Dziś rozpoczynamy nasz inauguracyjny cykl spotkań z naukowcami z Instytutu Biotechnologii UR mającymi na celu przybliżyć tematykę biotechnologii oraz specyfikę pracy biotechnologia. Nie bez powodu cykl ten postanowiliśmy rozpocząć od rozmowy z Panem Profesorem Andriy'em Sybirnyy'm, który autorem licznych osiągnięć w dyscyplinie biotechnologia. Pan Profesor jest autorem ponad 150 artykułów naukowych, ponad 10 rozdziałów w monografiach naukowych oraz 4 patentów. Jego indeks cytowań H wynosi 36. Pan Profesor był kierownikiem 7 projektów naukowych, obecnie jest kierownikiem 2 aktualnie trwających, był wielokrotnie organizatorem licznych konferencji naukowych poświęconych tematyce drożdży, był też prelegentem licznych prestiżowych konferencji. Pan Profesor pełni także liczne funkcje w międzynarodowych organizacjach naukowych m.in. jest dyrektorem do spraw edukacji mikrobiologicznej Federacji Europejskich Towarzystw Mikrobiologicznych, jest laureatem licznych nagród i odznaczeń przyznanych za osiągnięcia naukowe, m.in., został niedawno wyróżniony prestiżową nagrodą Vebleo.  Jest czynnym liderem grupy badawczej zajmującej się inżynierią metaboliczną. Pan Profesor to także nauczyciel akademicki zatrudniony w Instytucie Biotechnologii UR, który w trakcie swojej kariery wypromował ponad 20 doktorantów.

Dlaczego warto zajmować się biotechnologia?

Biotechnologia, podobnie jaki inne nauki przyrodnicze, odkrywa tajemnice świata natury, jednak, w odróżnieniu od wielu innych nauk podstawowych, także pozwala na praktyczne wykorzystanie tej wiedzy. Tym samym poznawanie przyrody oraz procesów w niej zachodzących może inspirować naukowców do opracowywania nowych rozwiązań technologicznych.

Jaka jest według Pana Profesora różnica między typową biologią a biotechnologią?

Już po części odpowiedziałem na to pytanie. Biotechnologia, można powiedzieć, jest biologią stosowaną, czyli wykorzystującą wiedzę w praktyce. Na przykład zdobyta wiedza może być wykorzystana do pozyskiwania cennych związków chemicznych mających potencjalne zastosowanie np. w medycynie (antybiotyki, hormony), w rolnictwie (enzymy, naturalne środki ochrony roślin), przemyśle chemicznym (biomateriały, kwasy organiczne, barwniki, stabilizatory), spożywczym (biokonserwanty, aminokwasy, witaminy), czy sektorze energetycznym (bioetanol, biobutanol, biodizel). Przykładów można mnożyć. 

Kiedy Profesor zainteresował się biotechnologią?

Zainteresowałem się biotechnologią bardzo dawno, jeszcze w 80-ch latach ubiegłego stulecia, kiedy to zacząłem badać zjawisko nadprodukcji ryboflawiny (witamina B2) u tak zwanych „drożdży flawinogennych”. Te prace rozpocząłem pod kierownictwem znanego ukraińskiego mikrobiologa, który pracował w latach powojennych we Lwowie, prof. Georgija Szawłowskiego. Prof. G. Szawłowski był absolwentem polskiego liceum w Kowlu na Wołyniu, przyjaźnił się i współpracował z członkiem PAN, prof. Zbigniewem Lorkiewiczem z UMCS w Lublinie. Należy zaznaczyć, że witamina B2 jest niezwykle pożądanym na rynku produktem biotechnologicznym, gdyż wykorzystuje się ją m.in., w rolnictwie jako dodatek do pasz, w medycynie i przemyśle spożywczym. Światowy rynek ryboflawiny jest dość duży, bo wynosi około 7 tysięcy ton a jej wartość wynosi około 0,5 miliarda dolarów rocznie. Polska na razie nie produkuje własnej ryboflawiny. To drugi według ilości dodatek do pasz po aminokwasu lizynie. Witaminę B2 produkują firmy biotechnologiczne z  udziałem bakterii Bacillus subtilis (głównie Holandia, Chiny) oraz grzyba nitkowatego Ashbya gossypii (głównie Niemcy). Wcześniej produkowano tą witaminę z użyciem drożdży Candida famata w USA, jednak mikroorganizm ten okazał się genetycznie niestabilnym i produkcja z udziałem drożdży musiała zostać zatrzymana. Mój zespół otrzymał bardzo stabilne genetycznie szczepy drożdży Candida famata mające zdolność produkcji ryboflawiny. Należy jednak zaznaczyć, że chodzi nie tylko aby mikroorganizm, który badamy produkował wydajnie ryboflawinę, ale  tak by wydajność tej produkcji była istotnie zwiększona w odniesieniu do już wykorzystywanych producentów. Z tego względu obecnie pracujemy m.in. nad tym aby tą wydajność istotnie zwiększyć w porównaniu do komercyjnie wykorzystywanych do produkcji witaminy B2 mikroorganizmów. Mamy już liczne sukcesy w tym obszarze, ale z całą pewnością mogę stwierdzić z perspektywy 40-letniego doświadczenia, że w tematyce bioinżynierii metabolicznej wciąż jest dużo do zrobienia.

