Antybiotykooporność stanowi jedno z największych współczesnych zagrożeń dla zdrowia ludzi i wg. Urzędu ds. Gotowości i Reagowania na Stany Zagrożenia Zdrowia, problem ten wymaga koordynacji medycznych środków przeciwdziałania na szczeblu UE, bo leczenie zakażeń bakteryjnych staje się coraz mniej skuteczne. Zespół dr hab. inż. Aleksandry Królickiej, prof. UG z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii UG i GUMed pracuje nad opracowaniem skutecznej metody zwalczania drobnoustrojów opornych na antybiotyki.

Wg raportu Europejskiego Centrum Kontroli Chorób z roku 2022 r.  w Europie  notuje się 33 tyś. zgonów/rok spowodowanych infekcjami wywołanymi bakteryjnymi szczepami opornymi na antybiotyki. WHO szacuje, że do 2050 r. liczba zgonów na całym świecie z powodu zakażeń bakteryjnych wzrośnie do 10 milionów. Wysokie koszty związane z antybiotykoopornością bakterii, które sięgają w UE nawet 1,5 miliardów euro rocznie są dodatkowym problemem. A zatem poszukiwanie alternatywnych metod zwalczania infekcji bakteryjnych jest naglące. Jednym z kierunków są poszukiwania rozwiązań terapeutycznych opartych o związki naturalne (metabolity wtórne), o aktywności biologicznej. Dodatkowo substancje pochodzenia roślinnego mogą być wykorzystane jako naturalne środki konserwujące kosmetyki. Szacuje się, że do 2025 roku wartość rynku samych tylko ekstraktów roślinnych może osiągnąć ponad 50 miliardów dolarów (Plant Extracts Market by Type – Global Forecast to 2025, 2019).

Zespół naukowców z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii, kierowany przez dr hab. inż. Aleksandrę Królicką, prof. UG, w składzie dr Marta Krychowiak-Maśnicka, dr inż. Agata Woźniak-Pawlikowska oraz mgr Michał Rzeszotarski pracował, w ramach projektu finansowanego z funduszy Inkubatora Innowacyjności 4.0, nad Optymalizacją powiększania skali wytwarzania metabolitów wtórnych o aktywnościach przeciwdrobnoustrojowych w bioreaktorach zalewowych Plantform przez rośliny z gatunku Drosera gigantea do zastosowania w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym.

Drosera gigantea jest gatunkiem rośliny owadożernej z rodziny Droseraceae (rosiczkowate). Ma zdolność do akumulacji znacznych ilości metabolitów wtórnych, tj. drobnocząsteczkowych związków stanowiących produkty metabolizmu wtórnego roślin. Badania naukowców z UG, wpisują się w trend poszukiwania alternatywnych metod zwalczania infekcji bakteryjnych ze względu na fakt, że kompozycje metabolitów wtórnych zawartych w tkankach roślinnych powodują, iż bakterie są na nie wrażliwe i trudniej nabywają na nie oporność. Ziele rosiczek (Drosera sp.), stanowiące bogate źródło związków biologicznie czynnych, od wieków znajdowały zastosowanie w medycynie ludowej, a dziś potencjalnie można wykorzystywać je do produkcji leków, czy kosmetyków. Ze względu na ochronę gatunkową pozyskiwanie biomasy roślin owadożernych na większą skalę możliwe jest wyłącznie z wykorzystaniem kultur in vitro pozwalających na namnażanie roślin bez ingerencji w środowisko naturalne. Dodatkowo stosując elicytację abiotyczna i biotyczną można podwyższyć poziom metabolitów wtórnych w tkankach roślinnych w kulturach in vitro. Z kolei hodowla roślin w bioreaktorach pozwala na zwiększanie uzyskanej masy roślinnej, a tym samym produktywności.

Docelowo metabolity wtórne zawarte w tkankach D. gigantea posłużą do zwalczania drobnoustrojów opornych na antybiotyki. Na podstawie wcześniejszych badań prowadzonych przez zespół w Zakładzie Badania Związków Biologicznie Czynnych (ZBZBC) na MWB UG i GUMed stanowiących podstawę zgłoszeń patentowych z 2020 roku (nr P.436541, WIPO ST 10/C PL436541) i 2021 roku (nr P.437776, WIPO ST 10/C PL437776 oraz nr P.437775, WIPO ST 10/C PL437775) wiadomo, że metabolity wtórne z tkanek D. gigantea wykazują unikatowe właściwości ze względu na wysoki potencjał przeciwdrobnoustrojowy i jednocześnie brak toksyczności wobec organizmów modelowych (Caenorhabditis elegans i myszy BALB/c).

Projekt zespołu dr hab. inż. Aleksandry Królickiej, prof. UG realizowany był w celu optymalizacji procesu pozyskiwania związków o właściwościach przeciwbakteryjnych syntetyzowanych w tkankach rosiczki D. gigantea w warunkach kultur in vitro poprzez: A) zastosowanie elicytacji abiotycznej i biotycznej w celu podwyższenia poziomu aktywnych metabolitów wtórnych oraz B) optymalizacji hodowli kultur D. gigantea w bioreaktorach okresowo-zalewowych Plantform w celu zwiększenia produktywności pozyskiwanych związków biologicznie czynnych. Tkanki roślinne po hodowli były poddawane ekstrakcji i oczyszczaniu ze związków toksycznych. Unikatowość kompozycji biologicznie czynnych metabolitów – Drosera gigantea wynika ze znanej kompozycji ekstraktu, braku toksyczności dla komórek eukariotycznych., aktywności przeciwdrobnoustrojowej, hodowli w bioreaktorze. Kompozycje biologicznie aktywnych metabolitów wtórnych lub czyste związki o aktywności biologicznej mogą znaleźć zastosowanie w produkcji wyrobów weterynaryjnych i medycznych np. opatrunków, aerozoli i maści stosowanych w leczeniu infekcji ran oparzeniowych, ran pooperacyjnych, ran w zespole stopy cukrzycowej, ran odleżynowych lub też w produktach kosmetycznych. Uzyskane w ramach realizacji projektu rezultaty pozwoliły ustalić optymalny skład pożywki do hodowli roślin oraz optymalne warunki i czas hodowli w bioreaktorze okresowo-zalewowym pozwalające uzyskać dużą ilość biomasy roślinnej zawierającej wysoki poziom metabolitów wtórnych o właściwościach przeciwbakteryjnych. Wyniki badań wskazują na ogromny potencjał oczyszczonej frakcji z tkanek D. gigantea do zwalczania bakteryjnych patogenów człowieka. Założenie projektu sfinansowanego ze środków Inkubatora Innowacyjności 4.0 zostały zrealizowane w całości.