Relacja z projektu SKNB Fun LAB, a także wycieczki integracyjnej na str. 13 i 15

Transkrypt

1

2 Relacja z projektu SKNB Fun LAB, a także wycieczki integracyjnej na str. 13 i 15

3 Bio Czerwiec /(II)/2012 K W A R T A L N I K S K N B - STU D E N C K I E G O K O Ł A N A U K O W E G O B I O T E C H N O L O G Ó W W tym numerze: Wywiady, autografy... Wywiad z dr inż. Andrzejem Skibińskim 2 Ścieżki wiedzy: Zobaczyć niewidoczne, czyli o metodzie fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ Anammox- czyli co wspólnego ma oczyszczanie ścieków z rakietami kosmicznymi? Fagoterapia 8 Jak tworzyć własne białka? Nowe perspektywy dla biotechnologii. Inżynieria tkankowa 10 Polish your english Modified phages: Novel antimicrobial agents to combat infectious diseases Identification of Microorganisms Using the Ribosomal RNA Approach and Fluorescent In Situ Hybridization Od redakcji Drodzy Czytelnicy! Powoli zbliża się koniec kolejnego roku akademickiego. W przed sesyjnym szale zaliczeniowym, w przerwie między nauką do kolejnych kolokwiów zachęcam do lektury naszego nowego numeru Bioletynu. Czerwcowe wydanie obfituje w ciekawe artykuły o przystępnej tematyce naukowej. Możecie także przeczytać wywiad z jedną z najbardziej charakterystycznych i osobliwych postaci na biotechnologii Panem Doktorem Andrzejem Skibińskim. Ponadto, jak zwykle macie możliwość wykazania się przy rozwiązywaniu łamigłówek, nagrody czekają! Ze swojej strony życzę wszystkim Czytelnikom zakończenia - z sukcesem rzecz jasna -zbliżającej się sesji, a także wspaniałych, pełnych słońca i dobrej zabawy wakacji Monika Nowrotek Redaktor naczelna u ABC życia studenckiego W laboratorium też może być FUN, czyli projekt Studenckiego Koła Naukowego Biotechnologów 13 FunLab 4 kilo trotylu, czyli mieszanka wybuchowa Bycie w połowie bananem podcina skrzydła 14 Relacje, sprawozdania Szczyt we mgle-wycieczka integracyjna SKNB 15 Łamigłówki 16 Redakcja u: Redaktor naczelna: Monika Nowrotek Skład Redakcji: Katarzyna Smaga Michał Kowalski Aleksandra Poterała Bożena Rolnik Michał Jakubczak Anita Miczka Daria Dziewulska Magdalena Ochab Michał Wojtas Opieka merytoryczna: dr Aleksandra Ziembińska bioletyn.redakcja@gmail.com Okładka: Maria Dratkowska

4 Str. 2 7/(II)/2012 Wywiady, autografy... Wywiad z: dr inż. Andrzejem Skibińskim - Nowa ustawa Ministerstwa Edukacji z marca ubiegłego roku wzmacnia autonomię programową szkół wyższych pozwala lepiej dostosowywać przedmioty do poszczególnych kierunków. Czy widzi Pan takie możliwości w przypadku biotechnologii? Uczelnie od zawsze miały możliwość, w węższych lub szerszych granicach, kształtować na wszystkich kierunkach swoje programy. I to dzieje się cały czas, gdyż wiedza stale się rozszerza. Wydaje się, że problem leży gdzie indziej. Otóż wszystkie ustawy dążą do zmniejszenia kosztów kształcenia. Dotyczy to szczególnie takich kierunków jak chemia, biochemia, biotechnologia, na których jednym z elementów wykształcenia jest widza zdobyta na zajęciach laboratoryjnych. Koszt niezbędnych odczynników, szkła, wyposażenia laboratoriów jest olbrzymi. Nie mogąc ściąć zbytnio tych wydatków, zmniejsza się liczbę godzin dydaktycznych oraz zwiększa liczebność grup. Kolejny problem to wymagania stawiane przez przyszłych pracodawców naszych absolwentów. Trochę przejaskrawiając, chcieliby, aby absolwent doskonale znał zakład, był fachowcem potrafiącym natychmiast rozwiązać problemy, z którymi ten zakład boryka się od lat i wytyczył nowe kierunki rozwoju danego zakładu, (co więc robi dotychczasowe kierownictwo?) oczywiście bez wygórowanych żądań płacowych. Kolejny narastający w ostatnich latach problem, to poziom wykształcenia absolwentów szkół średnich przychodzących na studia. I to są ramy ograniczające możliwość swobodnego kształtowania programu studiów. Biotechnologia jest nowym interdyscyplinarnym kierunkiem łączącym bardzo zaawansowaną chemię organiczną, fizyczną, fizykę, katalizę czy informatykę. Jak zatem przekazać zaawansowaną wiedzę z chemii organicznej, jeżeli ma się na to 2 godziny wykładu, 1 godzinę ćwiczeń i 2 godziny laboratorium na tydzień przez jeden semestr. Wystarczy to zaledwie na przedstawienie podstaw z podstaw, aby można było cokolwiek zrozumieć z biochemii, biologii molekularnej czy inżynierii genetycznej. Stoimy przed dylematem, czy lepiej rozszerzyć podstawy, czy wprowadzić choćby w ograniczonym zakresie np. zajęcia ze stereochemii, bo jest to konieczne przy omawianiu zmian konformacyjnych struktury białek, enzymów, DNA i liczyć, że reszty student sam się douczy. Ponieważ dotyczy to każdego przedmiotu, dostosowanie polega na wyborze czegoś za coś. Który przedmiot wyciąć, aby wprowadzić inny, którą liczbę zajęć zmniejszyć, aby którąś zwiększyć. Jak widać pole manewru jest ograniczone. - Za stroną internetową Ministerstwa Nauki: Uczelnie będą mogły tworzyć autorskie programy i kierunki studiów, integrujące wiedzę z zakresu różnych dyscyplin. Ustawa weszła w życie od 1 października bieżącego roku. Michał Wojtas Uczelnie mogły zawsze w ramach swojej autonomii tworzyć nowe kierunki czy programy. Przykładem jest choćby kierunek Biotechnologii stworzony przy współudziale trzech wydziałów i we współpracy z Instytutem Onkologii. Co do programów autorskich to być może Czytelnicy o tym nie wiedzą, ale już w latach sześćdziesiątych XX wieku Wydział Chemiczny wprowadził w Polsce do nauczania chemików, jako jeden z pierwszych a być może, jako pierwszy, analizę związków organicznych metodami spektroskopowymi. Było to wtedy, gdy np. NMR był jeszcze w powijakach (obróbka matematyczna stosunkowo prostego widma 13 C FTNMR trwała około roku!) i nikomu się nie śniło, jakie będą możliwości wykorzystania tej metody w chemii czy medycynie. Chwała więc tym ludziom, którzy zauważyli tkwiący w tych metodach potencjał, który przyczynił się do gwałtownego rozwoju nie tylko chemii organicznej. I tu znowu dotykamy tego samego problemu, to jest liczby godzin plus ewentualnie liczby godzin ECTS. Jeżeli w programie autorskim będzie zwiększona liczba godzin, np. z matematyki, czy inżynierii chemicznej, czy chemii organicznej, czy będzie to liczba wystarczająca, aby wyjść poza poziom podstawowy i kosztem, jakich przedmiotów to się osiągnie. Czy będzie to jeszcze biotechnologia czy coś innego? Czy absolwent będzie znał dobrze tylko jeden dział i będzie mógł znaleźć pracę w tylko jednym zakładzie w Polsce, czy będzie może trochę gorzej znał, ale będzie bardziej uniwersalny. Kolejny problem to dwustopniowy system z siedmio semestralnym stopniem pierwszym, który według mnie rozbija ciągłość studiów. Konieczność napisania projektu i zdania egzaminu inżynierskiego ogranicza liczbę zajęć na ostatnim semestrze. To zmniejsza pole manewru, które jest potrzebne przy tworzeniu nowych kierunków czy programów autorskich. Według mnie, mimo pięknych słów i szczytnych idei proponowany system zamiast podnieść poziom wiedzy absolwenta przyczynia się do jego obniżenia, czyli skutek jest inny od zamierzonego. - W internetowym serwisie ocen.pl, w którym studenci wystawiają oceny nauczycielom w kilku kategoriach otrzymał Pan czwórkę w kategorii sprawiedliwość i jednocześnie dwójkę w kategorii łatwość zaliczenia. Czy to ostateczny dowód na to, że chemia jest po prostu trudna i nastawienie nauczyciela do studenta niewiele zmienia w kwestii zaliczenia? Nie słyszałem o tym. Cieszę się, że wystawiane przeze mnie oceny uważa się za sprawie-

