Ilgtspējīgas un multimodālas bakteriālas platformasizstrāde ādas un mīksto audu infekciju ārstēšanai
1.1.1.3-1. Praktiskas ievirzes pētījumi
Projekta Nosaukums: “Ilgtspējīgas un multimodālas bakteriālas platformasizstrāde ādas un mīksto audu infekciju ārstēšanai”
Projekta līguma numurs: Nr. 1.1.1.3/1/24/A/062
Projekta īstenošanas termiņš: 01.09.2025. - 31.08.2028. (36 mēneši)
Projekta kopējais finansējums: 656 455.14 EUR (ERAF 510 065.64 EUR; Valsts budžeta finansējums 89 934.35 EUR; Privātās attiecināmās izmaksas 56 455.14 EUR)
Projekta vadītājs: LU Medicīnas un dzīvības zinātņu fakultātes /Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūta vad.pētnieks Dr.biol. Reinis Rutkis
Projekta administratīvais vadītājs: Laureta Buševica, e-pasts: laureta.busevica@lu.lv
NACE klasifikators: 72.11 - Pētījumu un eksperimentālo izstrāžu veikšana biotehnoloģijā
Galvenā RIS3 Joma: Biomedicīna, medicīnas tehnoloģijas, farmācija
Saistīta RIS3 Joma: Zināšanu ietilpīga bioekonomika
Atslēgvārdi: antimikrobiālie peptīdi (AMP), levāns, mīksto audu infekcijas (SSTI), Zymomonas mobilis, ESKAPE patogēni.
Projekta mērķis: ir izstrādāt ilgtspējīgu un ekonomiski izdevīgu multimodālu Zymomonas mobilis pielietojumu antimikrobiālo peptīdu (AMP) un levāna ražošanai, kas paredzēts ādas un mīksto audu infekciju (SSTI) ārstēšanai.
Lai sasniegtu prjekta mērķi, tiks izveidota augsti kvalificēta zinātniskā komanda, kas veicinās sadarbību starp zinātniskajām institūcijām, nozares partneriem un starptautiskajiem akadēmiskajiem sadarbības partneriem. Projektā aktīvi piedalīsies bakalaura un doktorantūras studenti, izstrādājot diplomdarbus un veicinot zināšanu izplatīšanu, publicējot rezultātus augsta ietekmes faktora zinātniskajos žurnālos.
Ādas un mīksto audu infekcijas ir vienas no izplatītākajām bakteriālajām infekcijām cilvēkiem. Baktērijas, kas izraisa SSTI, arvien biežāk izrāda rezistenci pret plaši lietotām antibiotikām, un šobrīd tās veido vienu no galvenajām nozokomiālo patogēnu kategorijām. Šodien aptuveni 35% brūču tiek klasificētas kā hroniskas ar izplatības līmeni līdz 2% no visiem iedzīvotājiem. Visā pasaulē ikgadējās aplēses par hroniskām brūcēm ietver 4,5 miljonus spiediena traumu, 9,7 venozās kāju čūlas un 10 miljonus diabētisko pēdu čūlu (DFU). Eiropā tiek lēsts, ka DFU pārvaldības izmaksas ir EUR 4–6 miljardi gadā. Pieaugot hronisku brūču pacientu skaitam, paredzams, ka globālais brūču aprūpes produktu tirgus pieaugs ar kopējo salikto gada pieauguma tempu (CAGR) 5,37 % apmērā (2018.–2023. gadā), kā rezultātā globālie ieņēmumi līdz 2023. gadam būs 23,2 miljardi USD un līdz 2026. gadam sasniegs 34 miljardus USD.
AMPs ir daudzsološa alternatīva tradicionālajām antibiotikām, jo tās iedarbojas pret dažādiem baktēriju un sēnīšu celmiem. Tomēr pašreizējās AMP ražošanas metodes, piemēram, daļēji automatizēta cietās fāzes sintēze, ir neefektīvas un videi kaitīgas. Lai saražotu 1 kg 30-aminoskābes AMP, nepieciešamas aptuveni 6,5 tonnas šķīdinātāju. Līdz šim Escherichia coli ir visplašāk izmantotais saimniekorganisms, pateicoties izveidotajiem protokoliem un efektivitātei olbaltumvielu ražošanā, taču tam ir būtiski ierobežojumi. Mēs piedāvājam, ka etanolējošā alfa proteobaktērija Zymomonas mobilis varētu būt labāka alternatīva E. coli antimikrobiālo līdzekļu ražošanai, kas paredzēti SSTI ārstēšanai, ar papildu potenciālu ražot specifiskus brūču dziedēšanas savienojumus. Z. mobilis ir fakultatīvi anaeroba baktērija, kas pazīstama ar savu dabisko antimikrobiālo aktivitāti, pateicoties aerobās fermentācijas skābajiem blakusproduktiem. Turklāt esam pierādījuši, ka Z. mobilis izrāda ārkārtīgi augstu rezistenci pret virkni spēcīgu AMP, kas padara to par daudzsološu AMP ražotāju. Atšķirībā no E. coli, kas nav GRAS (vispāratzīta kā droša) mikroorganisms, Z. mobilis nav citotoksisks dermas šūnu līnijām un ir klasificēts kā GRAS mikroorganisms. Tāpēc tās izmantošana AMP ražošanai varētu novērst nepieciešamību pēc plašām gala produktu attīrīšanas stadijām, jo AMP saturoši Z. mobilis šūnu ekstrakti varētu tikt tieši izmantoti gala produktos, ievērojot kosmētikas nozares praksi.
