Badanie rozkładu ftalanów kluczem do sukcesu studentów w finale konkursu iGEM w Paryżu. Rozmowa z Mateuszem Rudnickim

– Jesteśmy bardzo dumni z tego, że jesteśmy pierwszym zespołem z Polski od czterech lat, który wziął udział w konkursie oraz że udało nam się zdobyć pierwszy od siedmiu lat złoty medal – mówi Mateusz Rudnicki, lider studenckiego zespołu IFB-Gdansk; student drugiego stopnia kierunku biotechnologia na Międzyuczelnianym Wydziale Biotechnologii UG i GUMed. Zespół IFB-Gdańsk reprezentował Wydział w konkursie iGEM 2023, gdzie przedstawiony przez studentów projekt został nagrodzony złotym medalem. Co dokładnie zaprezentowali studenci i jakie są ich plany na przyszłość?

Szymon Gronowski: Na początku listopada zespół IFB-Gdańsk, którego jesteś liderem otrzymał złoty medal na międzynarodowym konkursie biologii syntetycznej iGEM. Na czym polega konkurs?

Mateusz Rudnicki: Jest to największy na świecie konkurs biologii syntetycznej zapoczątkowany przez Massachusetts Institute of Technology w 2003 roku. Od dwudziestu lat coraz bardziej rozwija się na skalę międzynarodową. Aktualnie bierze w nim udział około czterystu zespołów studenckich z całego świata. Jest to konkurs akademicki, ale biorą w nim udział również uczniowie szkół średnich. Głównym celem iGEM-u jest rozwój biologii syntetycznej i wykorzystanie nowoczesnych metod biotechnologii oraz identyfikacja problemów, które wpływają na lokalną społeczność. Nacisk jest stawiany na opracowanie rozwiązania, które będzie można później przeskalować na skalę globalną.

Co należy przygotować i jakie rozwiązania należy przedstawić? Jakie są wymagania dla grup, które zgłaszają się do tego konkursu?

Tak jak wspomniałem, trzeba wykorzystać biologię syntetyczną i nowoczesne techniki biotechnologiczne do rozwiązania wybranego przez siebie problemu. My skupiliśmy się na bioremediacji, ale kategorii konkursowych, do których przyporządkowywane są projekty jest więcej. Wśród nich są na przykład: rolnictwo, diagnostyka i terapie, zastosowanie metod komputerowych w biotechnologii. Wachlarz jest bardzo szeroki. W ramach konkursu wyróżnia się kategorie wiekowe undergraduate oraz overgraduate. My wystartowaliśmy w tej młodszej grupie wiekowej, wszyscy mamy mniej niż 24 lata. Niestety niewiele polskich zespołów startuje w konkursie, ponieważ opłaty konkursowe są bardzo wysokie.

Jednym z Waszych pomysłów był prototyp filtra, o czym jeszcze za chwilę powiemy. Natomiast najpierw opowiedz proszę, kto jest w waszym zespole i czym na co dzień się zajmujecie?

Zespół składa się z jedenastu studentów. Większość studentów oraz wszyscy opiekunowie wywodzą się z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii UG i GUMed. W części technicznej oraz programistycznej wspiera nas również student Politechniki Warszawskiej. Opiekunem głównym jest dr hab. Robert Czajkowski, prof. UG, dr Katarzyna Węgrzyn, a naszym codziennym wsparciem jest również doktorant Marcin Borowicz, który powiedział mi o konkursie.

Z uwagi na bliskość Morza Bałtyckiego, nasz zespół zajął się zagadnieniami wody i Bałtyku. Tak trafiliśmy na temat związków endokrynnie czynnych. Ponieważ temat zanieczyszczenia plastikiem jest znany, my chcieliśmy podejść trochę w innym kierunku do tematu, który nie był jeszcze zbadany i zbudować podwaliny pod rozwiązanie problemu. Wybraliśmy grupę związków, która nazywa się ftalany, ponieważ był to jeszcze niezaadresowany temat. Widzieliśmy tutaj możliwość wykorzystania technik biotechnologicznych w rozkładaniu tych szkodliwych związków. Na bazie literatury udało nam się odnaleźć enzymy i ścieżkę degradacji tych związków.

Czym w ogóle są ftalany oraz związki endokrynnie czynne? Dlaczego są one szkodliwe?

Związki endokrynnie czynne to grupa związków chemicznych, które przez swoją strukturę chemiczną są podobne do hormonów steroidowych występujących w organizmie zwierząt. Mogą one wchodzić w interakcje z receptorami hormonów, przez co zaburzają te delikatnie kontrolowane procesy w organizmie człowieka. Ftalany to związki chemiczne stosowane szeroko w przemyśle w roli plastyfikatorów. Dodawane są do wyrobów plastikowych w celu zmiany ich właściwości mechanicznych i nadania im większej giętkości. Występują między innymi w plastikowych butelkach. Mogą przedostawać się do wody, a ponieważ nie są biodegradowalne, niestety akumulują się w środowisku. Zajęliśmy się tym tematem i tymi związkami, bazując na analizach projektu NonHazCity. Brał w nim udział również Uniwersytet Gdański, który badał zanieczyszczenia chemiczne w Morzu Bałtyckim.