5 7/(II)/2012 Wywiady, autografy... Str. 3 dliwe. To oznacza, że są one traktowane, jako miernik rzeczywistych widomości studenta w danym momencie. A że trudno zaliczyć, to chyba wynik trudności z odpowiedziami na pytania, które wymagają trochę pogłębionej wiedzy a nie tylko wykucia jakiegoś fragmentu skryptu lub książki na pamięć. Jest dla mnie zaskakujące, że niektórzy studenci próbują nauczyć się chemii, nauki ścisłej, której podstawą jest fizyka, na pamięć bez zrozumienia sedna poruszanych zagadnień. - Czyli jednak widać, że to nie Pan jest tym złym, tylko chemia? Moją rolą nie jest bycie złym tylko ocena wiedzy studenta. Gdy widzę, że umie z największą przyjemnością stawiam 5. Wydaje się, że problemem jest nauczanie i uczenie się chemii. Może jest to związane ze zbyt małą liczbą godzin, która przeznaczona jest na tak obszerny materiał. Brakuje czasu na pogłębioną analizę omawianych zagadnień. Z drugiej strony również student powinien poświęcić trochę czasu przed wykładem czy ćwiczeniami i przygotować się do nich i żeby nie było to tylko trzy dni po 20 godzin przed egzaminem. Jeżeli połączymy ilość przerobionego materiału w stosunkowo krótkim czasie z brakiem zrozumienia, który narasta wraz z upływem czasu to powstaje wrażenie, że materiał jest okropnie trudny i kompletnie niezrozumiały. Student przestaje widzieć jakąś logikę, sens i piękno chemii. Przy braku zrozumienie wydaje się, że jedynym wyjściem jest nauczenie się tego na pamięć. Efektem są kłopoty z odpowiedzią nawet na najprostsze pytanie, gdy odpowiedź wymaga znajomości kilku działów chemii. Bo ucząc się na pamięć nie widzi się wzajemnych powiązań i zależności. Ciągle powtarzam, że książka do chemii organicznej zawierającej podstawowe wiadomości, o których powinno się mieć pojęcie, liczy więcej niż tysiąc stron. Tysiąca stron nie można nauczyć się na pamięć, no chyba, że się jest studentem medycyny, ale i wtedy chemia będzie jakąś niezrozumiała wiedzą magiczną. - We wspomnianej ankiecie przydatność Pana zajęć oceniono na piątkę. Czy uważa Pan, że to słuszna ocena? Czy chemia organiczna na takim poziomie wtajemniczenia jak na naszym kierunku pozwala na konkurowanie z absolwentami innych kierunków w tej dziedzinie? Cieszę się, że tak uważacie i doceniacie. Zawsze staram się pokazać, że to, o czym mówimy na zajęciach to nie żadna abstrakcja. Że z omawianymi zagadnieniami chemicznymi stykamy się codziennie, nawet z tymi najbardziej skomplikowanymi, np. piorąc, gotując, przygotowując jajecznicę. No, ale nie wszystkie zagadnienia można prosto przedstawiać, bo są albo zbyt trudne albo jest zbyt mało czasu, aby to wyjaśnić. Są to chociażby zagadnienia związane z chemią kwantową, wynikające z rozwiązania, także metodami przybliżonymi, równania Schrödingera. Otrzymuje się pewne zbiory liczb, które poza niektórymi prostymi przypadkami nie mają przełożenia na życie codzienne. Jednak doskonale tłumaczą, dlaczego w reakcjach jedne substancje powstają a inne nie. Co do drugiej części pytania, chemia jest tak rozległa dziedziną, że chemicy i biotechnolodzy muszą ze sobą współpracować a nie konkurować. Aby ta współpraca była owocna muszą się wzajemnie rozumieć a do tego obu stronom potrzebny jest wspólny język chemiczny i biochemiczny. - Schrödinger to ten pan od kota? Tak to ten, położył on podwaliny pod współczesną fizykę jak również chemię. -Jakimi zagadnieniami z pogranicza chemii i biotechnologii warto się dzisiaj zajmować i w jakich obszarach badawczych czekają nas odkrycia naukowe? Wie Pan, chemia organiczna to rozległa dziedzina nauki, ciągle rozwijająca się. Trudno prorokować gdzie mogą być odkrycia. Weźmy chociażby fulereny. Odkryto je w kosmosie badając dochodzące do Ziemi promieniowanie. Przez pewien czas nikt się nimi nie interesował, była to taka sobie ciekawostka. Potem stwierdzono, że powstają na Ziemi, np. w płomieniu świecy oraz przy produkcji sadzy dla przemysłu gumowego (opony samochodowe) i rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Następnie stwierdzono, że jest to nowa odmiana alotropowa węgla o budowie kulistej. Ale sensacją stały się, gdy stwierdzono, że zamiast kuleczek można produkować nanorurki. Te ostatnie znalazły zastosowanie w najróżniejszych dziedzinach: do produkcji farb, materiałów kompozytowych, modyfikowanych powierzchni, w elektronice. Odkryto, że fulereny i nanorurki można chemicznie modyfikować powstaje, zatem nowy dział chemii. Naprawdę nie wiem gdzie na tym etapie nauki możemy odkryć coś całkiem nowego, czy też powtórnie odkryć to, co już dawno odkryto i znaleźć dla tego nowe zastosowania. - Gdzie są według Pana perspektywy konkurowania biotechnologów z chemikami organicznymi na rynku pracy? Zamiast słowa konkurencja wolałbym użyć współpraca. Te kierunki: chemia, biochemia i biotechnologia uzupełniają się, i muszą współpracować. Gdzie? Tam, gdzie jest lub będzie jakieś zapotrzebowanie na produkty chemiczne lub pochodzenia naturalnego. Weźmy za przykład produkty wyrafinowanej chemii lub biotechnologii leki. Co zrobić z przydatnym produktem chemicznym, którego otrzymywanie wiąże się powstawaniem uciążliwych odpadów? Mamy dwie możliwości albo zmienić technologię na bardziej przyjazną, np. z węzłami chemicznymi i biochemicznymi albo usuwać odpady, korzystając z najnowszych osiągnięć biochemii. Taka współpraca jest szczególnie dobrze widoczna w jednym ze sposobów pozyskiwania substancji biologicznie aktywnych. Zespoły różnych specjalności badają np. sposoby leczenia ludzi odciętych od cywilizacji, samoleczenia zwierząt, dlaczego daną dolegliwość leczy się proszkiem z wysuszonej ropuchy złapanej o określonej porze roku, dlaczego zwierzę liże korę jakiegoś drzewa. Następnie określa się czy ten sposób postępowania w statystycznie istotny sposób pomaga. Jeżeli tak, to próbuje się metodami chemicznymi lub biochemicznymi wyizolować substancję czynną i określić jej strukturę metodami spektroskopowymi. Po poznaniu budowy, korzystając zarówno z metod chemicznych jak i biochemicznych, pozyskuje się z materiału biologicznego lub syntezuje związek w większych ilościach i podaje się go testom (badaniom) medycz-

