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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zwanych również białkami zapobiegającymi zamarzaniu. „Te białka są niezwykłe”, wyjaśnia Matthew Gibson, koordynator projektu CRYOMAT, profesor chemii na Uniwersytecie w Warwick(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który odtwarzałby funkcję białek wiążących lód / zapobiegających zamarzaniu, a który jednocześnie nie „wyglądałby” jak białko. Badania były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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”.