Z. mobilis ir labi zināms levāna, spēcīga fruktozes biopolimēra ar nozīmīgām medicīniskām īpašībām, īpaši brūču dziedēšanai, ražotājs. Šajā projektā levāna producēšana tiks stratēģiski integrēta ar AMP ekspresiju Z. mobilis. Nodrošinot vienlaicīgu levāna un AMP producēšanu vienā kultivēšanas procesā, Z. mobilis baktēriju platforma samazinās ražošanas izmaksas un novērsīs bīstamu šķīdinātāju izmantošanu pēcapstrādes procesā. Tādējādi šī Z. mobilis platforma nodrošinās ekoloģiski ilgtspējīgu un izmaksu ziņā efektīvu risinājumu, nodrošinot uzlabotu terapeitisko efektivitāti SSTI ārstēšanā un brūču dziedēšanā.
Projekta rezultāti būs:
Multimodāla baktēriju platforma: Izstrādāta uz Zymomonas mobilis bāzes optimizēta sistēma, kas spēj vienlaicīgi ražot antimikrobiālos peptīdus (AMP) un levānu.
Ekonomiski izdevīga ražošanas metode: Radīts risinājums, kas būtiski samazina AMP ražošanas izmaksas, salīdzinot ar tradicionālo ķīmisko sintēzi.
Ekoloģiski ilgtspējīgs process: Novērsta bīstamu šķīdinātāju izmantošana pēcapstrādes procesos, izmantojot "zaļās ķīmijas" principus.
Terapeitiskie produkti (lizāti/filtrāti): Izstrādāti raksturoti šūnu ekstrakti lokālai lietošanai, kas satur gan AMP, gan levānu ādas un mīksto audu infekciju (SSTI) ārstēšanai un brūču dziedēšanai.
Zinātniskais pienesums: Publicēti pētījumu rezultāti augsta ietekmes faktora žurnālos un sagatavoti jauni speciālisti (bakalaura un doktorantūras darbi).
Sastāvdaļu drošuma raksturojums: Detalizēts izstrādāto sastāvdaļu ķīmiskais un bioloģiskais novērtējums kosmētiskiem un medicīniskiem lietojumiem.
Plānotās projekta darbības:
Zinātniskās komandas izveide: Starpdisciplināras grupas formēšana, iesaistot Latvijas Universitātes, SIA "Alternative Plants" un Maksa Planka institūta ekspertus.
Ģenētiskā inženierija un gēnu ekspresija: Z. mobilis platformas pielāgošana AMP ekspresijai, izmantojot specifiskus promotorus un plazmīdu vektorus.
Levāna ražošanas integrācija: Stratēģiska levāna producēšanas apvienošana ar AMP sintēzi vienā kultivēšanas procesā.
Kultivēšanas procesu optimizācija: Barotņu un procesu izstrāde, lai sasniegtu maksimālu biomasu un produktu titrus.
Analītiskā izpēte: Izstrādāto savienojumu (AMP un levāna) attīrīšana, frakcionēšana un analītiskā raksturošana, izmantojot organiskās ķīmijas metodes.
Drošuma un efektivitātes testi: Produktu iedarbības pārbaude uz dermas šūnu līnijām un to antibakteriālās aktivitātes novērtēšana pret ESKAPE grupas patogēniem.
Rezultātu izplatīšana: Publikāciju sagatavošana, dalība konferencēs un diplomdarbu izstrāde.
Ticis izstrādāta heterologu peptīdu dizains un ekspresijas shēma Z. mobilis un E. coli šūnās. Ir sekmīgi sagatvoti ekspresijas vektori un īstenoti pirmie ekspresijas eksperimenti.
Īstenoti eksprimenti biorektoros ar mēŗki optimizēt kiultivšnas apstākļus AMP ekspresijai par pamatmērķi izvēloties paaugstinātas biomasas ieguvi pirms AMP ekspresijas uzsākšanas.
Veikti pirmie eksprimenti, lai noskaidrotu biorektoros saražotā materiāla precipitācijas metodi AMP un Levāna ieguvei.
Ticis izstrādās testsistēmas dizains un eksperimentālā pieeja AMP saturošā Z. mobilis šūnu ekstraktu efektivitātes un drošuma novērtējumam.
"Izvietoti plakāti A3 formātā, kur ir attēlota Eiropas Savienības emblēma, ar informāciju par projekta nosaukumu , izpildes periodu, projekta kopējām izmaksām un ERAF līdzfinansējumu. Plakāti izvietoti Latvijas Universitātē un pie projekta partnera AP.
Sagatavota un ievietota informācija par projektu LU MDZF mājas lapā un projekta sadarbības partnera AP mājas lapā.
Ir sekvenēti iepriekšējā ceturksnī izveidotie ekspresijas vektori A produkcijai Z.mobilis un E. coli - ir 100% apstiprināta to sekvences atbilstība teorētiski sagaidāmajai. Uzsākts darbs pie His Tag saturošas AMP ekspresijas sistēmas izveides Z. mobilis.
Ir veikti proteināžu eksperimenti, lai noskaiodrotu Z. mobilis dabiski producēto komponentu un heterologi producēto AMP prooprcionālo ieguldījumu antimikrobiālo īpašību nodrošināšanā.
Turpināti pagājušājā ceturksnī uzsāktie eksprimenti, lai optimnizētu Z. mobilis saražotā Levāna un AMP un ekstrakciju.
Ir uzsākti eksperimenti Z. mobilis heterologu peptīdu ekspreējošo celmu drošuma un citotoksicitātes novērtēšanai izmantojot HaCaT šūnu līnijas.
Darbs pie kultivēšanas bioreaktoros - veikti eksperimenti pH, barbotāžas, barotnes sastāva u.c parametru optimizācijai.
Tika turpināta plakātu izvietotošana Latvijas Universitātē un pie projekta partnera AP tā arī aktuālās informācijas izvietošanu par projektu LU MDZF un projekta sadarbības partnera AP mājas lapā.