6 Wywiady, autografy... Str. 4 nym. Po uzyskaniu pozytywnych wyników rozpoczynają się prace nad opracowaniem technologii, która zwykle zawiera fragmenty chemiczne i biochemiczne. Jak Pan się zapewne orientuje takie związki są zwykle skomplikowane a więc produkcja i koszt otrzymanego leku będzie bardzo wysoki. Również pozyskanie z produktu biologicznego może być bardzo kosztowne, np. 1 g taksolu, czyli połowę dawki terapeutycznej otrzymuje się z jednego stuletniego cisu. Ile trzeba posadzić drzew i które pokolenie skorzysta z naszej pracy? Może, więc lepiej po poznaniu budowy związku wyodrębnić ten jego fragment, który jest najistotniejszy gdyż wiąże się z określonym białkiem lub fragmentem np. DNA. Następnie korzystając z osiągnięć chemii kwantowej zaprojektować inną cząsteczkę o identycznych cechach jak wyodrębniony fragment, której synteza byłaby o wiele prostsza. Można też nauczyć syntezować ten związek przez odpowiednio zmodyfikowane metodami inżynierii genetycznej inne organizmy żywe. Widać, że pole współpracy jest olbrzymie. Co zrobić, aby znaleźć pracę? Podstawą jest pogłębiona wiedza po to, aby w najkrótszym czasie można było się wyspecjalizować w jakiejś dziedzinie, która jest potrzebna w danym miejscu pracy. Spróbuję to wyjaśnić. Wielu naszych absolwentów pracuje w Stanach a ich atutem była właśnie wiedza i łatwość opanowania nowych obszarów wiedzy dotąd im nieznanych. Dlaczego tam pracują, bo tam są pieniądze, które inwestuje się w badania i nowe technologie. Dlaczego nie u nas, bo my nie mamy takich pieniędzy. Poza tym musimy inwestować także w inne dziedziny, gdyż jesteśmy wciąż zapóźnieni w stosunku do rozwiniętych krajów, a tych opóźnień nie można nadrobić w ciągu roku czy nawet pięciu lat. Chyba odpowiedziałem na Pana pytanie? - Tak, zaliczyłem Panu odpowiedź. Cieszę się [śmiech]. - Przyznam, że to było dla mnie zaskoczenie: kategoria przyjazność. Jakiej oceny by się Pan spodziewał? Dodam tylko, że ankieta była anonimowa. Nie wiem, staram się być przyjazny w stosunku do wszystkich studentów. Nigdy nie mam uprzedzeń do kogokolwiek. - Dostał Pan 3,5. W kontekście naszej dzisiejszej rozmowy przyznam, że nie rozumiem dlaczego nie jest wyższa. Uważa Pan, że nauczyciel akademicki powinien dążyć do skracania dystansu do studenta? I tak i nie, powinien być jednak zachowany jakiś dystans. Pewnego progu nie można przekroczyć, bo wtedy trudniej egzekwować pewne wymagania jak konieczność pisania w danym dniu kartkówki czy przygotowanie się studenta do zajęć. Zażyłość może rodzić przypuszczenie, że uzyskana ocena nie jest obiektywna. A brak bezstronności jest bardzo źle odbierany nie tylko przez studentów. Z drugiej strony studenci też muszą pokazać, że tego chcą i że nie jest to podyktowane chęcią uzyskania lepszej oceny. Niektórzy moi dyplomanci odwiedzają mnie przy okazji pobytu w Gliwicach lub piszą maile z informacjami o sobie i zawsze z przyjemnością wspominają czasy studenckie i zajęcia laboratoryjne. Chociaż ich czasem oblałem lub kazałem pisać sto razy długie zdanie, bo coś w laboratorium przeskrobali, to teraz przyznają, że słusznie, że było to konieczne i do dzisiaj pamiętają czego w laboratorium nie można robić. - To teraz odwrotne pytanie: co Pan myśli o studentach biotechnologii, o ich postawie? To zależy o których. Trudno ocenić studenta, którego widziało się raz lub dwa razy na zajęciach. Co innego osobę, z którą ma się zajęcia przez cały semestr i ma się styczność raz czy kilka razy w tygodniu przez kilka godzin wtedy jest możliwość jej poznania. Każdy ma lepsze lub gorsze dni, może przyjść na zajęcia przygotowany, lecz coś go zaćmiło i opowiada jakieś banialuki, więc muszę ocenić jego wypowiedź na 2. Jeżeli mam z nim tylko jedno ćwiczenie to nie wiem, czy była jednodniowa niedyspozycja czy też rzeczywisty brak wiedzy, czegoś takiego nie ma przy częstszych kontaktach. O tym, jaki to jest student decyduje wiedza wyniesiona ze szkoły średniej, ilość efektywnej pracy włożonej w trakcie studiów oraz chęć dowiedzenia się czegoś więcej niż wymagane minimum. Studenci dzielą się na tych bardzo dobrych, którzy dalej intensywnie pracują, bardzo dobrych, którzy stwierdzają, że ta wiedza, która mają już im wystarczy oraz tych, może nie tak dobrych, którzy ciężką pracą dochodzą po pewnym czasie do wspaniałych wyników. Są też niestety tacy studenci, którzy trafili tutaj przez przypadek. Miałem szczęście spotkania na zajęciach wielu bardzo dobrych i dobrych zainteresowanych chemią studentów oraz takich, którzy może nie byli najlepsi, ale własną pracą i pasją potrafili nadrobić zaległości i osiągnąć bardzo wiele. I takich studentów należy sobie zawsze życzyć. Część z nich obecnie to doktoranci, adiunkci a nawet już profesorowie, jedni pracują w przemyśle chemicznym, inni zmienili profesję. Jednak każdy z nich przeszedł na studiach pewną szkołę życia i wydaje się, że czegoś się nauczył i to docenia, a to cieszy. - Dyrdymały i dyrdymałki ma Pan swoje ulubione? Dzisiaj jest ich tyle, że wybieram tylko te, które mnie najbardziej zadziwią. A z ulubionych, wolałbym ich jednak nie oglądać, zapamiętałem tę z przed lat, której autor z całym przekonaniem twierdził, że katalizator siatka platynowa zbudowany jest ze srebra. Czasem słyszę studentów dyskutujących i główkujących, co w jakiejś przeczytanej odpowiedzi jest błędne lub zabawne. Niektórzy mówią, że też by tak napisali. I to już uważam za sukces tej gazetki, ponieważ zmusiła do zastanowienia się. Może za jakiś czas ktoś przypomni sobie to, co przeczytał i odpowie poprawnie. - Rzeczywiście na pierwszy rzut oka trudno dostrz e c k omiz m w nie k tóry ch dyrdymałach, ale z odpowiednim przygotowaniem wiele rzeczy staje się jasnych. Myśli Pan, że publikowanie ich na łamach Bioletynu to dobry pomysł? Wydaje się, że nie. Zbyt szerokie grono czytelników może zbytnio dołować ich autorów. Poza tym nie wszyscy Czytelnicy są chemikami i te dyrdymały nie będą dla nich zrozumiałe. Celem tej gazetki jest refleksja nad udzielanymi odpowiedziami oraz zasobem wiedzy nie tylko chemicznej i dotyczy tych studentów, którzy mają zajęcia z chemii organicznej. - Cel dydaktyczny przede wszystkim Tak, zdecydowanie. 7/(II)/ Czy ma Pan jakieś przesłanie dla naszych czytelników? Żeby nie bać się chemii, uczyć się jej ze zrozumieniem. To, czego mi brakuje to studentów próbujących dyskutować, bronić swego zdania, uzasadniać je. Widać to na ćwiczeniach, seminariach i seminariach dyplomowych. Po prostu przedstawia się mechanicznie jakąś tezę, bez jej uzasadnienia. Ktoś coś napisał, ktoś to przepisał (skopiował) i nie wie, co napisał. Pan chyba słyszał, ze lubię podpuścić studenta, zasugerować niekoniecznie błędną odpowiedź i zapytać czy dałby głowę za swą odpowiedź. Chodzi oto, aby skłonić grupę do dyskusji. Zapisuję na tablicy ile osób zgadza się z daną odpowiedzią, ile nie. Następnie proszę ich o uzasadnienie i tu pojawiają się problemy z uzasadnieniem własnej odpowiedzi, potem głosujemy ponownie. Bardzo często się wówczas zdarza, że ci, którzy odpowiedzieli poprawnie zmieniają zdanie, bo tak myśli reszta lub tak twierdzi pewny swego inny student. Żadnej próby polemiki, niewielu tylko stara się samodzielnie myśleć. Przesłanie: dyskutujcie, starajcie się przedstawiać swoje racje i bronić je. - Myśli Pan, że część studentów odbiera taką dociekliwość nauczyciela jako atak? Może tacy są? Może traktują to, jako próbę ośmieszenia? Ale to jest próba zmuszenia studentów do przedstawienia własnego zdania. Najprzyjemniej pracuje się z grupą, która potrafi dyskutować, która kłóci się między sobą i z prowadzącym. Wtenczas widzę, że ci studenci myślą, jeden drugiemu przedstawia argumenty za i przeciw i zajęcia stają się ciekawe i pouczające dla obu stron. Dyskutujcie w i ę c. Dziękuję za rozmowę.

7 7/(II)/2012 Str. 5 Ścieżki wiedzy Zobaczyć niewidoczne, czyli o metodzie fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ Bożena Rolnik Bakterie są mikroorganizmami bardzo chętnie wykorzystywanymi przez człowieka w wielu procesach technologicznych jednak, jak to mikroorganizmy, są niewidoczne gołym okiem. Aby określić z którymi bakteriami mamy do czynienia możemy obserwować ich cechy morfologiczne pod mikroskopem lub wykonać testy biochemiczne, analizując powstałe produkty. Można też wykorzystać metody zaczerpnięte z genetyki i biologii molekularnej. Genetyczne i molekularne metody analizy jakościowej mikroorganizmów należą do bardziej precyzyjnych i czułych od metod biochemicznych ze względu na analizę ich genotypu. Pozwala to jednoznacznie określić gatunek lub zawęzić możliwość do bardzo wąskiej grupy, co w przypadku analizy cech morfologicznych jest możliwe jedynie dla dobrze poznanych grup mikroorganizmów [1]. Jedną z takich metod jest fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH ang. fluorescent in situ hybridization). Metoda ta polega na przyłączaniu się wyznakowanej fluorescencyjnie sondy oligonukleotydowej do komplementarnej sekwencji markera molekularnego występującego w komórce bakteryjnej [2]. Rolę markera pełnią najczęściej sekwencje nukleotydowe rrna ze względu na występowanie licznych kopii w każdej komórce (nawet do kilkunastu tysięcy) co zwiększa prawdopodobieństwo zajścia hybrydyzacji i wydajność procesu. Charakteryzują się także dużym konserwatyzmem, zarówno struktury, jak i funkcji. Najczęściej wykorzystuje się sondy ukierunkowane na 16S rrna, rzadziej na 23S rrna [3]. Zaletą tej metody jest możliwość dokonywania pomiarów bezpośrednio na próbce środowiskowej bez konieczności wcześniejszego izolowania materiału genetycznego, gdyż bakterie zostają unieruchomione na podłożu. FISH składa się z kilku etapów: utrwalenia materiału biologicznego, dehydratacji próbki, hybrydyzacji, usunięcia niespecyficznie związanych sond i analizy z użyciem mikroskopu I odpowiedniego oprogramowania (rys. 1) [4,7] Na początku procedury analizowaną próbkę środowiskową należy odpowiednio przygotować, aby zapobiec lizie komórek w czasie hybrydyzacji oraz przechowywania samej próbki. W tym celu wykorzystuje się 4% paraformaldehyd (PFA) dla bakterii Gram-ujemnych lub etanolu dla bakterii Gramdodatnich. Następnie próbkę utrwala się na szkiełku do hybrydyzacji i wykonuje dehydratację w rosnącym stężeniu etanolu. Etap ten powoduje przerwanie ciągłości błony cytoplazmatycznej, a tym samym zwiększa jej przepuszczalność dla dodawanych sond. Do próbek dodaje się specjalnie przygotowane sondy oligonukleotydowe o sekwencji komplementarnej do rrna bakterii jakich poszukujemy (tab.1). Aby miejsce przyłączania się było widoczne, sondy są znakowane poprzez dołączanie odpowiednich florochromów, które pod wpływem fali światła o odpowiedniej długości emitują falę o długości w zakresie światła widzialnego (tab. 2). Sondy do hybrydyzacji umieszcza się w buforze zawierającym w swoim skłaldzie formamid (FA), który wpływa na ilość powstających wiązań wodorowych i stabilizuje powstający kompleks sondy z rrna. Stężenie FA jest różne w zależności od użytej sondy, jednak zazwyczaj nie większe niż 50%. W podwyższonej temperaturze dochodzi do denaturacji dwuniciowych fragmentów kwasów nukleinowych i sonda może zostać komplementarnie przyłączona, po czym próbki przenoszone są do buforu płuczącego aby wymyć te, które się nie związały [3,7]. Ostatnim etapem jest obserwacja mikroskopowa w celu określenia obecności danych grup mikroorganizmów (rys. 2). Barwniki fluorescencyjne ulegają rozkładowi pod wpływem światła i wysokiej temperatury, dlatego szkiełka do obserwacji należy przechowywać w zamknięciu i niskiej temperaturze. Tab.1 Przykładowe sondy oligonukleotydowe, wg [3] Rys.1 Schemat etapów FISH wg [3]. Sonda ALF968 Eub338 HGC69 a NON38 8 Specyficzność sondy a-proteobacteria Actiobacteria Sonda nonsensowna (wykrycia niespecyficznego wiązania) Bacteria bez Planctomycetales Sekwencja sondy (5 3 ) GGTAAGGTTCTG CGCGTT GCTGCCTCCCGT AGGAGT TATAGTTAC- CACCGCCGT ACTCCTAC- GGGAGGCAGC Komplementarne rrna 16 S 16 S 23 S 16 S Literatura A.Neef 1997 R.Amann i in R.Amann i in G.Wallne r i in. 1993

