Wpływ modyfikacji termicznej oraz substancji o potencjalnym

Robert Borowiak
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Wpływ modyfikacji termicznej oraz substancji o potencjalnym
działaniu ochronnym na fizykochemiczne właściwości lizozymu
Lizozym jest niskocząsteczkowym enzymem hydrolitycznym wykazującym zdolność
rozkładu specyficznych polisacharydów ściany komórkowej bakterii. Jego przeciwbakteryjne
działanie dotyczy głównie bakterii Gram-dodatnich. Podstawowym i bogatym źródłem
lizozymu jest białko jaja kurzego, w którym stanowi on około 3,5% suchej masy.
Dotychczasowe badania dowodzą, iż monomer lizozymu – podstawowa forma enzymu
występująca w przyrodzie – to bardzo atrakcyjny środek antybakteryjny. Jest on obecnie
wykorzystywany jako naturalny czynnik utrwalający podczas przechowywania produktów
spożywczych.
Wykazano, iż w specyficznych warunkach wyizolowany z białka jaja kurzego lizozym
wykazuje tendencje do asocjacji i tworzenia form oligomerycznych (dimeru, trimeru, a nawet
tetrameru). Udowodniono, że taka modyfikacja prowadzi do uzyskania nowej jakości
enzymu, który oprócz natywnej aktywności hydrolitycznej, wykazuje również nową
„specyficzną”
aktywność.
Charakterystyczną cechą zmodyfikowanego lizozymu jest
rozszerzenie jego antybakteryjnego działania na bakterie Gram-ujemne, w tym liczne
chorobotwórcze bakterie patogenne oraz szczepy dotychczas oporne na monomer. W
porównaniu z formą monomeryczną, zmodyfikowany enzym wykazuje ponadto dużo więcej
cennych właściwości, które znacząco zwiększają jego użyteczność. W przeprowadzonych
dotychczas badaniach nad spolimeryzowanym lizozymem wykazano możliwość jego
zastosowania nie tylko do utrwalania żywności, ale również w medycynie, farmakologii i
weterynarii.
Opracowane dotychczas metody modyfikacji lizozymu pozwalają na uzyskanie
preparatów zawierających nawet 80% spolimeryzowanego enzymu. Przeprowadzone
badania wykazały jednak, że wraz ze wzrostem stopnia oligomeryzacji zawsze następuje
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
obniżenie jego aktywności hydrolitycznej oraz zjawisko trwałej, nieodwracalnej denaturacji
części lizozymu poddanego modyfikacji, czego efektem jest ograniczona rozpuszczalność
otrzymanych preparatów. Dobra rozpuszczalność uzyskanych preparatów jest warunkiem
pełnego wykorzystania zmodyfikowanego enzymu. Zabiegiem niezbędnym staje się zatem
stabilizacja procesu modyfikacji oraz ochrona aktywności hydrolitycznej lizozymu, celem
uzyskania preparatów o najwyższej jakości (wysoka aktywność hydrolityczna i dobra
rozpuszczalność). Taki efekt można uzyskać dzięki zastosowaniu dodatkowych substancji
chroniących modyfikowany enzym, a zarazem wspomagających proces jego oligomeryzacji.
Wyselekcjonowanie tych substancji oraz ewaluacja ich przydatności wymaga szeregu prac
badawczych. Założeniem podejmowanych badań jest uzyskanie w wyniku ich realizacji
nowoczesnego preparatu lizozymu o znacznym stopniu oligomeryzacji wykazującego
zdecydowanie szerszy zakres antybakteryjnego działania w porównaniu z natywnym
monomerem lizozymu, tj. nową „specyficzną” aktywność skierowaną przeciwko bakteriom
Gram-ujemnym oraz wysoki poziom aktywności hydrolitycznej warunkującej działanie na
bakterie Gram-dodatnie.
Opracowanie prostej i wydajnej metody modyfikacji enzymu, na którą czeka światowy
przemysł biotechnologiczny jest celem utylitarnym, ale przyniesie również wiele cennych
korzyści dla województwa wielkopolskiego, w tym m.in.:
•
rozwój lokalnych zakładów przetwórstwa jaj, których w Wielkopolsce jest
znaczna ilość. Są one zainteresowane wynikami badań, gdyż produkcja preparatu
zawierającego w swym składzie spolimeryzowany enzym jest wysoce opłacalna, co stwarza
perspektywę poprawy ich rentowności, wzrostu zatrudnienia i wzbogacenia regionu,
•
zastosowanie nowego preparatu w przemyśle spożywczym wpłynie na wzrost
bezpieczeństwa, zdrowotności i jakości produktów spożywczych. Wykorzystanie lizozymu naturalnego środka utrwalającego żywność - eliminuje konieczność użycia konserwantów
chemicznych z jednoczesnym przedłużeniem okresu trwałości takich artykułów spożywczych
jak mięso i jego przetwory, wyroby garmażeryjne, majonezy i dressingi, sery, owoce czy
warzywa,
•
poprawa stanu zdrowotnego ludności w wyniku wykorzystania enzymu w
medycynie. Zmodyfikowany lizozym jest skuteczny w terapiach zakażeń wirusowych i
bakteryjnych, leczeniu ran i poparzeń, chorób skórnych, chorób oczu i jamy ustnej, leukemii
oraz chorób nowotworowych; dimer lizozymu całkowicie hamuje namnażanie się m.in. wirusa
grypy i odry, stymuluje fagocytozę, produkcję interferonu α oraz pobudza syntezę czynnika
nekrotyzującego
nowotwory,
wykazuje
zdolność
niszczenia
niektórych
komórek
nowotworowych, przyspiesza uwalnianie leukocytów ze szpiku kostnego oraz wzmaga
aktywność limfocytów cytotoksycznych w stosunku do komórek zakażonych wirusami,
wspomaga działanie antybiotyków,
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
•
poprawa stanu zdrowia zwierząt gospodarskich w wyniku zastosowania
lizozymu w weterynarii
•
produkcja nowych leków, odżywek oraz specyfików weterynaryjnych wpłynie na
wzbogacenie Wielkopolski poprzez zwiększenie ilości miejsc pracy w regionie oraz wzrost
wpływów pochodzących z podatków od przedsiębiorców do budżetu województwa,
•
prestiż dla miasta i województwa warunkuje unikalny na skalę światową
charakter prowadzonych badań. Prace dotyczące modyfikacji lizozymu prowadzone są w
zaledwie kilku ośrodkach naukowych na świecie. Jednym z nich jest Katedra Zarządzania
Jakością Żywności Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. To właśnie w tej jednostce
opracowano skuteczną metodę pozyskiwania lizozymu z jaj kurzych oraz prowadzi się prace
badawcze nad jego modyfikacją.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego