Mutanaza, czyli enzym z przyszłością. Sukces naukowców z UMCS

Jesień 2005 roku. O tym, co dzieje się w zaciszu laboratoriów przy ul. Akademickiej w Lublinie, rozpisuje się nie tylko prasa branżowa. Jedni dawkują emocje ("Lubelscy biotechnolodzy są o krok od wyprodukowania skutecznego środka zapobiegającego próchnicy zębów”), inni już odtrąbili sukces ("Stomatolodzy na emeryturę!”).

Wszystko za sprawą jednej z prac magisterskich, jaka powstała na Wydziale Biologii i Biotechnologii UMCS. Okazała się na tyle dobra, że władze wydziału decydują się wysłać ją na konkurs organizowany przez biotechnologicznego potentata. Jury jest podobnego zdania i przyznaje autorce – Dominice Maj – główną nagrodę.

Świeżo upieczona magister leci na seminarium naukowe w Tai Pei na Tajwanie, a na UMCS zaczynają dzwonić dziennikarze.

– Media trochę nam wtedy popsuły szyki. Na mówienie o sukcesie było jeszcze o wiele za wcześnie – mówi prof. Janusz Szczodrak, dyrektor instytutu.

Dziś, mając w ręku kilka patentów i opracowaną technologię produkcji przemysłowej enzymu, słowa "sukces” już się nie boi.

Znaleźć białą plamę

– W nauce trzeba mieć szczęście. I trafić na białą plamę, którą można powoli wypełnić – zaczyna swoją opowieść prof. Szczodrak.

Jest rok 1997. Profesor czyta pracę doktorską swojej podopiecznej na temat enzymu rozkładającego dekstran (polimer, który powoduje śluzowacenie się syropów cukrowych). Małgorzata Pleszczyńska wspomina o wykorzystaniu dekstranazy w dentystyce. A także o innym enzymie ważnym w rozkładzie płytki nazębnej – mutanazie.

– Zacząłem drążyć i okazało się, że nad tym tematem pracuje bardzo niewielu ludzi na świecie. A w Polsce nikt. W dodatku, dziwnym trafem, wszelkie publikacje kończyły się na roku 1975. Do naszego zespołu dołączył Adrian Wiater i tak to się zaczęło – wspomina profesor.

Jeszcze w tym samym roku na dobre ruszają prace nad enzymem. Zakończą się dopiero 16 lat później.

Zniszczyć szkielet

Najpierw na zębach pojawia się bakteryjny osad, tzw. biofilm. Tworzy się nierozpuszczalny w wodzie polisacharydowy szkielet, który z czasem ulega zwapnieniu. Tak powstaje płytka nazębna, a następnie kamień. Ten szkielet to rusztowanie, z którego chętnie korzystają drobnoustroje chorobotwórcze powodujące próchnicę. Trzeba zatem zastosować specyficzny enzym, który rozłoży polimer tworzący tę misterną konstrukcję – taka idea przyświeca naukowcom z Lublina. Tym enzymem jest mutanaza.

– Mutan skleja ze sobą komórki bakteryjne, dzięki czemu mogą istnieć i się nawzajem komunikować. Więc jeśli zastosujemy enzym, który rozkłada ten polimer, to teoretycznie biofilm nie powinien powstać – tłumaczy prof. Szczodrak.

Są dwa źródła tego enzymu: bakteryjne i grzybowe. – Pierwszym zajęła się Pleszczyńska, a drugim Wiater. Udało jej się wyizolować z chińskiej gleby nowy szczep, która okazał się jednym z aktywniejszych na świecie jeśli chodzi o produkcję bakteryjnej mutanazy. Ten szczep został zarejestrowany w kolekcji kultur, mamy do niego pełne prawa. Natomiast w przypadku mutanazy grzybowej pracowaliśmy na szczepie czeskim. Uzyskaliśmy swoje mutanty, opatentowaliśmy sposób otrzymywania enzymu – opowiada szef zespołu.

Wciąż jednak wydajność produkcji była za mała. Naukowcy szukali dalej. Eksperymentowali z genami, szukali induktora. W końcu znaleźli. Rósł w lesie.

