Science-fiction w laboratorium

Antarktyczne bakterie

Studenci Wydziału Ogrodnictwa, Biotechnologii i Architektury Krajobrazurealizują swoje projekty dyplomowe w innych niż WOBiAK instytutach badawczych. Praktyka ta uczy ich samodzielności i pokazuje im różne drogi, metody prowadzenia badań. Mikołaj wybrał Zakład Bioinżynierii Instytutu Biotechnologii i Antybiotyków w Warszawie, by w ramach swojej pracy magisterskiej zająć się bakteriami zamieszkującymi Antarktykę. 

Bakterie czekały na niego ponad kilkanaście lat! Do Polski trafiły w 1995 roku, przywiezione przez naukowców przebywających na stacji badawczej na Wyspie Króla Jerzego w archipelagu Południowych Szetlandów.Wydawały się bardzo obiecującym materiałem do badań, bo już samo to, że potrafią wytrzymać niskie temperatury i wysokie zasolenie, świadczy o ich specjalnych umiejętnościach. 

Jak to się stało, że przetrwały ten czas i doczekały momentu, w którym ktoś postanowił je zbadać? Wszystko dzięki technice. Z Antarktyki przywieziono je zliofilizowane, czyli zamrożone, a następnie wysuszone (z pominięciem etapu rozmrażania). Tak utrwalone i umieszczone w próżniowo zamkniętych próbkach mogły przetrwać w niezmienionym stanie dziesięciolecia.

Budzenie

Na Mikołaja czekało zadanie brzmiące jak z powieści science-fiction: „Miałem otworzyć te probówki i spróbować ożywić bakterie. A jeśli mi się to uda, to zobaczyć, czy mają plazmidy – typowe dla bakterii (chociaż u innych organizmów też występują) koliste cząsteczki DNA”. Plazmidy nie są bakteriom konieczne do życia, ale bardzo je ułatwiają – to w nich są zapisane wszystkie niezwykłe umiejętności. Co więcej, bakterie mogą się tymi plazmidami wymieniać – stąd bierze się ich oporność na antybiotyki. Skoro pojedyncze osobniki wymieniają się informacją o tym, jak radzić sobie z lekami, to ta wiedza przechodzi z jednego na drugi i zatacza coraz większe kręgi.

Ożywianie liofilizatów było dosyć proste. „Dostałem szklane rurki zamknięte z obu stron, w środku były bakterie. Rurkę trzeba było otworzyć – najpierw ogrzewałem ją nad palnikiem, potem polewałem zimną wodą, rurka pękała i już. Wszystko działo się w komorze laminarnej, czyli warunkach sterylnych. Zawartość trzeba było zalać roztworem soli o temperaturze pokojowej. Następnie wszystko wylałem na szalkę Petriego z pożywką mikrobiologiczną o wyższej zawartości soli, rozprowadziłem na całej powierzchni, zamknąłem i włożyłem do lodówki, żeby bakterie wyrosły. Udało się, wyizolowałem plazmidy i poznałem ich sekwencję” – opowiada Mikołaj. 

Następnie rozpoczęła się żmudna praca szukania podobnych plazmidów – bo jeśli dwie sekwencje DNA są do siebie podobne, to prawdopodobnie mają też podobne właściwości, kodują białka o podobnych funkcjach. „Tym razem okazało się jednak, że nasze bakterie są podobne do niczego. Przeprowadziłem więc symulację komputerową, by sprawdzić, jakie białka mogą powstawać z tzw. otwartych ramek odczytu. Innymi słowy: jakie białka są teoretycznie zakodowane na takim plazmidzie. Bo jeżeli hipotetycznie tam są, to można je porównać do innych, już znanych, i znaleźć między nimi podobieństwa.  Tym razem trafiliśmy na trop i podobieństwa, ale… okazało się, że te podobne białka mają funkcję, której nikt jeszcze nie poznał. Jedyne, co nam pozostało, to zgłoszenie tej sekwencji do banku genów”. W IBA toczą się dalsze badania nad tymi bakteriami i plazmidami. Kto wie, może wkrótce uda się odczytać z nich więcej. 

Pożytki z niepewności

Pozornie więc niewiele się w nauce wydarzyło, ale – jak zapewnia Mikołaj – takimi eksperymentami nauka stoi. Jeśli na plazmidach antarktycznych bakterii udałoby się znaleźć informację, że dzięki nim bakterie posiadają cechy pomagające im przeżyć w trudnych warunkach, to można by je wyizolować lub skopiować i wykorzystać dalej w biotechnologii:

„Z bakterii zimnolubnych otrzymuje się enzymy, które można zastosować potem w substancjach ułatwiających codzienne życie. Ponieważ działają w niskich temperaturach, stanowią ważny składnik proszków do prania delikatnych tkanin i płynów do czyszczenia szkieł kontaktowych. Używa się ich także w laboratoriach, gdy trzeba zastopować reakcje w określonym momencie – by przestały działać, wystarczy je po prostu podgrzać.

Z kolei odporność bakterii na wysokie zasolenie może się przydać przy oczyszczaniu ścieków. Wiemy, że istnieją bakterie, które mogłyby oczyszczać ścieki, bo rozkładają związki organiczne. Niestety, wysokie zasolenie im przeszkadza. Gdyby okazało się, że tolerowanie słonego odczynu to cecha zakodowana na plazmidzie, to można by spróbować stworzyć bakterię, która z jednej strony dobrze się czuje, rozkładając związki organiczne, a z drugiej – poradzi sobie ze środowiskiem.” 

Ciekawość nauki zaprowadziła Mikołaja Fedorowicza do Centrum Nauki Kopernik, potem do laboratorium kryminalistycznego, wreszcie znalazł przystań w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN, gdzie w ramach studiów doktoranckich bada białka – polimerazy TLS. Właśnie o nich opowiadał podczas FameLabu – konkursu, w którym naukowcy przez trzy minuty z pasją i zacięciem opowiadają o swojej pracy badawczej. Występ, który zapewnił mu drugie miejsce w tym prestiżowym konkursie, można zobaczyć tutaj.