Na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności realizowany jest prestiżowy projekt badawczy w ramach programu Marie Skłodowska-Curie Fellowship, finansowanego przez Unię Europejską. Program skierowany do naukowców po doktoracie umożliwia realizację ambitnych planów badawczych w międzynarodowym środowisku. Katedra Biotechnologii Środowiskowej gości dr Teresę Branysovą z Czeskiej Akademii Nauk, która prowadzi przełomowe badania we współpracy z prof. Beatą Gutarowską.
Skala sukcesu jest imponująca — konkurencja była ogromna. W konkursie programu Marie Skłodowska-Curie Fellowship złożono ponad 17 tysięcy wniosków, a Polska zdobyła jedynie cztery granty.
ŻU: Co będzie obejmował projekt?
Prof. Beata Gutarowska: Od wielu lat zajmuję się problematyką biodeterioracji obiektów zabytkowych, czyli niszczenia materiałów przez mikroorganizmy. Doktorat Teresy również dotyczył degradacji zabytkowych obiektów audiowizualnych przez mikroorganizmy, dlatego nasze zainteresowania naukowe naturalnie się połączyły. Teresa dostrzegła także, że Politechnika Łódzka jest jednym z prężniej działających ośrodków na świecie w zakresie badań materiałowych i mikrobiologicznych związanych z ochroną zabytków.
Badania rozpoczęły się już w połowie kwietnia. Projekt zakłada współpracę z polskimi muzeami, między innymi z Muzeum Auschwitz-Birkenau w Oświęcimiu, dla którego prowadzę prace od lat, ale także z instytucjami w Łodzi. Teresa zainteresowała się naszymi XIX-wiecznymi budynkami secesyjnymi oraz historycznymi pałacykami znajdującymi się na terenie Politechniki Łódzkiej. Wiele z tych obiektów zmaga się z problemem biodeterioracji. Część stażu Teresa Branysova zrealizuje również na Politechnice Rzeszowskiej we współpracy z prof. Tomaszem Rumanem.
Dr Teresa Branysova z prof. Beatą Gutarowską
foto: Marcin Szmidt
Porozmawiajmy więc o samym projekcie. Na czym polega jego innowacyjność?
Projekt odpowiada na bardzo konkretny problem, który pojawił się w ostatnich latach. Zgodnie z przepisami Unii Europejskiej wiele substancji stosowanych do zabezpieczania zabytków jest wycofywanych z użycia.
Dlaczego?
Część tych związków okazała się toksyczna dla środowiska i człowieka. Mogą zaburzać procesy biologiczne zachodzące w glebie czy wodzie, kumulować się w organizmach, a także negatywnie wpływać na zdrowie ludzi. W efekcie konserwatorzy mają dziś coraz mniejszy wybór skutecznych środków do dezynfekcji i ochrony zabytków. W przypadku preparatów przeciwko glonom liczba dostępnych substancji jest już naprawdę bardzo ograniczona.
I właśnie tutaj pojawia się koncepcja pomysłu?
Tak. Chcemy opracować związki, które będą jednocześnie skuteczne i bezpieczne — zarówno dla środowiska, jak i dla ludzi oraz samych materiałów zabytkowych. To bardzo ważne, bo środki ochrony nie mogą dodatkowo niszczyć delikatnej materii zabytków.
Szukamy więc balansu: z jednej strony chcemy chronić środowisko i historyczne materiały, a z drugiej skutecznie hamować rozwój mikroorganizmów odpowiedzialnych za biodeteriorację.
Brzmi to bardzo nowocześnie.
Inspirujemy się naturą. Coraz częściej mówi się dziś o wykorzystywaniu rozwiązań wypracowanych przez przyrodę. Oczywiście trzeba jeszcze umieć przełożyć te naturalne mechanizmy na konkretne rozwiązania technologiczne - i właśnie to próbujemy zrobić.
Naszym celem jest stworzenie tzw. zielonych biocydów do ochrony materiałów technicznych i zabytkowych — ekologicznych środków skutecznych, a jednocześnie bezpiecznych dla środowiska i człowieka.
Dr Teresa Branysova z prof. Beatą Gutarowską
foto: Marcin Szmidt
Czym właściwie są biocydy?
Biocydy to substancje hamujące rozwój drobnoustrojów na materiałach technicznych. Mogą być dodawane już na etapie produkcji materiału, na przykład do materiałów budowlanych, i aktywnie przeciwdziałać rozwojowi mikroorganizmów, gdy pojawią się sprzyjające temu warunki.
Drugim sposobem zastosowania jest dezynfekcja już istniejących powierzchni. Jeśli materiał został porośnięty przez drobnoustroje, biocydy stosuje się w postaci roztworów usuwających biofilm z powierzchni.
Czy obecnie stosowane biocydy są naturalne?
Nie, obecnie dominują rozwiązania syntetyczne. I właśnie tutaj pojawia się nasza innowacja. My proponujemy rozwiązania ekologiczne — dlatego roboczo nazywamy je „green solutions”. Chcemy wykorzystywać substancje pochodzenia naturalnego: ekstrakty roślinne oraz związki produkowane przez same mikroorganizmy.
Mikroorganizmy mają zwalczać inne mikroorganizmy?
Dokładnie tak. W naturze cały czas trwa konkurencja między drobnoustrojami. Jedne mikroorganizmy potrafią hamować rozwój innych, dzięki czemu zdobywają przewagę i mogą kolonizować dane środowisko. Wystarczy spojrzeć na antybiotyki — one również są produkowane przez mikroorganizmy.