Dwie drogi

Nowy induktor musiał być bezpieczny dla ludzi, tani i łatwo dostępny. W przeciwieństwie do mutanu, czyli polimeru wytwarzanego przez bakterie chorobotwórcze.

– Mutan może być produkowany tylko na skalę laboratoryjną. Po pierwsze, nikt nie będzie ryzykował dużej produkcji na szczepach patogennych. Po drugie, podłoża na których hoduje się paciorkowce, są szalenie drogie, to najczęściej wyciągi mózgowo-rdzeniowe. W dodatku jego wydajność jest niewielka. Na wyprodukowanie kilograma potrzeba kilku miesięcy. Dlatego mutan odpadł – opowiada prof. Szczodrak.

Zostały dwie drogi. Jedna z nich to przeniesienie genu z jednego organizmu do drugiego, tak by mutanazę zaczął produkować organizm, który tego dotychczas nie robił.

– Gen mutanazy zbadano dokładnie, ale nikomu nie udało się zwiększyć jego aktywności tak, by była ona opłacalna w skali przemysłowej. Doszliśmy w końcu do wniosku, że kosztuje nas to zbyt wiele wysiłku, a badania są za drogie. Poszliśmy więc inną drogą. Zaczęliśmy szukać innego źródła polimeru. I znaleźliśmy: w ścianie komórkowej żółciaka siarkowego, huby nadrzewnej.

2 miliony na badania

W 2008 r. zespół dostaje duży grant z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. 2 miliony złotych mają zostać wydane na opracowanie technologii produkcji mutanaz na skalę przemysłową. Badania zajmują cztery lata.

– Wiedzieliśmy, że znalezienie źródła, czyli grzyba, to jeszcze nic. Bo nikt przecież nie będzie chodził po lasach i szukał. Najważniejsze było otrzymanie grzyba w warunkach sztucznych. Mieliśmy pieniądze z grantu, więc zleciliśmy to farmie grzybów leczniczych koło Kalisza. Wykonali ponad 3 tys. prób i udało się. Po raz pierwszy na świecie, w warunkach sterylnych żółciak zaowocnikował. To też zostało opatentowane – opowiada dyrektor instytutu.

Naukowcy mają już w ręku dwa patenty i induktor. W Lublinie nie ma jednak tak dużych bioreaktorów, by wyprodukować wiekszą ilość mutanazy. Pierwsza partia enzymu (substancji czynnej) powstaje w Poznaniu. Ma formę proszku. W doświadczeniach in vitro preparat wykazuje ogromną skuteczność. Zawsze tam gdzie był enzym w odpowiednim stężeniu, żaden biofilm się nie osadza. Ale czy zadziała także u pacjentów?

Studenci myją zęby

Preparat pomyślnie przechodzi testy toksykologiczne w Narodowym Centrum Leków w Warszawie. Sprawdzany na rogówce oka i skórze królików i świnek morskich okazuje się całkowicie bezpieczny, nie powoduje żadnych alergii ani zapaleń.

– Nie było takiego wymogu, ale sami chcieliśmy się przekonać, czy w badaniach na pacjentach nasz preparat także będzie skuteczny – mówi profesor.

Tego zadania podejmuje się Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego.

– Już na wstępie usłyszeliśmy, że efekt w granicach 10–15 proc. to w stomatologii będzie sukces. Bo nie oszukujmy się, na zębach jest wiele polimerów, nie tylko mutan – opowiada prof. Szczodrak.

Studenci, którzy wzięli udział w badaniach, musieli mieć dokładnie oczyszczone zęby i najmniejszego śladu próchnicy. Każdy z 50 "testerów” dostawał wynagrodzenie.

– Wygląda na to, że wszystko zależy od indywidualnego składu flory bakteryjnej jamy ustnej. U jednych pacjentów w ogóle nie odkładała się płytka nazębna. Ale był też przypadek, że efektu nie było żadnego. Statystycznie skuteczność na poziomie 10-15 proc. – mówi prof. Szczodrak. I dodaje: Zakładaliśmy, że żeby mutanaza zaczęła działać, to potrzebuje 2-3 minut. Nikt tak długo zębów nie myje. Studenci mieli więc robić to trzy razy po minucie. Nie wiem, czy tego przestrzegali. Robili to w domu, nikt ich nie pilnował. Mogło być różnie.

