Co za chemia! Antyoksydanty i konserwanty żywności XXI w. – interdyscyplinarne badania chemików Katedry Chemii, Biologii i Biotechnologii.

12-03-2021

Interdyscyplinarne badania chemików z Katedry Chemii, Biologii i Biotechnologii PB mają na celu poszukiwanie nowych substancji o właściwościach antyoksydacyjnych i przeciwdrobnoustrojowych, które mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym, biotechnologicznym lub farmaceutycznym.

Obecnie w Katedrze Chemii, Biologii i Biotechnologii realizowane są dwa granty Narodowego Centrum Nauki: nr 2018/29/B/NZ9/01997 pt. „Badania zależności między strukturą molekularną a aktywnością biologiczną związków pochodzenia naturalnego o potencjalnym działaniu konserwującym i ich kompleksów z metalami”, oraz nr 2018/31/B/NZ7/03083 pt. „Nowe pochodne roślinnych kwasów karboksylowych jako aktywne składniki biopreparatów bezpiecznych dla człowieka i środowiska naturalnego”. Kierownikiem obu projektów jest prof. Włodzimierz Lewandowski.

Fot. 1. Prof. zw. dr hab. Włodzimierz Lewandowski – kierownik grantów NCN realizowanych w Katedrze Chemii, Biologii i Biotechnologii

dr hab. Monika Kalinowska, Prof. PB - kierownik Katedry Chemii, Biologii i Biotechnologii

Fot. 2. dr hab. Monika Kalinowska, Prof. PB – kierownik Katedry Chemii, Biologii i Biotechnologii

Projekt pt. „Badania zależności między strukturą molekularną a aktywnością biologiczną związków pochodzenia naturalnego o potencjalnym działaniu konserwującym i ich kompleksów z metalami” realizowany jest w ramach konsorcjum z Wydziałem Chemii Uniwersytetu w Białymstoku. Jego celem jest przeprowadzenie kompleksowych badań spektroskopowych oraz zbadanie aktywności mikrobiologicznej i przeciwutleniającej wybranych związków o potwierdzonych właściwościach przeciwdrobnoustrojowych występujących w roślinie Origanum vulgare (lebiodka pospolita). Chcemy uzyskać odpowiedź na pytanie, jakie elementy budowy chemicznej tych związków mają największy wpływ na aktywność biologiczną? Czy i w jaki sposób tworzenie kompleksów metali z ligandami pochodzenia roślinnego wpłynie na poprawę ich właściwości fizykochemicznych i biologicznych? Lepsze rozumienie zależności między strukturą molekularną a aktywnością biologiczną związków, oraz mechanizmu oddziaływania pomiędzy kompleksami metali a modelowymi błonami biologicznymi lub komórkami mikroorganizmów, otworzy nowe możliwości projektowania substancji o właściwościach konserwujących. Wyniki badań pozwolą poszukiwać nowych substancji o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych nie metodą „prób i błędów”, ale racjonalnie je projektować. Zakładamy, że niektóre z badanych związków będą miały lepsze właściwości niż obecnie stosowane konserwanty. Ponadto substancje oparte na naturalnych ligandach kompleksowanych makro- i mikroelementami, mogą być bezpieczniejsze dla zdrowia człowieka niż obecnie stosowane konserwanty żywności.

Projekt pt. „Nowe pochodne roślinnych kwasów karboksylowych jako aktywne składniki biopreparatów bezpiecznych dla człowieka i środowiska naturalnego” realizowany jest w ramach konsorcjum z Instytutem Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego w Warszawie. Celem projektu jest poprawa biodostępności wybranych roślinnych związków fenolowych. Aktywność biologiczna (w tym antyutleniająca) związków fenolowych jest silnie determinowana ich strukturą molekularną. Niestety organizm ludzki metabolizuje i przyswaja związki fenolowe tylko w nieznacznym stopniu. Ich biodostępność, przenikalność przez bariery tkankowe i komórkowe, a zatem aktywność terapeutyczna są znacznie ograniczone. Jedną z metod pozwalających na poprawę biodostępności związków chemicznych jest tworzenie soli i kompleksów z metalami, które wpływając na zmiany w strukturze i w rozkładzie gęstości elektronowej cząsteczki mogą poprawić jej lipofilowość, rozpuszczalność, stabilność w środowisku komórkowym oraz wzmocnić oddziaływania z błonami komórkowym.

fotografia, laborantka na stanowisku badawczym.

fotografia, rozdrabnianie preparatu do badań.

Fot. 3 i 4. Pozyskiwanie związków biologicznie czynnych z produktów naturalnych

Badania prowadzone są w laboratoriach wyposażonych w wysoce wyspecjalizowaną aparaturę chemiczną:

LABORATORIUM METOD SPEKTROSKOPOWYCH I CHROMATOGRAFICZNYCH
• Spektrofotometr podczerwieni Agilent Cary 630 FT-IR
• Spektrotometr ramanowski: Bruker MULTIRAM
• Spektrofotometry UV/Vis: Agilent Cary 5000, Nanocolor UV/Vis Macherey-Nagel
• Chromatograf cieczowy HPLC-DAD, Agilent 1260 Infinity
• Wydajny komputer do obliczeń kwantowo-mechanicznych wyposażony w program Gaussian09W

fotografia, dr inż. Grzegorz Świderski przy ekranie komputera

fotografia, wkładanie próbki do aparatury pomiarowej

Fot. 5-6. W Laboratorium Metod Spektroskopowych i Chromatograficznych wykonywane są kompleksowe badania właściwości spektroskopowych oraz aktywności antyoksydacyjnej biologicznie ważnych molekuł

LABORATORIUM BADAŃ PRODUKTÓW NATURALNYCH I BIOMASY
• Analizator elementarny CHNS 2400 series II Perkin-Elmer
• Termograwimetr TG/DTA Perkin-Elmer
• Kalorymetr IKA 6000 z możliwością oznaczania chlorków

fotografia, dr hab. Monika Kalinowska oraz dr hab. Mariola Samsonowicz przy aparaturze pomiarowej

Fot. 7 i 8. W Laboratorium Badań Produktów Naturalnych i Biomasy wykonywane są analizy właściwości termicznych oraz składu elementarnego otrzymanych w wyniku syntezy nowych kompleksów metali.

Kluczem do sukcesu chemików KChBB jest ścisła współpraca ze specjalistami z różnorodnych dziedzin, w tym: biologii, fizyki, farmacji, mikrobiologii, chemii medycznej oraz technologii żywności. Gwarantuje to kompleksowe przeprowadzenie badań oraz wykonalność realizowanych projektów. Oprócz wymienionych wyżej jednostek naukowych, projekty realizowane są w ramach współpracy z: MD Anderson Cancer Centre, University of Texas, USA; Narodowym Instytutem Leków w Warszawie; Warszawskim Uniwersytetem Medycznym; Uniwersytetem w Białymstoku; Hebrew University of Jerusalem, Izrael.

Należy podkreślić, że chemicy zrealizowali dotychczas już 18 grantów KBN, MNiSW lub NCN, opublikowali ponad 150 publikacji w wysoko punktowanych czasopismach naukowych z listy JCR oraz uczestniczyli w ponad 50 międzynarodowych konferencjach naukowych.

Wyniki dotychczasowych badań realizowanych w ramach ww. projektów zostały opublikowane:
https://www.mdpi.com/1996-1944/13/14/3102
https://www.mdpi.com/1996-1944/13/19/4454
https://www.mdpi.com/1996-1944/13/22/5106
https://doi.org/10.15244/pjoes/110042
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S100107422030022X
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935120304047?via%3Dihub
https://journals.pan.pl/Content/118690/PDF/Archives%20vol%2046%20no%204pp10-22.pdf?handler=pdf

Osoba do kontaktu dr hab. Monika Kalinowska, prof. PB : m.kalinowska [at] pb.edu.pl