8 Ścieżki wiedzy... Str. 6 Tab.2 Przykładowe fluorochromy wykorzystywane w metodzie FISH. wg [4] Florochrom Długość fali (nm) emitowana Widoczna barwa FITC zielona FluoX zielona TRITC czerwona Cy zmów wodnych oraz zdolności do samooczyszczania się odbiornika. Ponadto związki azotu utrudniają dezynfekcję wody, ponieważ w wyniku chlorowania powstają pochodne aminowe, mające charakter kancerogenny [1]. Przez długi czas naukowcy zgodnie twierdzili, iż jony amonowe mogą być utleniane jedynie w warunkach tlenowych. Pod koniec lat 70. XX wieku austriacki biochemik Engelbert Broda, na podstawie obliczeń termodynamicznych wysunął hipotezę, że w przyrodzie muszą istnieć bakterie zdolne do beztlenowego utleniania amoniaku. Jego przypuszczenia potwierdzono w 1995 roku, gdy proces ten odkryto w przemysłowej oczyszczalni ścieków w Holandii, a cztery lata później zidentyfikowano bakterie za niego odpowiedzialne. Proces beztlenowego utleniania amoniaku nazwano procesem Anammox (ang. ANaerobic AMMonium OXidation). Polega on na utlenianiu azotu amonowego do azotu gazowego z wykorzystaniem azotanów (III) jako ostatniego akceptora elektronów, zgodnie ze schematem: NH NO - 2 N H 2 O. Planctomycetes, które są chemolitoautotrofami, dlatego nie potrzebują węgla organicznego do uzyskania energii. Na procesy wzrostu wykorzystują głównie CO 2. Co ciekawe - ich ściana komórkowa nie zawiera peptydoglikanu, upodabniając je do Archaea. Całkowicie unikalna jest struktura zwana am- pochłaniana pomarańczowoczerwona Cy podczerwień Głównymi czynnikami ograniczającymi FISH jest liczba rybosomów w komórce bakteryjnej, dostępność sondy do określonej sekwencji oraz przepuszczalność błony. Ilość rybosomalnego RNA można zwiększyć poprzez dodanie antybiotyków, takich jak chloramfenikol, który jest inhibitorem syntezy białek i degradacji rrna. Ponadto hamuje podziały komórkowe co prowadzi do akumulowania rrna w komórce [3]. Poprzez czas hybrydyzacji oraz temperaturę można częściowo kontrolować wydajność zachodzącego procesu. Wprowadzane są też udoskonalenia metody FISH jak np. CARD-FISH (ang. Catalysed Reporter Deposition) wzmacniające sygnał w komórkach z niewielką ilością rrna. Metoda ta wykorzystuje 7/(II)/2012 odkładanie się dużej ilości znakowanego fluorochromami związku dzięki aktywności katalitycznej peroksydazy chrzanowej dołączanej do sondy [3,6]. Wykorzystanie metody FISH zrewolucjonizowało metody analizy mikrobiologicznej próbek środowiskowych. Metoda umożliwia analizę składu biocenoz różnych środowisk, a dzięki porównaniu sekwencji 16S rrna także określenie pokrewieństwa mikroorganizmów [1]. Dzięki obecnie prowadzonym badaniom nad udoskonaleniem metody FISH niewidoczne gołym okiem mikroorganizmy skrywają przed nami coraz mniej tajemnic. [1] H.Schlegel Mikrobiologia ogólna, PWN, Warszawa 2003 [2] T.A.Brown Genomy, PWN, Warszawa 2009 [3] A.Skowrońska, I.Zmysłowska Współczesne metody identyfikacji bakterii stosowane w ekologii mikroorganizmów wodnych fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH), 2005 [4] A.Moter, U.B.Gobel Fluorescence in situ hybridization for direct visualization of microorganisms, 2000 [5] A.Moter, E.Genersch Biodiversity of Treponema spp. and Fluorescence in situ Hybridisation (FISH) [6] A.Ziembińska, A.Lalik, A.Węgrzyn Markery molekularne. Podstawy dla studentów kierunków technicznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011 [7] A.Raszka, A.Ziembińska, A.Wiechetek Metody i techniki biologii molekularnej w biotechnologii środowiskowej, 2009 Anammox- czyli co wspólnego ma oczyszczanie ścieków z rakietami Z pewnością nikt nie ma wątpliwości, że oczyszczanie ścieków jest ważnym aspektem działalności człowieka w zakresie ochrony środowiska przyrodniczego. Co jednak, jeśli ścieki można by było wykorzystać również do innych mniej przyziemnych celów? Związki azotu obecne w ściekach bytowo-gospodarczych, przemysłowych i rolniczych stanowią poważne źródło zanieczyszczeń wód gruntowych i powierzchniowych, wywołując wiele problemów ekologicznych i sanitarnych. Należą do nich m.in. eutrofizacja wód, p o w o d u j ą c a zakwity glonów oraz deficyt tlenowy, co Rys. 1. Schemat przemian związków azotu w konsekwencji prowadzi do pogorszenia warunków bytowania organi- Anita Miczka

9 7/(II)/2012 Ścieżki wiedzy... Str. 7 moksosomem, czyli przedział otoczony membraną, pozbawiony rybosomów i chromosomów. Prawdopodobnie służy on do ochrony wnętrza komórki przed toksycznymi produktami pośrednich przemian biochemicznych, utrzymywania odpowiedniego stężenia ważnego enzymu - oksydoreduktazy hydroksyloaminy oraz utrzymywania gradientu stężeń. Odkryto, że globalnie 30-50% azotu gazowego uwalniane jest w ubogich w tlen strefach oceanicznych, za co odpowiadają bakterie anammox [1]. Połączenie procesów częściowej nitryfikacji i anammox do biologicznego usuwania azotu ze ścieków pozwala na obniżenie kosztów w stosunku do tradycyjnego systemu nitryfikacjidenitryfikacji. Związane jest to przede wszystkim z ograniczeniem napowietrzania oraz brakiem konieczności dozowania zewnętrznego źródła węgla dla bakterii denitryfikujących. Niewątpliwą zaletą jest również znaczne zmniejszenie ilości osadu nadmiernego oraz redukcja emisji CO 2 do atmosfery [2]. Lecz na tym nie kończy się zastosowanie bakterii anammox. Trwają badania nad wykorzystaniem ich niezwykłych właściwości w rakietach kosmicznych. Okazuje się bowiem, że w procesie beztlenowego utleniania amoniaku ważnym produktem pośrednim jest hydrazyna - substancja wykorzystywana jako wysokoenergetyczne paliwo rakietowe. Stosuje się ją przede wszystkim w paliwach hipergolowych, czyli takich których składniki, w momencie zmieszania samoczynnie się zapalają. Łączona jest najczęściej z kwasem azotowym lub tetratlenkiem diazotu. Hydrazyna (N 2 H 4 ) jest trującą, łatwopalną cieczą wykazującą właściwości rakotwórcze, a jej obecność w mikrobiologicznym świecie w stanie wolnym jest unikatowa [3]. Nic więc dziwnego, że tuż po odkryciu mikroorganizmów anammox, naukowcy i inżynierowie z NASA zainteresowali się możliwościami, jakie oferują ich beztlenowe procesy metaboliczne. Odkrycie zaciekawiło NASA, ponieważ składniki potrzebne do wytwarzania paliwa występują w sporych ilościach w ludzkim moczu. Astronauci na statku kosmicznym nie tylko nie musieliby się martwić usuwaniem nieczystości z rakiety, ale wręcz sami dostarczaliby substancji potrzebnych do produkcji paliwa! Niestety okazało się,że wykorzystanie tych bakterii w skali technicznej jest nieekonomiczne. Wynika to z powodu ich niskiej szybkości wzrostu i niewielkiej ilości produkowanej hydrazyny. Obecnie trwają badania nad usprawnieniem procesu przetwarzania amoniaku w paliwo rakietowe. Zespół profesora mikrobiologii - M. Jettena- z holenderskiego Radboud Universiteit Nijmegen odkrył i wyizolował białko odpowiedzialne za wytwarzanie hydrazyny z amoniaku oraz tlenku azotu. Naukowcy analizują jego budowę i funkcje oraz gen, który je koduje. Prawdopodobnie zostaną wprowadzone modyfikacje w DNA lub odpowiedni fragment kodu genetycznego zostanie przeniesiony do innego gatunku bakterii, którym uda się przeprowadzić ten sam proces sprawniej. Profesor Jetten twierdzi, że to tylko kwestia czasu, kiedy produkcja hydrazyny w procesie anammox zostanie wykorzystana na dużą skalę [4,5]. Chociaż proces anammox i bakterie za niego odpowiedzialne zostały nie tak dawno odkryte, to już znalazły zastosowanie w technologii oczyszczania ścieków i dają duże nadzieje na dalsze ulepszenia technologiczne. Dokładny mechanizm procesu wciąż nie jest do końca poznany i może okazać się wdzięcznym polem do dalszych badań. Rys. 2. Reaktor procesu anammox uniwersytetu w Nijmegen [7] [1] Cema G., Czerska B., Grabińska-Sota E., Kalka J., Miksch K., Sikora J.,Surmacz-Górska J., Żabczyński S.: Przemiany związków azotu, Biotechnologia ścieków, 50-52, 64-66, 2010 [2] [3] [4] [5] [6] [7]