Próbujemy wykorzystywać te mechanizmy w ochronie zabytków. Zebraliśmy już około 70 szczepów mikroorganizmów wyizolowanych z różnych środowisk, między innymi z muzeów. Następnie odpowiednio je przygotowujemy — usuwamy aktywne komórki, a wykorzystujemy to, co pozostaje po hodowli, czyli tak zwany poferment.
I właśnie ten poferment ma działać ochronnie?
Tak, ale wcześniej trzeba go odpowiednio opracować. Chcemy umieszczać te substancje w specjalnych filmach lub mikrokapsułkach, które będą stopniowo uwalniały aktywne związki hamujące rozwój niekorzystnych mikroorganizmów.
Podobnie pracujemy z ekstraktami roślinnymi. Teresa przeprowadziła już badania na kilkunastu gatunkach roślin dostępnych w Polsce i uzyskała bardzo obiecujące wyniki. Mój zespół również wcześniej publikował badania pokazujące, że niektóre ekstrakty roślinne skutecznie hamują rozwój glonów czy grzybów na materiałach technicznych. W naszym portfolio znajduje się już kilkanaście takich ekstraktów.
Jak będą wyglądały dalsze etapy badań?
Najpierw testujemy wszystko w warunkach laboratoryjnych — na cegle, drewnie, papierze i innych wrażliwych materiałach. Mamy już przygotowane próbki materiałów porośniętych drobnoustrojami. Później będziemy opracowywać odpowiednie formy aplikacji tych substancji.
Mogą to być aerozole, specjalne płyny albo filmy alginianowo-chitozanowe zawierające mikrokapsułki. Taki materiał będzie można nałożyć na powierzchnię zabytku na określony czas, na przykład na dobę, a następnie usunąć.
Jak działają takie mikrokapsułki?
Można powiedzieć, że są inteligentne. W warunkach podwyższonej wilgotności będą się stopniowo otwierały i przez dłuższy czas uwalniały substancje aktywne. Dzięki temu działanie ochronne ma być bardziej trwałe i skuteczne.
Rozumiem, że badania dotyczą nie tylko skuteczności wobec drobnoustrojów?
To dla nas bardzo ważne. Musimy sprawdzić nie tylko, czy preparaty skutecznie usuwają biofilm i hamują rozwój mikroorganizmów, ale również czy są bezpieczne dla samych materiałów zabytkowych. Niektóre ekstrakty roślinne nie tylko hamują rozwój glonów, ale także powodują zanik ich barwników. Dzięki temu materiał odzyskuje swój naturalny kolor i wygląd. Badamy więc wpływ na kolor, strukturę czy wytrzymałość materiałów. To jeden z najbardziej obiecujących rezultatów naszej pracy. Dla konserwatorów to absolutnie zasadnicza kwestia.
Co sprawia, że te rozwiązania mogą być skuteczniejsze od tradycyjnych biocydów?
Prof. Beata Gutarowska: Kluczowe jest to, że mamy do czynienia nie z pojedynczym związkiem chemicznym, ale z całymi mieszaninami substancji aktywnych. W ekstraktach roślinnych czy pofermentach znajduje się wiele różnych związków działających równocześnie na różne mechanizmy funkcjonowania mikroorganizmów. Spodziewamy się więc silniejszego efektu hamowania niż w przypadku klasycznych, pojedynczych biocydów syntetycznych. I pierwsze wyniki rzeczywiście to potwierdzają.
Co dalej?
Badania in situ pozwolą nam sprawdzić skuteczność naszych rozwiązań w różnych warunkach środowiskowych. Chcemy obserwować, jak naturalne biocydy zachowują się w ciągu całego roku. Takich badań praktycznie nie prowadzi się jeszcze na świecie.
A jaki ma być końcowy efekt projektu?
Przede wszystkim chcemy stworzyć konkretne procedury dla konserwatorów. Docelowo zależy nam na opracowaniu gotowego produktu - lub nawet kilku produktów - oraz technologii przygotowania odpowiednich materiałów. Im prostsza i bardziej praktyczna technologia, tym lepiej.
Publikacje naukowe będą wartością dodaną, podobnie jak udział w konferencjach międzynarodowych. Ważnym celem projektu jest też rozwój naukowy dr Teresy Branysovej i wzbogacenie jej doświadczenia badawczego.
Projekt ma też chyba dodatkowy wymiar, nie tylko stricte naukowy?
Zdecydowanie tak. To projekt inżynieryjno-techniczny, ale ogromną wartością dodaną są również kompetencje miękkie. Chcemy pokazywać młodym doktorantom i przyszłym doktorom, jak przygotowywać takie projekty i skutecznie aplikować o granty. Wiemy, już, że tworzą się kolejne międzynarodowe konsorcja młodych naukowców, które razem z naszą uczelnią planują startować w następnej edycji programu. Chcemy podzielić się doświadczeniem i pokazać, jak osiągnąć sukces.
Wspomniała Pani wcześniej o znaczącej pomocy Centrum Wspierania Nauki w przygotowaniu projektu.
Była ona ogromnie ważna. Chciałabym szczególnie podkreślić rolę dwóch pań - dyrektor Agnieszki Dybały-Dyfraktyki i Agnieszki Tiele. Ich wsparcie miało duży udział w tym sukcesie. Szczególnie cenne były wewnętrzne recenzje projektu organizowane przez Centrum. W pracę zaangażowano ekspertów, którzy sami wcześniej zdobyli granty Marie Skłodowska-Curie Fellowship albo byli recenzentami tych projektów.
Czyli był to sukces całego zespołu?
Zdecydowanie tak. To sukces wielu osób. Oczywiście podstawą była dobra koncepcja naukowa, ale równie ważne było odpowiednie pokazanie potencjału projektu.