Na czym skoncentrowała się Twoja grupa?

W części biologicznej projektu wybraliśmy ścieżkę degradacji, czyli rozkładu złożonych związków chemicznych na prostsze i postawiliśmy sobie za cel wyprodukowanie zestawu enzymów, które ją umożliwią. Zastanawialiśmy się, jak zaimplementować to w prawdziwym życiu. Tak narodził się pomysł stworzenia filtra. Na podstawie literatury odnaleźliśmy białka, które umożliwią umieszczenie tych enzymów w jakimś materiale. W naszym przypadku białka zaprojektowaliśmy tak, żeby przyłączyć je do celulozy, czyli biodegradowalnego materiału. Taką celulozę możemy zastosować w różnego typu filtrach. My w swoim projekcie opracowaliśmy prototyp filtra, którego działanie jest bardzo proste. Jest to pojemnik, do którego wpływa i z którego wypływa woda. W środku umieścilibyśmy nasze enzymy immobilizowane na fragmentach celulozy. Mieszanie wody umożliwiłoby efektywny rozkład tych ftalanów. Taki projekt umożliwia przetestowanie naszych założeń na papierze w większej skali niż probówki laboratoryjne, bardziej zbliżonej do rzeczywistego zastosowania. Jednocześnie, myśląc o rzeczywistym zastosowaniu ten filtr może być modyfikowany tak, żeby pasował do potrzeb danego zastosowania.

Jaką formę docelowo może przybrać taki filtr?

Aby podać, w jakiej skali konkretnie możemy to zastosować, potrzebujemy jeszcze trochę badań nad wybranymi enzymami. Żeby zwiększyć wpływ naszego rozwiązania na środowisko, zastanawialiśmy się nad zastosowaniem przemysłowym, np. w oczyszczaniu wody z fabryk, które produkują plastik. Sprawdzaliśmy też, jakby to wyglądało w oczyszczalniach ścieków, czyli w miejscach, w których środowisko i czas kontaktu wody z naszym rozwiązaniem może być kontrolowany.

Jak wyglądały Wasze przygotowania do tego konkursu? Ile pracy poświęciliście na to wszystko?

Warto zaznaczyć, że w iGEMie zespoły nie rywalizują tylko między sobą. Raczej współpracują tak, żeby każdy mógł zrobić jak najlepszy projekt zgodnie ze swoimi możliwościami. Medale brązowe i srebrne przyznawane są za spełnienie określonych kryteriów, podczas gdy medal złoty jest przyznawany za szczególne osiągnięcia w trzech wybranych przez siebie kategoriach z podanej tam listy. Zatem medale przyznawane są większej liczbie zespołów. Nam udało się zrobić duże wrażenie na sędziach w kategorii działań edukacyjnych, inżynierii genetycznej oraz w dziedzinie przedsiębiorczości. Nad projektem pracowaliśmy prawie rok. Zaczęliśmy interesować się konkursem w listopadzie 2022 roku. Z uwagi na to, że od wielu lat nie było w nim przedstawicieli Polski, musieliśmy bardzo dużo czasu spędzić nad zrozumieniem idei konkursu. Same zasady konkursu i formuła nie były proste, ale udało się. Zebraliśmy bardzo zaangażowany zespół i od samego początku wszyscy wkładaliśmy wiele pracy w to, żeby opracować odpowiedni pomysł i planować wspólnie kolejne działania.

Co było dalej?

Na początku, jeszcze nie wiedząc, czy w ogóle wystartujemy w konkursie, wiele pracy włożyliśmy w samo opracowanie projektu. Zaczęliśmy szukać wsparcia wśród uczelni oraz innych organizacji. W efekcie udało się pozyskać siedemnastu partnerów i sponsorów naszego projektu, którzy umożliwili nam udział w konkursie. Następnie przyszedł etap planowania pracy, ponieważ był to dla nas pierwszy samodzielny projekt, w którym sami musieliśmy opracować doświadczenia, wybrać i zamówić odczynniki. Główna część prac w laboratorium, trwała zgodnie z założeniami konkursu około trzy miesiące. Pracowaliśmy w trakcie wakacji i we wrześniu. Jednocześnie pracowaliśmy nad innymi aspektami tego projektu, czyli między innymi działalnością edukacyjną, którą zainicjowaliśmy już w maju.

Na czym polegała działalność edukacyjna?