10 Ścieżki wiedzy... Str. 8 Fagoterapia Wykorzystywanie wirusów do zwalczania infekcji bakteryjnych brzmi zbyt idyllicznie, by mogło mieć realne zastosowanie? Wbrew pozorom stosowanie fagów w leczeniu chorób bakteryjnych nie jest ani nowym, ani niezwykłym pomysłem. Na wstępie przypomnijmy czym są bakteriofagi. Ich cząsteczka zawiera głównie materiał genetyczny (DNA lub RNA w zależności od gatunku) otoczony białkowym kapsydem. Mają zdolność namnażania się wyłącznie w komórkach bakterii. Uwzględniwszy liczebność bakteriofagów szacowaną globalnie na jednostek, są one najprawdopodobniej bardziej zróżnicowane niż jakakolwiek grupa organizmów. Gdyby zebrać je wszystkie razem i zważyć, okazałoby się, że są Bakteriofag T4 [7] cięższetysiąc lub więcej razy od ziemskiej populacji słoni [4]. W 1919 roku bakteriofagi zostały po raz pierwszy zastosowane przez ich odkrywcę Felixa d'herelle w leczeniu czerwonki bakteryjnej[5]. Były to czasy przedantybiotykowe, więc nowa możliwość zwalczania bakterii cieszyła się bardzo dużym zainteresowaniem. Pomimo nieznajomości dokładnej budowy i właściwości bakteriofagów, fagoterapia przeżywała rozkwit aż do lat 40, kiedy to nastąpiło odkrycie antybiotyków. Nastąpił całkowity odwrót od fagoterpii w Europie Zachodniej, przy czym odizolowana od zachodniej nauki Rosja nadal prowadziła badania i wykorzystywała bakteriofagi w leczeniu [4]. W czasie II wojny światowej sowieccy żołnierze byli leczeni bakteriofagami w przypadku gangreny oraz dyzenterii [2]. Ponowny wzrost zainteresowania fagoterapią wynika z drastycznie wzrastającej antybiotykooporniści wśród bakterii. Na to zjawisko złożyło się kilka przyczyn, w tym nadużywanie i nieprawidłowe ich stosowanie przez chorych, zarzucenie poszukiwania antybiotyków z nowymi miejscami uchwytu, czy łatwość wymiany genów oporności między bakteriami. W tej sytuacji fagoterapia jest alternatywnym rozwiązaniem 7/(II)/2012 Bakteriofag na komórce bakterii kwasu mlekowego [8] Magdalena Ochab w przypadku przewlekających się i niepoddających się standardowemu leczeniu zakażeń. Fagoterapia ma szereg zalet, przy czym jedną z ważniejszych jest jej duże bezpieczeństwo z powodu stosunkowo rzadkiego kodowania egzotoksyn. Ze względu na wysoką specyficzność w wyborze gospodarza możliwe jest zabicie patogenów przy jednoczesnym zachowaniu flory fizjologicznej. Zdolności fagów do namnażania się w środowisku docelowym tj. organizmie człowieka powoduje, że nawet w przypadku podania zbyt małej dawki kuracja jest skuteczna. Z kolei stosowanie nawet zbyt dużych dawek nie jest niebezpieczne, gdyż fagi mogą namnażać się jedynie w bakteriach, tak więc po zwalczeniu wszystkich patogenów są usuwane z organizmu. Szczególne zastosowanie fagoterapii dotyczy tkanek słabo ukrwionych, gdzie antybiotykoterapia nie daje zadowalających efektów ze względu na niskie stężenie leku, a wirusy mają zdolność do namnażania w komórkach bakterii. Ponadto możliwe jest głębsze wnikanie w biofilmy tworzone przez niektóre bakterie i dzięki temu kuracja jest skuteczniejsza. Dzięki ogromnej liczności i różnorodności populacji tych wirusów stosunkowo łatwe jest wykorzystane ich w terapii celowanej [4]. Oczywiście są pewne ograniczenia, wynikające głównie z dużej zmienności bakterii, przez co praktycznie dla każdego przypadku konieczne jest przeprowadzenie testów. Z kolei problematyczna kwestia patentowania wirusów powoduje, że komercyjne firmy nie są zainteresowane prowadzeniem badań w tym kierunku [6]. Ponadto bakterie wykształcają mechanizmy obronne przed fagami, co może skutkować pojawieniem się opornych szczepów. Fagi są szybko rozprowadzane wraz z krwią do wszystkich narządów i tkanek, również do ośrodkowego układu nerwowego, gdyż mają zdolność przenikania przez barierę krewmózg. Wysoką skuteczność fagoterapii (ponad 90%) obserwuje się w takich chorobach jak: zapalenie opon mózgowordzeniowych, zapalenie kości i szpiku, zakażenia układu moczowego, zapalenie spojówek, zapalenie ucha środkowego oraz ropnie skóry [1]. Obecnie w Polsce możliwe jest leczenie bakteriofagami wyłącznie w formie leczenia eksperymentalnego. W 2005 roku Instytut Imunnologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu otworzył pierwszy w Unii Europejskiej

11 7/(II)/2012 Ścieżki wiedzy... Str. 9 Ośrodek Terapii Fagowej [1]. Są tam prowadzone badania nad medycznym wykorzystaniem bakteriofagów. Od 1980 zastosowano leczenie specyficznymi bakteriofagami wobec ponad 1500 pacjentów, u których zawiodła tradycyjna terapia antybiotykowa. Laboratorium dysponuje ponad 300 specyficznymi szczepami bakteriofagów aktywnymi wobec bakterii: Staphylococcus, Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Proteus i Pseudomonas [3]. Już dzisiaj wykorzystane wirusów w terapii pozwala na wyleczenie z wielu poważnych chorób bakteryjnych. Dzięki prowadzonym badaniom być może fagoterapia będzie odpowiedzią ludzkości na antybiotykooporność bakterii. [1] J. Bazan Terapia fagowa jako alternatywa dla współczesnych metod ochrony przed patogenami [2] en.wikipedia.org/wiki/phage_therapy [3 ] [4] [5] [6] [7] T4_Bacteriophage.php [8] h t t p : / / w w w. t e c h n o l o g. f r i k o. p l / neoalmanach/5.mikrobiologia/2.html) Jak tworzyć własne białka? Nowe perspektywy dla biotechnologii. Bioinformatyka, jako nauka łącząca w sobie elementy informatyki, matematyki, fizyki, a także chemii i biologii, stanowi ważną dziedzinę biotechnologii. Z jej pomocą możliwa jest sprawna obróbka ogromnej ilości danych doświadczalnych, co znacząco przyspiesza obecny postęp badawczy. Przez niektórych utożsamiana jest ze sposobem rozwiązywania problemów biologicznych metodą obliczeniową [1]. W takim rozumieniu nauka ta zajmowała się badaniem sekwencji białek (protein) i kwasów nukleinowych. Drugim obszarem badań, który obecnie intensywnie się rozwija, jest przewidywanie struktur trójwymiarowych makrocząsteczek takich jak białka. Duża część protein to enzymy, czyli biokatalizatory. Informacja na temat ich działania zapisana jest w ich strukturze: jeśli znamy przestrzenną budowę białka, jesteśmy w stanie określić, z pewnym przybliżeniem, jaka reakcja jest przez to białko katalizowana [2]. Obecnie doskonalone są narzędzia pozwalające na przewidywanie trójwymiarowych struktur, a tym samym działania białek na podstawie jedynie sekwencji aminokwasowej. Służą do tego, np. ogólnodostępny, darmowy program I TASSER [2]. W ciągu milionów lat ewolucji matka natura wykształciła pokaźny zestaw enzymów do prowadzenia różnorodnych reakcji. Praktycznie każdy naturalny związek chemiczny może ulec enzymatycznemu rozkładowi. Niestety, działalność człowieka spowodowała przedostanie się do środowiska ksenobiotyków, czyli substancji sztucznie wytworzonych, dotychczas nieznanych przyrodzie. W związku z tym, brakuje enzymów zdolnych przeprowadzić reakcje z ich udziałem, zmierzających do wykorzystania tych związków jako źródła pierwiastków biogennych czy energii [3]. Skoro więc człowiek spowodował taki stan rzeczy, czy jest w stanie mu przeciwdziałać? Odpowiedź od niedawna brzmi: tak. W 2008 roku doniesiono, że powstał pierwszy sztucznie stworzony przez człowieka enzym, katalizujący reakcję dotychczas nieznaną przyrodzie: eliminację Kempa (Rys. 1) [4]. Bożena Rolnik Michał Jakubczak Rys. 1. Eliminacja Kempa polega na oderwaniu z pierścienia heterocyklicznego atomu wodoru w obecności zasad, powodując jego rozpad. Cała reakcja przechodzi przez tylko jeden stan pośredni [4] Rys. 2. komputerowy model zaprojektowanego a) enzymu; b) centrum aktywnego [5] Głównym problemem podczas projektowania enzymu było odpowiednie zamodelowanie centrum aktywnego, czyli miejsce łączenia z substratem, w którym zachodzi cała reakcja. Nawet minimalne odchylenia w tym miejscu mogły spowodować brak aktywności białka. Ponadto, zaprojektowane centrum aktywne należało dołączyć do szkieletu białkowego innej, znanej proteiny oraz określić strukturę pierwszorzędową powstałej hybrydy aby umożliwić wytworzenie w mikroorganizmach takich jak Escherichia coli. Po porównaniu bu-

