Jak połączyć enzym bakteriofaga z materiałem, który znamy na co dzień z papieru, opatrunków i opakowań? Naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego zaprojektowali i opatentowali innowacyjne białko CBD_TP84_28_His, łączące dwie funkcje: zdolność niszczenia bakterii oraz trwałego wiązania się z celulozą.
Twórcami wynalazku są naukowcy z Zespołu Katedry Biochemii Molekularnej Wydziału Chemii UG: dr Joanna Żebrowska, dr n. med. Małgorzata Ponikowska i prof. dr. hab. Piotr Skowron, kierownik Zespołu Katedry oraz dr hab. Piotr Mucha.
Rozwiązanie otwiera możliwość tworzenia materiałów, które nie tylko stanowią fizyczną barierę, ale również aktywnie ograniczają obecność bakterii i powstawanie biofilmów.
Technologia może znaleźć zastosowanie, m.in. w nowoczesnych opatrunkach i innych materiałach medycznych, dezynfekcji powierzchni oraz opakowaniach do żywności.
Szczególne znaczenie wynalazku wiąże się z poszukiwaniem nowych metod walki z mikroorganizmami w obliczu narastającej antybiotykooporności. Zamiast uwalniać substancję przeciwdrobnoustrojową do otoczenia, białko może być trwale związane z materiałem i działać bezpośrednio na jego powierzchni.
Działanie białka endolizyny CBD_TP84_28_His
Bakteriofagi to wirusy atakujące bakterie. Pod koniec swojego cyklu życiowego wykorzystują m.in. enzymy nazywane endolizynami, które rozcinają peptydoglikan – podstawowy składnik ściany komórkowej bakterii.
W wynalazku zastosowano endolizynę, która pochodzi z termofilnego bakteriofaga TP-84. Naukowcy połączyli ją z domeną wiążącą celulozę (CBD) pochodzącą z enzymu-celulazy bakterii Clostridium cellulovorans. Domenę CBD można porównać do biologicznego „rzepu”, który pozwala zakotwiczyć aktywne białko na materiale zawierającym celulozę. Powstało w ten sposób białko fuzyjne, którego jedna część odpowiada za działanie przeciwbakteryjne, a druga na trwałe związanie z powierzchnią celulozową.
Technologię można zatem traktować jako biologiczną metodę tworzenia aktywnych powierzchni antybakteryjnych. Materiał nie musi być jedynie bierną barierą – może zostać wyposażony w enzym oddziałujący z bakteriami znajdującymi się na jego powierzchni.
Co jest innowacyjnego w tym rozwiązaniu?
Jedną z ważnych cech CBD_TP84_28_His jest wysoka termostabilność. Temperatura topnienia białka wynosi około 73°C, co może mieć znaczenie podczas produkcji, przechowywania i użytkowania materiałów zawierających aktywny enzym.
Drugą istotną właściwością jest przeciwdziałanie tworzeniu bakteryjnego biofilmu. Biofilmy powstają m.in. na powierzchniach i materiałach medycznych oraz instalacjach przemysłowych i są znacznie trudniejsze do usunięcia niż pojedyncze komórki bakteryjne.
W badaniach CBD_endolizyna skutecznie ograniczała tworzenie biofilmu. Szczególnie silny efekt zaobserwowano wobec zaobserwowano wobec kluczowych patogenów szpitalnych, w tym biofilmów formowanych przez szczepy odpowiedzialne za zakażenia oportunistyczne oraz powszechne zatrucia pokarmowe.
Zastosowanie
Jednym z najbardziej naturalnych kierunków są:
- opatrunki nowej generacji (celuloza jest powszechnie wykorzystywana w materiałach opatrunkowych).
- tworzenie aktywnych powierzchni i biomateriałów medycznych ograniczających rozwój bakterii i biofilmów
- opakowania do żywności, w których materiał celulozowy mógłby pełnić jednocześnie funkcję mechaniczną i przeciwdrobnoustrojową.
Grafika wygenerowana we współpracy z AI
Dla użytkownika końcowego oznacza to perspektywę powstania materiałów, które dzięki związaniu aktywnego enzymu z powierzchnią celulozową mogą miejscowo ograniczać rozwój bakterii bez konieczności uwalniania klasycznej substancji przeciwdrobnoustrojowej do otoczenia.
Czy rozwiązanie może zastąpić antybiotyki?
Wynalazek stanowi alternatywną strategię przeciwdrobnoustrojową do ochrony powierzchni zawierających celulozę, w tym żywności – warzyw i owoców, z racji pełnej biodegradowalności do aminokwasów, stanowiących produkty trawienia żywności przez człowieka i zwierzęta. Nie jest ono jednak odpowiednikiem antybiotyku przeznaczonego do ogólnoustrojowego leczenia zakażeń.
W przypadku CBD_TP84_28_His dodatkową zaletą jest możliwość unieruchomienia aktywnego enzymu na powierzchni materiału, dzięki czemu może on działać miejscowo.
W obliczu narastającej antybiotykooporności takie rozwiązania są szczególnie interesujące, ponieważ poszerzają arsenał metod zwalczania bakterii poza klasyczne antybiotyki.
Proces ochrony własności patentowej koordynowali specjaliści z Centrum Transferu Technologii UG.
