Nauka przez eksperymentowanie

Mogą nie tylko obserwować, ale też samodzielnie tworzyć cały proces biotechnologiczny, przechodząc wszystkie jego etapy. Ten unikatowy w skali kraju kurs prowadzony w Zakładzie Biotechnologii Farmaceutycznej Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu pozwala studentom trzeciego roku farmacji wcielić się w prawdziwych badaczy. Zwykle z możliwości podobnych laboratoriów korzysta się jedynie w związku z badaniami naukowymi, a nie na poziomie kształcenia uniwersyteckiego. Na UMW jest inaczej.

Alicja Giedroyć

– Wcześniej taki kurs organizowaliśmy dla studentów V roku, ale zdecydowaliśmy się dać taką możliwość młodszym rocznikom – tłumaczy dziekan Wydziału Farmaceutycznego UMW dr hab. Marcin Mączyński, prof. UMW. – Teraz już studenci III roku farmacji odbywają kurs biotechnologii farmaceutycznej w laboratorium. To wyjątkowa forma zajęć w skali kraju, w ramach której studenci mogą zapoznać się z procesami biotechnologicznymi od podstaw, prowadząc samodzielnie hodowlę bogatego w substancje biologicznie czynne materiału roślinnego w warunkach in vitro.

– Rośliny, nawet te najbardziej niepozorne, są jak gigantyczna fabryka chemiczna – mówi kierownik Zakładu Biotechnologii Farmaceutycznej UMW dr hab. Sylwia Zielińska, prof. UMW, która oprowadza nas po laboratorium biotechnologicznym. – Produkują wiele związków, z których część jest dla człowieka cenna ze względu na lecznicze właściwości. Znajdują zastosowanie w farmacji czy kosmetologii, ale żeby z nich korzystać na masową skalę, nie wystarczą tradycyjne uprawy. Tylko w warunkach laboratoryjnych można wyeliminować niekorzystne czynniki środowiska, stwarzając swoistym roślinnym bioreaktorom warunki do produkcji farmakologicznie czynnych substancji, zwanych inaczej metabolitami wyspecjalizowanymi. Laboratorium Zakładu Biotechnologii Farmaceutycznej zostało stworzone specjalnie do tego celu.

Tematykę badawczą opartą na roślinnych hodowlach tkankowych w Katedrze Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej zapoczątkował prof. Adam Matkowski i od prawie 20 lat kontynuuje ją dr hab. Sylwia Zielińska, prof. UMW, która m.in. czuwała nad projektem wykonania i wyposażenia laboratorium roślinnych kultur in vitro w nowej siedzibie Wydziału Farmaceutycznego. Wraz z zespołem, tzn. dr Weroniką Kozłowską, dr Anną Jezierską-Domaradzką, mgr Marią Malicką i przy wsparciu kierownika katedry, a także dziekana Wydziału Farmaceutycznego, wciąż udoskonala techniki badawcze i doposaża laboratorium kultur in vitro, podejmując liczne współprace krajowe i zagraniczne, a także zdobywając fundusze z grantów badawczych.

W laboratorium, służącemu nie tylko pracom naukowym, ale też dydaktycznym, znajdują się pokoje hodowlane (tzw. fitotrony) oraz mniejsze mobilne komory fitotronowe wyposażone w najnowocześniejszy typ oświetlenia, regulację temperatury i wilgotności, umożliwiające sterowanie kierunkiem odpowiedzi morfogenetycznej hodowanych organów i tkanek roślinnych. Kultury in vitro prowadzone są na mniejszą i większą skalę w zależności od potrzeb. W tym celu stosuje się m.in. kolby umieszczane na wytrząsarkach czy łańcuchowe systemy bioreaktorowe zapewniające reżim hodowlany.

W czasie ćwiczeń laboratoryjnych studenci pracują na żywych obiektach, ucząc się inicjacji kultur in vitro, a następnie hodowli wyselekcjonowanego materiału i obserwacji procesu produkcji w nich substancji leczniczych. Najlepszymi modelowymi gatunkami roślin do celów dydaktycznych są te, które w relatywnie krótkim czasie wielokrotnie zwiększają swoją biomasę i produkują duże ilości substancji o charakterze barwnym, które są wydzielane do podłoży hodowlanych. Dzięki takiemu podejściu studenci na przestrzeni kilku tygodni kursu są w stanie ocenić wynik zabiegów biotechnologicznych, których się podjęli w celu pozyskania związków farmakologicznie czynnych z żywych organizmów. Transfer materiału i hodowle odbywają się w ścisłym reżimie warunków aseptycznych.

Studenci uczą się m.in., jak manipulować żywym obiektem na potrzeby produkcji związków leczniczych. Uczestniczą w prostych zabiegach opierających się na suplementacji podłoży hodowlanych prekursorami związków docelowych, składnikami odżywczymi czy elicytorami biotycznymi i abiotycznymi, poznają też techniki transformacji materiału roślinnego przy pomocy wektora bakteryjnego – popularnie stosowanego Agrobacterium rhizogenes.

– Szczególnie cenna w hodowli jest tkanka przyranna, zwana kalusem, wykształcana przez rośliny w miejscach ich zranienia. Jest to grupa komórek niezróżnicowanych histologicznie, jednak zdolnych do produkcji związków biologicznie czynnych. Z pojedynczej komórki kalusowej możliwe jest także odtworzenie całego organizmu potomnego. To właściwość roślin odróżniająca je od świata zwierząt, czyli tzw. totipotencja morfologiczna i chemiczna, niezwykle cenna cecha w procesie pozyskiwania substancji leczniczych ze źródeł naturalnych – tłumaczy dr hab. Sylwia Zielińska, prof. UMW.

Fot. Tomasz Modrzejewski