Pasty, płyny, a może gumy?

Gdy się powiedziało A, trzeba powiedzieć B.

– Nie było odwrotu, musieliśmy rozpocząć kolejną fazę badań, czyli przygotowanie do wdrożenia – mówi szef instytutu.

Badanie dla przyszłego produktu zrobiła duża warszawska pracownia specjalizująca się w rynku farmaceutycznym. Na tapetę wzięła rynek polski, unijny i światowy.

Przebadano tysiąc stomatologów i tysiąc pacjentów. Powstało siedem tomów dokumentów. A w nich: ocena szans i zagrożeń, badanie potencjału rynków, wymogi i ograniczenia dla komercjalizacji, wycena i prognoza sprzedaży do 2020 r.

– Opracowaliśmy technologię, mamy substancję czynną, kolejny problem to nośnik. My tego nie robiliśmy, bo naszym zadaniem było wprowadzenie na rynek samego enzymu – mówi profesor.

Ale nie byłby sobą, gdyby nie zaprzątało mu to głowy. Stąd pierwsze wnioski. Pasta do zębów? Niekoniecznie, bo musiałaby mieć taki skład, by przez rok enzym nie stracił aktywności i można było ją przechowywać nie w lodówce, a na półce w łazience.

Płyny? Lepsze, bo zęby płucze się ok. 3 minut. Idealne wydają się nakładane na noc nakładki i żele stomatologiczne. Ale ile osób je stosuje? Mutanaza świetnie sprawdziłaby się też w środkach do czyszczenia aparatów protetycznych.

A może gumy do żucia?

– Chcieliśmy przebadać stabilność enzymów w gumie, ale mieliśmy ogromny problem w zdobyciu bazy. Okazuje się, że nawet jeśli jakieś gumy są produkowane w Polsce to już tylko na zachodnich technologiach. Gdy w końcu otrzymaliśmy pozwolenie na zakup 1,5 kg takiej bazy, to umowa była tak skonstruowana, że rektor nie zgodził się jej podpisać. Była bardzo dla nas niekorzystna – opowiada profesor.

Wywiad gospodarczy działa

Od kilku lat UMCS docenia wybitne osiągnięcia i odkrycia naukowe przyznając Nagrodę Naukową "Marii Curie”. W tym roku dyplomy i szklane statuetki trafiły do "rodziców” mutanazy: prof. Janusza Szczodraka, dr hab. Małgorzaty Pleszczyńskiej i dr. hab Adriana Wiatera. Każdy z członków zespołu otrzymał też odznakę honorową "Za zasługi dla wynalazczości” nadaną przez prezesa Rady Ministrów. A 150 stron szczegółowego przepisu na "Przemysłową technologię produkcji mutanazy”, jako poufny dokument know-how został złożony na uczelni.

– I na tym nasza rola się kończy – mówi szef zespołu naukowców. Profesorowi marzy się wspólny projekt: uczelnia daje patent i technologię, a przedsiębiorca buduje linię i produkuje próbną partię. – Wiem, że jest już kilka ofert. Chciałbym, by nasza technologia została w Polsce, ale się nie upieram. Tym bardziej że czasu jest coraz mniej. W USA ten enzym już pojawił się na rynku – w paście do zębów i jako dodatek do wody dla psów i kotów (by zniwelować przykry zapach z pyska).

Zestaw produktów zawierających mutanazę oferuje firma Biotene.

– Podejrzewam, że w 2005 r., gdy o naszych pracach zrobiło się w Polsce głośno, Amerykanie przyspieszyli badania. Prac naukowych na ten temat nie ma żadnych. Podejrzewam więc, że było to robione w firmie biotechnologicznej. Mamy tę pastę. Zachowuje się podobnie jak nasze produkty – mówi profesor.

Gdy pytam o dalsze plany uśmiecha się. – Większość tych badań została zamknięta, ale w nauce nic się nie kończy. Można by jeszcze raz wrócić do genetyki i spróbować stworzyć np. produkujące mutanazę drożdże. To takie moje marzenie.