich przerzutowanie.

Dr Katarzyna Malarz podkreśla, że prowadzone przez zespół dr hab. Anny Mrozek-Wilczkiewicz, prof. UŚ/PŚ badania nad nanomateriałami fulerenowymi w kontekście inhibicji kinaz tyrozynowych mają charakter pionierski i stanowią pierwszy tego typu projekt na świecie. – Otrzymane wyniki mogą się przyczynić do opracowania nowych farmaceutyków, które pomogą w leczeniu różnych nowotworów, w tym glejaka, jelita grubego, trzustki czy chłoniaka - niezwykle złośliwych i trudnych w leczeniu. Dodatkową przewagą jest wielocelowe działanie badanych związków, które pozwala zaatakować nowotwór z kilku stron i czyni leczenie bardziej skutecznym – tłumaczy badaczka.

Autorka: Agnieszka Kliks-Pudlik

Pełny program Tygodnia Mikroświata znajduje się na stronie wydarzenia.