12 Ścieżki wiedzy... Str. 10 dowy przestrzennej modelu komputerowego (Rys. 2) i białka powstałego w wyniku ekspresji zaprojektowanego genu, okazało się, że są one identyczne (w granicy błędu pomiarowego). Pomiary kinetyczne wykazały, że enzym przyspieszył reakcję ponad 10 6 razy [4]. Niewątpliwy sukces towarzyszący stworzeniu pierwszego białka zaprojektowanego przez człowieka do przeprowadzenia konkretnej reakcji otworzył nowe niesamowite możliwości wykorzystania bioinformatyki w wielu dziedzinach biotechnologii. Wyobraźmy sobie projektowanie wysoce specyficznych leków o charakterze białkowym działających dokładnie w taki sposób, w jaki sobie życzymy efektywny, ze znaczącym obniżeniem, jeśli nie wyeliminowaniem, ryzyka powstania efektów ubocznych towarzyszących terapii. 7/(II)/2012 Ponadto, możliwe stanie się skuteczne usuwanie zanieczyszczeń ksenobiotycznych ze środowiska, jak również obniżenie kosztów wielu procesów przemysłowych dotychczas przeprowadzanych metodami chemicznymi. To tylko niektóre przykłady zastosowania projektowania enzymów tylko od naszej wyobraźni zależy, jak wykorzystamy nowe możliwości. [1] K.Pawłowski Bioinformatyka w poszukiwaniu nowych leków, Kosmos, Tom.58, [2] [3] H.Schlegel Mikrobiologia ogólna, PWN, 2003 [4] O.Khersonsky et al. Kemp elimination catalysts by computational enzyme design, Nature, Vol.453, [5] O.Khersonsky et al. - Evolutionary Optimization of Computationally Designed Enzymes: Kemp Eliminases of the KE07 Series, Journal of Molecular Biology, Vol.396, Inżynieria tkankowa Transplantacje narządów czy implantacje protez to współcześnie rutynowe już formy terapii w przypadku wielu uszkodzeń narządów i tkanek wywołanych urazami, chorobami lub wadami rozwojowymi. Zapotrzebowanie na tego typu leczenie stale rośnie, jednak liczba wykonywanych zabiegów jest ograniczana przez ilość organów uzyskanych od dawców, dlatego każdego roku lista oczekujących na przeszczep wydłuża się. Od lat 90. XX wieku pojawiają się nowe możliwości naprawy i zastępowania tkanek oraz narządów poprzez sztuczną hodowlę inżynierię tkankową. Cel: poprzez łączenie komórek i materiałów pochodzenia biologicznego opracować żywe tkanki i narządy zastępcze.[1] Aby zrekonstruować uszkodzenie zwykle izoluje się komórki z pobranej od biorcy zdrowej tkanki, co pozwala uniknąć późniejszego odrzucenia i długotrwałego, często dożywotniego przyjmowania leków immunosupresyjnych. Z pobranego od pacjenta materiału izoluje się komórki i namnaża je we wstępnej hodowli, a następnie posiewa na trójwymiarowy, biodegradowalny i biokompatybilny nośnik komórkowy o porowatej strukturze. Nośnik musi być tak dobrany, aby łatwo następowała adhezja komórek oraz tworzenie naczyń krwionośnych doprowadzających tlen i odprowadzających produkty uboczne z nowo powstałej tkanki, a przy tym nie wywoływać (bezpośrednio lub poprzez produkty rozkładu) stanów zapalnych.[2] Dzięki dopływowi odpowiednich czynników wzrostu (np. IGFinsulinopodobnego czynnika wzrostu dla hodowli tkanki chrzęstnej), hormonów i innych cząsteczek sygnalizacyjnych rozwija się trójwymiarowa tkanka. Może ona zostać implantowana pacjentowi w miejscu uszkodzenia. Rusztowanie (nośnik) ulega degradacji w ho dowli komórkowej bądź bezpośrednio w miejscu implantacji stąd wspomniane wcześniej wymagania.[1] Inżynieria tkankowa wykorzystuje różne typy komórek, ale ze względu na duży potencjał do różnicowania, największym zainteresowaniem cieszą się multipotencjalne i embrionalne komórki macierzyste. Pierwsze to komórki somatyczne, zdolne do różnicowania w wiele różnych typów komórek. Przykładowo Aleksandra Poterała mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) izolowane ze szpiku kostnego dorosłych, stosowane do regeneracji Rys. 1 Rusztowanie polimerowe do adhezji, namnażania i chrząstki, kości, ścięgien i więzadeł, mogą różnicować się w chondrocyty, miocyty lub osteocyty. Ich potencjał do różnicowania się jest jednak znacznie mniejszy niż embrionalnych komórek macierzystych np. wyodrębnionych z zarodka blastocysty, dających początek wszystkim komórkom organi-

13 Str. 11 7/(II)/2012 zmu. Ze względu na dylematy etyczne oraz kontrowersje związane z pozyskiwaniem macierzystych komórek embrionalnych są one jednak rzadziej wykorzystywane.[4] Inżynieria tkankowa jest intensywnie rozwijającą się, młodą dyscypliną naukową - jeszcze zupełnie niedawno sądzono, że ludzkie tkanki można zastąpić wyłącznie przez allogeniczną transplantację lub całkowicie sztuczne implanty. Obecnie tzw. narządom biohybrydowym, które są istotą inżynierii tkankowej poświęca się bardzo dużo uwagi, co daje nadzieję wielu chorym na całym świecie. Słowniczek: Chondrocyty podstawowe komórki tkanki chrzęstnej, leżące w jamkach, wśród substancji międzykomórkowej. Miocyty wydłużony, pojedynczy element strukturalny tkanki mięśniowej. Osteocyty dojrzałe komórki kostne Multipotencjalne dotyczy komórek, zdolność do przejmowania i zastępowania funkcji brakujących komórek, łącznie z odbudowaniem brakujących Rys. 2 Inżynieria tkankowa od biopsji do transplantacji.[1] [1] Kayser O., Biotechnologia farmaceutyczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2003, str , ; [2] [3] [4]Kaźnica A., Nowe trendy w inżynierii tkankowej [w:] Artroskopia i Chirurgia stawów, 2007, 3(3), str.11-16; Młody człowiek zgłasza się pierwszego dnia w pracy w supermarkecie. Manager obdarza go uśmiechem, daje mu miotłę i mówi: - Twoim pierwszym zadaniem będzie pozamiatanie sklepu. - Ale ja jestem absolwentem uniwersytetu - odpowiada z oburzeniem młody człowiek. - O, przepraszam, nie wiedziałem - mówi manager - Zaraz, daj mi tę miotłę, pokażę ci, jak to się robi. Egzamin z zoologii: - Co to za ptak? - pyta studenta profesor wskazując na klatkę, która jest przykryta tak, że widać tylko nogi ptaka. - Nie wiem - mówi student. - Jak się pan nazywa? - pyta profesor. Student podciąga nogawki. - Niech pan profesor sam zgadnie. Bóg postanowił sprawdzić we wrześniu, co też porabiają studenci. Zesłał więc na ziemię anioła, ten posprawdzał i wraca z raportem: - Studenci medyka się uczą, studenci uniwerka piją, studenci polibudy piją. Następną kontrolę zrobił w listopadzie: - Studenci medyka ryją, studenci uniwerka zaczynają się uczyć, studenci polibudy piją. Styczeń: - Studenci medyka kują, aż huczy, studenci uniwerka ryją, studenci polibudy piją. Początek sesji. Anioł wraca z ziemi i mówi: Panie Boże, studenci medyka ryją dzień i noc, studenci uniwerka ryją dzień i noc, studenci polibudy się modlą. A Bóg na to: - i ci właśnie zdadzą!