Jakie Pana Profesora zdaniem jest największe odkrycie dokonane w historii badań z obszaru biotechnologii?

W mojej ocenie jest wiele bardzo ważnych osiągnieć w biotechnologii, które odmieniły nasze życie i bez których nasze życie trudno sobie wyobrazić. Podam tylko 2 przykłady. Dzięki opracowaniu metod klonowania molekularnego zostały skonstruowane szczepy mikroorganizmów (najpierw pałeczek okrężnicy Escherichia coli a później drożdży piekarskich Saccharomyces cerevisiae) produkujące ludzka insulinę. Rynek insuliny wynosi około 15 miliardów dolarów rocznie. W wyniku tego osiągniecia średnia długość życia insulino-zależnych cukrzyków jest taka sama jak ogólna średnia długość życia ludzi nie chorujących na insulino-zależne cukrzycę! Drugi przykład – to konstruowanie hybrydom mysich, które produkują przeciwciała monoklonalne. Takie przeciwciała szerokie wykorzystanie są w diagnostyce, na przykład, we wczesnym wykrywaniu nowotworów, a także w leczeniu wielu chorób. Światowy rynek przeciwciał monoklonalnych wynosi aż 100 miliardów dolarów!

Co w szczególności jest Pana Profesora przedmiotem zainteresowania i dlaczego?

Pracuję głównie z drożdżami niekonwencjonalnymi, czyli innymi niż Saccharomyces cerevisiae mimo, że opublikowałem też szereg prac w tematyce drożdży konwencjonalnych. O zainteresowaniu produkcją ryboflawiny już mówiłem. Mogę dodać, że udało się nam po raz pierwszy skonstruować wydajnych producentów koenzymów flawinowych, nukleotydu monoflawinowego FMN oraz dinukleotydu flawinoadeninowego FAD u drożdży Candida famata. Nukleotydy flawinowe wykorzystywane są  w medycynie do leczenie szeregu chorób. Także niedawno skonstruowaliśmy szczepy drożdży zdolnych do nadprodukcji ryboflawiny i FMN na odpadach przemysłu mlecznego tzw. serwatce. Obecnie omawiamy plan badań rozwojowych opracowanej przeze mnie technologii z firma biotechnologiczna  spod Rzeszowa. Bardzo ciekawym jest także nasze niedawne odkrycie polegające na skonstruowaniu szczepów drożdży Candida famata i Komagataella phaffii (Pichia pastoris) zdolnych do nadprodukcji bakteryjnych antybiotyków rozeoflawiny oraz aminoryboflawiny. Jako pierwsi na świecie z sukcesem wykorzystaliśmy eukariotyczne organizmy tj. drożdże do produkcji prokariotycznych antybiotyków.  

Od dawna (od 2001 r.) zajmuję się także konstruowaniem wydajnych producentów etanolu z cukrów lignocelulozy, głównie ksylozy u termotolerancyjnych drożdży Ogataea polymorpha. W odróżnieniu od drożdży piekarskich, nasze drożdże rosną na ksylozie oraz fermentują ten cukier do etanolu, co jest bardzo pomocne dla opracowania opłacalnej technologii przekształcania niejadalnego surowca (lignoceluloza) do biopaliwa (etanolu). Jednak ilość wytwarzanego etanolu z ksylozy u dzikich szczepów drożdży Ogaatea polymorpha jest w 100 razy niższy niż z glukozy. Wykorzystując metody inżynierii metabolicznej oraz selekcji klasycznej, udało się nam zwiększyć produkcję etanolu z ksylozy u tych drożdży aż 50 razy. Ponadto udało się nam skonstruować szczepy drożdży, które fermentują produkt częściowej hydrolizy celulozy- celobiozę, do etanolu. Teraz też badamy fermentację jeszcze jednej pentozy wchodzącej do składu lignocelulozy, L-arabinozy. Naszym nadrzędnym celem jest skonstruowanie szczepów Ogataea polymorpha, które wydajnie utylizują i przekształcają do etanolu w wysokiej temperaturze (około 50oC) wszystkie główne cukry hydrolizatów lignocelulozy – glukozę, ksylozę, L-arabinozę, galaktozę i mannozę, a także są oporne na liczne inhibitory znajdujące się w hydrolizatach. Jesteśmy także autorami publikacji o produkcji etanolu z innego niejadalnego surowca - gliceryny odpadowej. Chcemy skonstruować wydajnych drożdżowych producentów kwasu mlekowego, który w naszym założeniu produkowany byłby z lignocelulozy. Należy zaznaczyć, że rynek kwasu mlekowego to ponad 3 miliarda dolarów rocznie i głównie wykorzystuje się go do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych.