Staraliśmy się trafić do jak najszerszej i zróżnicowanej grupy odbiorców. Taki był nasz cel. Prowadziliśmy między innymi warsztaty dla uczniów szkół średnich. Udało nam się to zrobić w pięciu szkołach w Gdańsku, Włocławku i Toruniu. Podczas tych warsztatów uczniowie sami mogli przygotować swoje projekty. Braliśmy także udział w Pikniku Nauki Fahrenheita. Chcieliśmy dotrzeć między innymi do rodzin z dziećmi. Przedstawiliśmy także nasz projekt podczas wydarzeń dla studentów na Wydziale Biotechnologii. Zorganizowaliśmy też biologiczny pub quiz, żeby wyjść poza mury uczelni.

Jakie zainteresowanie wzbudzały Wasze działania?

Nad tym, jakie zainteresowanie wzbudzą nasze działania edukacyjne zastanawialiśmy się, kiedy odwiedzaliśmy licealistów, ale bardzo zaskoczył nas zarówno ich poziom zaangażowania, jak i pomysły, na jakie wpadli. Pomimo że w szkole średniej mało jest zagadnień związanych z biotechnologią, to jednak uczniowie byli w stanie dobrze zidentyfikować lokalne problemy i zaproponować możliwe do wykonania rozwiązania biotechnologiczne.

Co się działo dalej w ramach projektu konkursowego?

W związku z naszą działalnością podjęliśmy współpracę również z firmami. Dostaliśmy zaproszenie i odwiedziliśmy firmę BIOTON. Jest to jeden z największych producentów insuliny na świecie, którego fabryka znajduje się w Warszawie. Tam zobaczyliśmy, jak wygląda prowadzenie procesów biotechnologicznych na dużą skalę. Odwiedziliśmy również oczyszczalnię ścieków w Toruniu, żeby zobaczyć, jak wygląda cały ten proces i jakie są możliwości zastosowania naszego filtra. Pytaliśmy opinię publiczną, jakie ma poglądy na nasz projekt. Rozmawialiśmy między innymi z lekarzem endokrynologiem, a także z innymi zespołami biorącymi udział w konkursie iGEM na temat zanieczyszczeń wody, świadomości czy działań podejmowanych w tym celu w ich krajach.

Przejdźmy do samego konkursu, którego finał odbywał się w Paryżu. Jak to wszystko wyglądało?

Przed finałem przygotowaliśmy jeszcze stronę internetową, na której opisaliśmy dokładnie cały przebieg projektu oraz zamieściliśmy prezentację wideo ze streszczeniem podjętych przez nas działań. Na tej podstawie projekt był oceniany. Udało nam się pojechać również na finał konkursu do Paryża, w którym przez trzy dni prezentowaliśmy swój projekt przed sędziami i innymi zespołami. Mieliśmy również własne stoisko, na którym mogliśmy porozmawiać ze wszystkimi zainteresowanymi oraz odwiedzić inne zespoły. Ostatniego dnia było podsumowanie wyników.

I okazało się, że osiągnęliście ogromny sukces, zdobyliście złoty medal. Powiedz, jakie macie wrażenia i odczucia już po zakończonym konkursie?

Dwa tygodnie po finale odsypialiśmy. Tuż przed, na sam koniec mieliśmy intensywny maraton. Odczucia są bardzo pozytywne. Była to naprawdę świetna okazja do rozwoju w wielu obszarach, o których nawet nie myśleliśmy, kiedy zaczynaliśmy przygotowania do udziału w konkursie. Oprócz samodzielnej pracy naukowej, trzeba było jeszcze opanować takie umiejętności jak zbieranie funduszy, prowadzenie różnego typu interdyscyplinarnej działalności. Wymagało to bardzo dużego zaangażowania. Dalej jestem pod wrażeniem tego, jak dużo serca i poświęcenia włożył w to cały zespół. Było to świetne doświadczenie, bardzo otwierające oczy na to, jak nauka funkcjonuje nie tylko w Polsce, ale również za granicą – na całym świecie.

Wiemy już, że wasz sukces w Paryżu nie oznacza końca projektu. Jakie są Wasze plany na przyszłość?

Z racji ograniczonego czasu konkursu nie udało nam się spełnić wszystkich naszych wstępnych założeń, dlatego będziemy chcieli to kontynuować. Aktualnie omawiamy plany kontynuowania części laboratoryjnej, żeby uzyskać więcej wyników i złożyć w całość wszystkie elementy, które planowaliśmy. Jednocześnie chcielibyśmy wykorzystać doświadczenia związane z przedsiębiorstwami biotechnologicznymi i spróbować zbadać dalsze możliwości komercjalizacji tych wyników. Myślimy o akceleratorach startupowych.

Jesteśmy bardzo dumni z tego, że jesteśmy pierwszym zespołem z Polski od czterech lat, który wziął udział w konkursie oraz że udało nam się zdobyć pierwszy od siedmiu lat złoty medal. Pokazaliśmy, że w Polsce można osiągać wyniki na poziomie najlepszych uczelni na świecie i współpracować z nimi na tym samym poziomie.

Gratuluję i dziękuję za rozmowę.

Dziękuję.

Rozmawiał Szymon Gronowski

Fot. Maksymilian Dalecki