14 Str. 12 7/(II)/2012 Polish Your English Modified phages: Novel antimicrobial agents to combat infectious diseases Zahra Moradpour, Abdollah Ghasemian Michał Kowalski Researchers increasingly believe that microbial, molecular and synthetic biology techniques along with genetic engineering will facilitate the treatment of persistent infectious diseases. However, such therapy has been plagued by the emergence of antibiotic-resistant bacteria, resulting in significant obstacles to treatment. Phagetherapy is one promising alternative to antibiotics, especially now that recent modifications to ubiquitous phages have made them more controllable. Additionally, convincing in vitro and in vivo studies of genetically modified lytic phages and engineered non-lytic phages have confirmed the advantages of novel, specific bactericidal agents over antibiotics in some cases. There is still a need for a better understanding of phagetherapy, however, before it can be adopted widely. źródło: S Vocabulary: modified phages - zmodyfikowane bakteriofagi, wykorzystywane w fagoterapii antimicrobial - przeciwbakteryjny infectious diseases - choroby zakaźne microbial - mikrobiologiczny molecular biology - biologia molekularna synthetic biology - biologia syntetyczna, połączenie biologii molekularnej i inżynierii to facilitate - ułatwiać persistent - trwały, przewlekły to plague - trapic emergence - pojawienie się antibiotic-resistant - anybiotykooporny obstacles - przeszkody phagetherapy - fagoterapia ubiquitous wszechobecne (-y) convincing przekonywujące (-y) lytic phages - fagi lityczne, powodujące lizę (rozkład) advantage - przewaga adopted - stosowany Identification of Microorganisms Using the Ribosomal RNA Approach and Fluorescent In Situ Hybridization S. Thiele, B.M. Fuchs, R.I. Amann Ecological research often starts with the identification, localization, and quantification of microorganisms in their respective environment. The ribosomal RNAs (rrnas) have proved to be the gold standard as marker molecules in cultivation-independent approaches. These biomolecules are universally distributed in all living domains, present in high numbers in each cell, and are functionally conserved. Conserved and variable regions provide the basis for a phylogenetic classification and serve as targets for in situ identification. Here, we describe the methodological steps involved from the environmental sampling to the determination of microbial diversity in a given habitat and back to the localization of specific groups of microbes in the environment. We provide standard protocols for the retrieval of rrna sequences from the environment. Based on a phylogenetic analysis with a comprehensive database, the design of specific oligonucleotide probes for fluorescence in situ hybridization (FISH) is described. Several standard protocols for the FISH identification and localization of cells in their respective environment are presented and possible pitfalls and solutions are also discussed. źródło: B Vocabulary: Ribosomal RNA Approach - analiza RNA rybosomalnego Fluorescent In Situ Hybridization - fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (łączenie znakowanych fluorescencyjnie sond ze specyficznymi fragmentami DNA, pozwala na detekcję interesujących nas fragmentów/produktów) quantification - kwantyfikacja, oznaczenie ilościowe respective environment - odpowiednie środowisko cultivation-independent - niezależne od metod hodowli to distribute - rozprowadzac to conserve zachowywac, konserwowac phylogenetic classification - klasyfikacja filogenetyczna (pozwalająca na ustalenie pokrewieństwa) environmental sampling - pobieranie próbek środowiskowych determination - określenie habitat - naturalne środowisko, siedlisko retrieval - wyszukiwanie comprehensive - kompleksowy pitfalls - niepowodzenia, pułapki

15 7/(II)/2012 Str. 13 ABC życia studenckiego W laboratorium też może być FUN, czyli projekt Studenckiego Koła Naukowego Biotechnologów FunLab FunLab to projekt realizowany przez członków Studenckiego Koła Naukowego Biotechnologów skierowany do grupy młodych ludzi, rządnych wiedzy i odkrywania tajemnic ludzkiego życia. Podczas każdego spotkania przedstawione zostaną zagadnienia z zakresu biologii, genetyki, ale również chemii i fizyki we współpracy z Kołem Naukowym Chemików SKNCh. Celem numer jeden projektu jest stworzenie okazji do edukacyjnej zabawy, umożliwienie dzieciom w prosty i przystępny sposób poznania praw i zasad rządzących ziemskim życiem.. Uczestnicy zajęć mieli już okazję poznać tajemnicę, jaką kryje w sobie DNA izolowane prosto z truskawek. W najbliższej przyszłości dowiedzą się dlaczego do wypieków ich babcie dodają drożdży oraz będą mieli okazję przefiltrować wiedzę i sprawdzić swoje detektywistyczne umiejętności podczas serii CrimeLabów. Odpowiedzi na kilka pytań związanych FunLabem udzieliła koordynator projektu, Katarzyna Nazarewicz. Bioletyn: Jak mogłabyś krótko opisać czym jest FUN- LAB? KN: FunLab to program mający na celu pomoc dzieciakom wychowującym się w środowisku ograniczającym ich rozwój edukacyjny, ale nie tylko. Wakacyjna edycja planowana na lipiec tego roku zakłada prowadzenie zajęć przed biotechnologów dla dzieci zebranych z całego Śląska! Bioletyn: Skąd wziął się pomysł na projekt? Jak to wszystko się zaczęło? KN: Zaczynaliśmy jako grupka kilku osób, które wstępnie podjęły się działania o charakterze prospołecznym. W przeciągu zaledwie kilku tygodni z garstki zainteresowanych powstał niesamowicie zgrany zespół, obecnie liczący około 40 osób. To co mieliśmy na początku to kilka głów do myślenia i rąk do pracy. Wstępne plany i marzenia przerodziły się w pasję, a chęć działania okazała się niezniszczalnym katalizatorem dla realizacji założonego celu. Bioletyn: Jak wyglądają Wasze bloki dydaktyczne, co tam prezentujecie? Bożena Rolnik KN: Teorię przedstawimy w formie quizów, wielkoformatowych krzyżówek. Dzieciaki dostają własne fartuchy, rękawiczki, same przeprowadzają doświadczenia, wyciągają z nich wnioski. Część doświadczalna to m.in.: balony pompowane przez drożdże rozgniatanie truskawek i "podziwianie" ich DNA rozdzielanie barwników pod wpływem prądu elektrycznego kolorowa piana tryskająca wprost z plastikowych butelek analiza odcisków palców i techniki wykorzystywane w laboratoriach kryminalistycznych Bioletyn: Co takiego organizatorzy FunLaba planują zorganizować w przyszłości, czym do tej pory może poszczycić się Wasz projekt? KN: Powoli zdobywamy sponsorów, osoby chętne do pomocy z zewnątrz. W trakcie realizacji jest wydruk koszulek promujących akcję. Posiadamy już gadżety, które wręczamy dzieciakom po zakończeniu zajęć laboratoryjnych. Poza tym posiadamy logo FunLaba, forum na którym wymieniamy się poglądami. Już wkrótce na stronie SKNB pojawi się zakładka reklamująca projekt oraz FunPage na Facebooku. Zostaliśmy zaproszeni przez WPKiW do wzięcia udziału w nagłośnionej medialnie akcji kolonie dla dzieciaków, która odbędzie się w wakacje. Pojawimy się na billboardach i w prasie. Już można było przeczytać o FunLabie w wiadomościach TV Silesia. Bioletyn: Podsumowując KN: To olbrzymi projekt. Działają w nim studenci którzy dopiero zaczynają przygodę z biotechnologią, ale też i tacy którzy piszą prace magisterskie. Okazuje się, że wystarczy kilka osób dla których sky is the limit aby stworzyć coś z niczego. Spełniło się moje marzenie

