Polarna ryba inspiracją dla syntetycznych polimerów, które nie zamarzają
Oceany arktyczne, pomimo panujących przy ich powierzchni ujemnych temperatur, tętnią życiem. Ryby polarne mogą przetrwać w takim środowisku dzięki dostosowaniu się do niego pod różnymi względami, także w wyniku wytwarzania białek wiążących lód, zwanych również białkami zapobiegającymi zamarzaniu. „Te białka są niezwykłe”, wyjaśnia Matthew Gibson, koordynator projektu CRYOMAT, profesor chemii na Uniwersytecie w Warwick. „Udaje im się rozpoznawać lód i związać się z nim, pomimo że są rozpuszczone w wodzie. Tłumią punkt zamarzania krwi, zapobiegając w ten sposób tworzeniu się lodu”. Gibson zauważa, że białka te mają również inną cechę – zdolność hamowania wzrostu już powstałych kryształów lodu. Możliwość powstrzymania ponownej krystalizacji lodu może stanowić początek dla nowych zastosowań, począwszy od możliwości wygładzania mrożonek, a skończywszy na wspomaganiu zamrażania komórek i tkanek dawców. „Wyzwanie polega na tym, że białka wiążące lód są niewiarygodnie zróżnicowane”, mówi badacz. „Aby opracować rozwiązania opłacalne na skalę przemysłową, trzeba wiedzieć, jak działa białko docelowe i czy cały proces jest skalowalny”.
Powielenie funkcji białka
Koncepcja projektu CRYOMAT zrodziła się z chęci opracowania polimeru syntetycznego, który odtwarzałby funkcję białek wiążących lód / zapobiegających zamarzaniu, a który jednocześnie nie „wyglądałby” jak białko. Badania były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Główną zaletą tak obranego toru badań jest to, że syntezę polimerów skaluje się bardzo łatwo i można ją przeprowadzić niewielkim kosztem”, zauważa uczony. „Chcieliśmy pokazać, że syntetyczne polimery mogą naśladować funkcje białek wiążących lód. Chcieliśmy odtworzyć to, co robią, a nie to, jak wyglądają, co było wówczas niespotykaną strategią”. Gibson i jego zespół opracowali i scharakteryzowali liczne polimery o różnych rozmiarach i kształtach, a następnie zbadali ich wpływ na wzrost lodu. „Chcieliśmy mieć pewność, że systematycznie badamy wpływ struktury na funkcję”, dodaje. W ramach projektu odkryto polimer, który ma szansę hamować wzrost lodu. „To naprawdę niespotykane”, mówi Gibson. „Zidentyfikowaliśmy również kilka klas materiałów aktywnych i pokazaliśmy, jakie korzyści mogą płynąć z ich stosowania w krioprezerwacji komórek. Następnie sprawdziliśmy ich działanie w obszarach, w których białka przeciwdziałające zamarzaniu mogłyby sprawdzić się naprawdę, i tam ocenić ich przydatność”.
Potencjał wiązania lodu
Gibson i jego zespół rozpoczęli współpracę z partnerami branżowymi w celu zbadania potencjalnych zastosowań przemysłowych dla swojego wynalazku. Obejmują one opracowanie łańcucha chłodniczego do przechowywania tkanek biologicznych. „Materiały wiążące lód mają ogromny potencjał, choćby w lotnictwie, biotechnologii, medycynie, budownictwie, a nawet w naukach związanych z kosmosem”, wyjaśnia uczony. „Każdy proces zachodzący w niskiej temperaturze musi być odporny na tworzenie się lodu. Jestem niezmiernie ciekaw, jak rozwinie się ta dziedzina”. Gibson i jego zespół zdobyli grant ERBN „Proof of Concept” poświęcony krioprezerwacji komórek macierzystych, która to idea może czerpać z niektórych odkryć projektu. „Świetnie się to rozwinęło”, dodaje. „Złożyliśmy wnioski patentowe w tej dziedzinie i obecnie zakładamy spin-off, który będzie kontynuować pracę”. Gibson zauważa też z niemałą dumą, że studenci i doktoranci, którzy pracowali przy projekcie CRYOMAT, znaleźli zatrudnienie w przemyśle, na uczelniach i placówkach edukacyjnych. „Ten projekt pomógł również i mnie. Nadał rozpędu mojej karierze i umożliwił mi pracę na pograniczu wielu dziedzin”, podsumowuje. „Elastyczność i długoterminowe finansowanie oznaczały, że mogłem poświęcić czas na pewne bardziej ryzykowne obszary badań, które jednak okazały się kluczowe dla zrozumienia tego zjawiska”.
Słowa kluczowe
CRYOMAT, białka, zapobieganie zamarzaniu, poniżej zera, lód, komórki, krioprezerwacja, polimery, biotechnologia