Także prowadzimy badania w dziedzinie produkcji tripeptudu glutationu przez drożdże oraz badania mechanizmów degradacji wewnątrzkomórkowych białek w szlaku autofagii. Jestem także autorem pomysłu na opracowanie szczepionki białkowej na COVID-19, w tym szczepionki doustnej – nasz pomysł jest chroniony zgłoszeniem patentowym.

Jaka jest przyszłość biotechnologii, w jaką stronę będzie się rozwijać?

Poziom rozwoju biotechnologii odzwierciedla ogólny poziom rozwoju kraju. Przodującymi w tym kierunku są USA, Chiny, Niemcy, W. Brytania, Japonia, Korea Południowa. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest konstruowanie „humanizowanych” przeciwciał monoklonalnych, które będą mogły być wykorzystane do celów terapeutycznych. W dziedzinie biotechnologii drożdży perspektywiczne kierunki to na pewno tematyka związana z opracowanie wydajnych i opłacalnych producentów biopaliw (etanol, butanol, izobutanol) z surowców niejadalnych (lignoceluloza, gliceryna odpadowa), co ma szanse zrewolucjonizować sektor paliwowy. Wierzę, że ten kierunek może stworzyć alternatywę dla paliw kopalnych i w przyszłości zniwelować skutki ich deficytu. Ważnym kierunkiem jest także poszukiwanie producentów nowych antybiotyków działających na oporne patogenne szczepy oraz wytwarzanie półsyntetycznych antybiotyków z ulepszonymi właściwościami. Polska na razie nie należy do grona liderów w rozwoju biotechnologii, ale rozwój przemysłu biotechnologicznego w Polsce w ostatnich latach uległ istotnemu przyśpieszaniu i zmierza w dobrym kierunku. Należy jednak zaznaczyć, że wciąż jest dużo do zrobienia i w Polsce jest przestrzeń i warunki sprzyjające rozwijaniu nowych pomysłów. Liderem rynku biotechnologicznego w Polsce jest firma Celon Pharma, która pracuje nad lekami na m.in choroby skóry. Wśród innych firm należy wymienić: Selvita, Ryvu Therapeutics oraz Mabion. Niedawno pojawiła się także informacja, że Orlen uruchomił pilotażową instalację do produkcji kwasu mlekowego. Instalacja powstała w biorafinerii Orlen Południe w Trzebini. Kwas mlekowy stosuje się m.in. w przemyśle chemicznym, spożywczym, farmaceutycznym czy w rolnictwie.

Dlaczego warto studiować na kierunku biotechnologia?

Postęp cywilizacyjny nie jest możliwy bez postępu biotechnologii, to dotyczy też Polski. Rozwój nauki biotechnologicznej oraz przemysłu biotechnologicznego stwarza setki nowych miejsc pracy, więc każdy ambitny młody człowiek może liczyć na pomyślną karierę i godne wynagrodzenie. Wierzę, że studenci kierunku biotechnologia Uniwersytetu Rzeszowskiego mają ogromny potencjał i świat przed nimi stoi otworem. Nasi studenci mają inicjatywę, charakteryzuje ich także otwartość na wyzwania.

Jaka według Pana Profesora jest recepta na odniesienie sukcesu naukowego ?

Na osiągnięcie sukcesu naukowego ma wpływ kilka czynników. Przede wszystkim – trzeba lubić to czym się zajmujesz. Jeśli praca naukowa nie podoba Ci się – szukaj innego zawodu, bo nic poważnego w nauce nie osiągniesz. Dalej – trzeba dużo, a nawet bardzo dużo pracować, jak za biurkiem tak i eksperymentalnie, nie licząc się z tym, że czasem trzeba nauce poświecić cały weekend czy nawet część urlopu. Trzeba dobrze znać literaturę w swojej dziedzinie, trzeba poznawać nowe metody, a także przy każdej możliwości wdrażać je do własnej pracy eksperymentalnej. Nie mniej ważnymi są ciągłe przemyślenia nad swoim badaniem, dyskusje nad planami i wynikami z kolegami, tak nieoficjalnie jak i podczas seminariów laboratoryjnych i konferencji naukowych. Nie trzeba bać się nowego, lecz odwrotnie – wdrażać nowe podejścia i rozwiązania przy każdej możliwości. Ważnym jest być uporczywym i jednocześnie giętkim, czyli uporczywie dążyć do sukcesu eksperymentu lub ich serii a jednocześnie zrozumieć brak perspektywy jakiegoś kierunku własnych badań i odpowiednio ten kierunek zmodyfikować. Ponadto potrzebny jest DAR, czyli wyczucie nowego i zdolność do opracowania pomysłu. Tego nauczyć się trudno, ale można maksymalnie realizować własny potencjał naukowy poświęcając nauce większość swojego czasu, a w praktyce całe swoje życie. Jestem szczęśliwym człowiekiem dlatego, że kiedyś, jeszcze w szkole średniej w Samborze zadecydowałem, że chce zostać naukowcem. To była na pewno najbardziej trafna decyzja w moim życiu.