16 Str. 14 7/(II)/2012 Str kilo trotylu, czyli mieszanka wybuchowa Bycie w połowie bananem podcina skrzydła. Banan. Jeden z najbardziej pospolitych owoców spożywanych przez rasę ludzką. Żółty, sympatyczny, z czasem już mniej, gdy zamienia się w brązową breję. Rośnie w kiściach, na palmach, a wszystko co zwisa z palemek musi być dobre. Jednakże banan to banan. Zawiera w sobie całkiem dużo węglowodanów, mniej białek i tłuszczów. Jedzenie bananów jest zdrowe, gdyż są bogate w potas. Też z natury nieomylne babcie wiedziały swoje przy każdej sposobności dając nam banana gdy tylko przychodziliśmy w odwiedziny. Banany można jeść same w sobie, z Nutellą na naleśniku, na ciepło, w lodach, w postaci zmiksowanej. Opcji jest wiele i każdy z nas w swoim życiu niejednego banana zjadł. Oczywiście jak wszystko na świecie banany mają swoich zaciekłych zwolenników i przeciwników. Co nie zmienia jednak faktu, że chyba wszyscy kiedyś bezpośredni kontakt z bananem mieli. Tylko też jaki związek mamy z bananem my wszyscy, nie licząc oczywiście standardowej relacji konsument-konsumowany? No właśnie, najpewniej nikt nigdy się nad tym nie zastanawiał, A w rzeczywistości banany są nam niepokojąco bliskie. Mamy z bananami wspólne około 50% DNA. Szok i przerażenie. Świat już nie będzie taki jak kiedyś. Jednakże to prawda. Ludzkie DNA w połowie jest identyczne z DNA banana. Oczywiście nie znaczy to od razu, że spożycie banana wiąże się w byciu w połowie kanibalem. Nie jesteśmy jadalni dopiero po zdjęciu z nas skórki, ani też nie czerniejemy, jeśli za długo poleżymy na słońcu (chociaż ta kwestia może być sporna). Też zjedzenie dwóch bananów nie zamieni nas w dwustuprocentowego człowieka. Ale faktom nie da się zaprzeczyć. Pięćdziesiąt procent to niebagatelna liczba i nie czarujmy się, może chodzić o struktury enzymatyczne oraz białkowe, ale koniec końców, wszyscy jesteśmy w połowie bananami. Chociaż myślę, że każdy z nas w swoim życiu spotkał się z osobnikiem, którego DNA wydawało się nam nie w połowie, a w 80% wspólne z bananowym. Ale to odosobnione przypadki, których lepiej nie roztrząsać. Równie dobrze moglibyśmy teraz omawiać osoby o życiu emocjonalnym na poziomie stułbi płowej. Więc lepiej skupmy się na standardowym Homo sapiens oraz Musa L., których tak wiele łączy, a równocześnie dzieli. My jako istoty myślące potrafiliśmy w toku ewolucji wiele osiągnąć. Zaczęło się od ognia, potem pojawiło się koło, aż do teraz, kiedy to bystrzy studenci, przykładowo, takiej Politechniki, budują zdalnie sterowane maszyny, są w stanie syntezować aspirynę lub Daria Dziewulska izolować DNA (z tego nieszczęsnego banana przykładowo). Dużo potrafimy. A co potrafi banan? No właśnie, niezbyt wiele. Banan po prostu jest na początku zielony, potem żółty, a na końcu brązowy. Nie wykazuje żadnych aspiracji do wynalezienia żarówki. Od strony intelektualnej banany są mało ciekawe. Tu pojawia się problem natury czysto ludzkiej. Czyli do czego bylibyśmy zdolni gdyby nasze DNA nie było dzielone na pół z bananem? Większość nas w dzieciństwie z rozdziawionymi ustami i zapartym tchem oglądało bajki o super bohaterach. Latanie, niewidzialność, lasery z oczu i zdolność teleportacji były marzeniem chyba każdego dzieciaka, który aktualnie nie pragnął być Batmanem. I tu właśnie następuje pytanie, czy posiadalibyśmy supermoce, gdyby nie ograniczało nas DNA banana w naszym kodzie genetycznym? Być może stworzeni przez Marvel mutanci zwani X-men tak naprawdę mieli wszystkie swoje nadludzkie zdolności, bo nie byli w połowie bananami jak my, szary obywatele tego świata? Teoretycznie gdyby tylko nasze geny wyrwały się z bananowego ograniczenia bylibyśmy w stanie osiągnąć wszystko. A może jest zupełnie odwrotnie? Może gdyby banany miały jeszcze więcej ludzkiego DNA byłyby w stanie osiągnąć samoświadomość i wyrwać się z bananowej opresji, jaką obserwujemy codziennie w supermarketach i na straganach? A tak nasze pospolite banany, niczym ten ogórek Gałczyńskiego, nigdy nie zaśpiewają. Bo ich DNA nie pozwala im na tego typu ekstrawagancje. Albo jeszcze inaczej! Wiadomo powszechnie, że 50% wspólnego z bananem DNA to jeszcze nic. Ze świnkami morskimi mamy o wiele więcej wspólnego. Gdyby tak zupełnie hipotetycznie założyć, że banany miałyby 100% unikatowego DNA przeznaczonego tylko dla nich. Możliwe, że taki superbanan byłby jeszcze bardziej rozwinięty od przeciętnego człowieka. Ale chyba teraz wchodzę w tematy science fiction, bo w końcu nie ma czegoś takiego, jak zupełnie niespotykane DNA. Borykając się z problemami wspólnego DNA z bananami muszę dojść do smutnego, acz jednoznacznego, wniosku. Bycie w połowie bananem (lub w przypadku banana w połowie człowiekiem) podcina skrzydła.

17 7/(II)/2012 Str. 15 Relacje, sprawozdania... Szczyt we mgle - wycieczka integracyjna SKNB Sandra Szkirel W pewien spokojny, majowy weekend, jako przedstawiciele SKNB wybraliśmy się na rajd integracyjny w malownicze obszary Beskidu Żywieckiego. Ale może zacznijmy od początku Prekursorami wycieczki byli kierownik Damian Azbest Majchrzyk oraz Kasia Tlałka. Po pierwszych kilku spędzonych razem minutach wiedzieliśmy już, że wyjazd będzie niezapomniany. Kiedy wyjeżdżaliśmy w sobotę rano z Katowic wiarygodne źródła podały, że pogoda w Milówce jest obiecująco słoneczna. W okupowanym przez nas przedziale niezliczone biotechnologiczne opowieści wzbudzały niemałe zainteresowanie wśród innych podróżników. Z roześmianymi twarzami, poubierani w kolorowe peleryny, zaczęliśmy się wspinać na Rysiankę. Sprytni pomysłodawcy wycieczki przed rozpoczęciem rajdu poddali głosowaniu wybór trasy, nie było zatem żadnych praw do narzekania. Szlak wyznaczony był na około 4 godziny. Mieszkańcy mijanych przez nas wsi nie napawali nas niestety optymizmem. Gdy mocnym tempem maszerowaliśmy dzielnie pod górę, po usłyszeniu celu naszej podróży chwytali się za głowę krzycząc - Powodzenia!!. Po dwóch godzinach spaceru dotarliśmy do schroniska na Hali Boraczej, gdzie jedliśmy najpyszniejsze jagodzianki na świecie. Zaopatrzeni w nowe siły wyruszyliśmy dalej. Pogoda coraz bardziej zaczęła nam dokuczać. Wszechogarniająca nas mgła, chłodny deszcz i wiatr niestety uniemożliwiły nam podziwianie obiecanych pięknych widoków J. Dopingując i motywując się nawzajem, dotarliśmy wreszcie cali przemoczeni do upragnionego celu. Po gorącym prysznicu dostrzegliśmy, że nasze żołądki są kompletnie puste. Niemożliwe do zrealizowania ognisko zastąpiły nam podpieczone i nie mniej zacne kiełbaski z piekarnika. Po napełnieniu brzuchów kierownictwo wycieczki zafundowało nam kilka godzin powalającej na kolana ze śmiechu zabawy w Postaw na Lizak, dodam, że zażarte bitwy toczyły się o lizaki o smaku coli. Następnego dnia przywitała nas trochę mroźniejsza, ale za to mniej mglista aura. Spokojnie schodziliśmy około 2-godzinnym szlakiem do Żabnicy. Stamtąd miał nas zabrać PKS do Węgierskiej Górki, jednak tym razem los spłatał nam figla i bus nie raczył się pojawić. Nie tracąc ani chwili na narzekanie ruszyliśmy w przemiły spacer do Węgierskiej Górki z nadzieją, że uda nam się złapać jakiś transport. Dzięki Kasi i jej znajomości historii regionu dowiedzieliśmy się wielu ciekawych faktów dotyczących obrony okolicznych wsi podczas II Wojny Światowej. Pozwalało nam to odrzucić na bok myśli o zmęczeniu. Kiedy zza rogu wyłonił się cel kolejnego etapu wycieczki, tylko nieliczni mieli jeszcze siły na skakanie z radości. Nie daliśmy się jednak wyczerpaniu i po smacznym posiłku udaliśmy się pośpiesznie autobusem na zwiedzanie Muzeum Browaru Żywiec. W zabłoconych buciorach dowiedzieliśmy się jak wytwarza się brzeczkę, co sprawia, że w piwie są bąbelki gazu i wiele innych interesujących nas, biotechnologów, a przede wszystkim studentów, informacji dotyczących tego trunku. Tak dobrnęliśmy do ostatniego punktu rajdu. Wracaliśmy już spokojnie, łapiąc oddech przed kolejnym tygodniem spędzonym w laboratoryjnych salach. Na koniec dodam tylko, że całą niedzielę towarzyszyły nam kolorowe lizaki, które dodawały optymizmu i energii. Kolejne dni upływały na borykaniu się z zakwasami i małymi, na szczęście nie zagrażającymi życiu, kontuzjami. Wszelkie te okoliczności sprawiły, że rajd pozostanie w naszych głowach przez wiele lat. Od wszystkich uczestników specjalne podziękowania dla organizatorów: bez Was zginęlibyśmy na pierwszym lepszym rozwidleniu szlaków i użalalibyśmy się nad swoim ciężkim losem oraz specjalne gratulacje dla osób, których ten rajd był pierwszą stycznością z chodzeniem po górach. Wiedzcie, że większość spasowałaby po pierwszym mocniejszym podejściu. Jestem przekonana, że na kolejny wyjazd większość z nas z przyjemnością wybierze się ponownie.

18 Str. 16 7/(II)/2012 Str. 15 Łamigłówki Sudoku

19 Wykreślanka Jeśli poprawnie rozwiązałeś wszystkie łamigłówki to prześlij hasło wykreślanki wraz z rozwiązaniem sudoku (zdjęcie, bądź zeskanowana prawidłowo uzupełniona plansza) wraz ze swoim imieniem i nazwiskiem na a: bioletyn.redakcja@gmail.com Wśród poprawnych odpowiedzi rozlosujemy nagrody. Rozwiązania można przesyłać do

20