Enzybiotyki skutecznym orężem w walce z infekcjami bakteryjnymi

Oprócz polskiej jednostki w konsorcjum brały udział: Norwegian University of Life Sciences (NMBU) oraz firma TINE SA, największy gracz na norweskim rynku produktów mleczarskich. Zespół z IMDiK PAN skupił się na opracowaniu metod walki z infekcjami bakteryjnymi, wykorzystując do tego enzybiotyki, czyli enzymy, które niszczą bakterie, trawiąc ich ściany komórkowe. Pracę nad nimi poprzedziły badania podstawowe, których celem było poznanie struktury jednego z białek występujących w gronkowcu złocistym.

Osiągnęliśmy nasz cel, a przy tym odkryliśmy, że fragment tego białka ma właściwości antybakteryjne. Tak zaczęła się nasza przygoda z enzybiotykami. Projekt PrevEco jest częścią tej drogi – mówi dr hab. Izabela Sabała z Instytutu Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego Polskiej Akademii Nauk. – Mieliśmy już wstępnie opracowane enzybiotyki przeciwko gronkowcom. Wiedzieliśmy też, jak stworzyć nowe, które działają na inne szkodliwe bakterie. Jednak najważniejsze było dla nas sprawdzenie, jak to działa w praktyce. Chcieliśmy przekuć naszą teoretyczną wiedzę w coś użytecznego i potrzebnego – dodaje.

Nowe środki antybakteryjne – naturalna broń

Temu właśnie służył projekt finansowany z Funduszy Norweskich. Zaproponowano w nim strategię, która zapobiega zakażeniom bakteryjnym oraz je leczy. Opiera się ona na enzybiotykach. Są to enzymy, które trawią ściany komórkowe bakterii, co prowadzi do ich zniszczenia i śmierci. Partnerzy norwescy pracują też nad wykorzystaniem w tym celu bakteriocyn – peptydów produkowanych przez bakterie, które eliminują inne bakterie w tej samej niszy. To naturalna broń, którą bakterie wykorzystują do walki z konkurencją. Obie metody korzystają z substancji pochodzenia naturalnego.

Nasze podejście ma unikalną cechę. Jest nią selektywność działania enzybiotyków. Potrafią one zwalczać tylko konkretne, patogenne bakterie. Nie wpływają przy tym na naturalną mikroflorę. To odróżnia nasze podejście od antybiotykoterapii. Naturalna, zrównoważona mikrobiota jest bardzo ważna dla zdrowia ludzi i zwierząt – podkreśla prof. Izabela Sabała.

Celem projektu było opracowanie innych niż antybiotykowe sposobów zapobiegania zakażeniom bakteryjnym i leczenia ich. Przyczyniłoby się to do ograniczenia stosowania antybiotyków w rolnictwie. Badacze liczą, że z czasem takie podejście może okazać się pomocne także w medycynie, dając efekt ograniczenia oporności na antybiotyki. Wyniki badań są zachęcające.

Opracowaliśmy nowe enzymy i bakteriocyny, które działają na bakterie odpowiedzialne za mastitis u krów mlecznych oraz zakażenia ran. Zbadaliśmy ich działanie i opracowaliśmy metody produkcji. Przetestowaliśmy te substancje w laboratoriach – najpierw in vitro, a następnie na modelach zwierzęcych. Stworzyliśmy wstępne wersje produktów antybakteryjnych do higieny okołoudojowej. Potwierdziliśmy, że są skuteczne w testach polowych. Zbadaliśmy także, jak selektywne usuwanie szkodliwych bakterii wpływa na mikrobiotę – wylicza kierowniczka projektu.

Kiedy jej zespół odkrył swoje pierwsze enzymy antybakteryjne, trzeba było włożyć dużo wysiłku, aby dostosować ich właściwości do konkretnych warunków użycia. To jak „szycie” enzymów na zamówienie. Kolejnym sukcesem było potwierdzenie pozytywnych wyników w testach polowych.

Zakładaliśmy, że zastosowanie enzybiotyków w połączeniu z bakteriocynami pozwoli zapobiegać zakażeniom bakteryjnym u zwierząt i je leczyć, a także że nasze substancje będą skuteczne w usuwaniu szkodliwych bakterii i bezpieczne dla mikrobioty. Jednocześnie zależało nam na tym, żeby ich stosowanie nie wywoływało rozwoju oporności i było bezpieczne dla zwierząt i środowiska. Z badań wynika, że udało nam się to osiągnąć. W przyszłości powinno się to przełożyć na poprawę dobrostanu zwierząt, ograniczenie stosowania antybiotyków i zmniejszenie strat spowodowanych przez mastitis – zapowiada.

Razem można więcej

Przez pierwszy rok realizacji projektu każdy z partnerów miał swoje oddzielne zadania. IMDiK PAN pracował nad nowymi enzymami bakteriolitycznymi, zespół z NMBU badał bakteriocyny, a firma TINE prowadziła rozmowy z producentami mleka i zbierała od nich informacje. Później współpraca została zacieśniona. 

Badaliśmy, jak różne substancje mogą działać razem. Testowaliśmy je in vitro i na modelach zwierzęcych. Oba zespoły analizowały próbki z testów polowych. Dzięki temu mamy jasny obraz działania naszych substancji antybakteryjnych i wiemy, jak ich stosowanie oddziałuje na organizm, szczególnie na mikrobiotę. Wspólny cel pomógł nam połączyć naszą wiedzę i doświadczenia. To prowadziło do efektywnej pracy i uzyskania wyników, których żaden z partnerów nie byłby w stanie osiągnąć samodzielnie – tłumaczy badaczka z IMDiK PAN.

Wykonawcy projektu złożyli już dwa zgłoszenia patentowe i planują dalszą współpracę. Mają wiele nowych pomysłów na przyszłość.

Chcielibyśmy dzięki naszym badaniom przyczynić się do ograniczenia antybiotykooporności, poprawy jakość żywności oraz obniżenia kosztów jest produkcji. Nie mam wątpliwości, że te zmiany będą korzystne dla wszystkich. Wciąż potrzeba dużo wysiłku i dalszych inwestycji, by wprowadzić naszą technologię na rynek. Jednak wierzymy, że to marzenie się spełni – podsumowuje prof. Izabela Sabała.

Projekt PrevEco otrzymał blisko 6,6 mln zł dofinansowania z programu „Badania stosowane” w ramach Norweskiego Mechanizmu Finansowego. Fundusze Norweskie i EOG od lat pozwalają rozwijać międzynarodową współpracę na polu nauki. Realizowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju program „Badania stosowane” ma na celu podniesienie jakości badań stosowanych w naszym kraju poprzez wzmocnienie współpracy naukowo-badawczej między Polską a Norwegią, opartej na partnerstwie między organizacjami badawczymi i przedsiębiorstwami z obu państw.

Do tej pory wsparcie uzyskało 1649 naukowców, którzy dzięki programowi mogli rozwijać swoje badania w takich obszarach, jak: zdrowie, cyfryzacja, klimat i energetyka. Owocem ich pracy jest 710 recenzowanych publikacji naukowych, w tym 189 polsko-norweskich.

MK, źródło: NCBR