18 października 2019

(Nie)odkryty potencjał mikrobiologii

Redakcja

O przyszłości sektora rolno-spożywczego, zwłaszcza w kontekście szerszego wykorzystywania w nim mikroorganizmów oraz ich niedocenionej roli rozmawiamy z profesorem Wiesławem Barabaszem, z Wyższej Szkoły Wschodnioeuropejskiej w Przemyślu.

W 1973 roku zespół polskich naukowców otworzył kryptę Kazimierza Jagiellończyka. Po tym wydarzeniu narodziła się legenda o klątwie króla, ponieważ połowa badaczy w krótkim czasie od otwarcia trumny, zmarła. Jak się okazało, przyczyną śmierci najprawdopodobniej były mykotoksyny kropidlaka żółtego. Jego fragmenty odkrył prof. Bolesław Smyk, który kierował katedrą mikrobiologii Wyższej Szkoły Rolniczej. Był Pan blisko tych wydarzeń, ponieważ w tym czasie zaczynał Pan karierę naukową na tej uczelni. Niewielki mikroorganizm okazał się mieć potężną siłę, której niemal nikt nie docenił. Czy to właśnie ich niedoceniona rola jest źródłem Pana naukowej fascynacji?

Tak, w tym czasie byłem asystentem prof. Bolesława Smyka. Ale do krypty nie wchodziłem, byłem „chłopcem” do noszenia sprzętu. Tak, te wydarzenia zainspirowały mnie do zainteresowania się właśnie grzybami pleśniowymi. Bo kropidlak żółty (Aspergillus flavus) jest właśnie pleśnią, która jak się później okazało produkuje najgroźniejsze mykotoksyny, które teraz znane są jako aflatosyny.

Cichy zabójca…

Do tego mocno niedoceniany.

Nie sądziłem, że mykotoksyny mogą być, aż tak groźne.

Wiele osób bagatelizuje wpływ toksyn pochodzących od grzybów na zdrowie, a nawet życie, co pokazała chociażby sytuacja z kryptą Jagiellończyka.  Ale zjawisko jest znacznie częstsze niż nam się wydaje. Chociażby budynki, w których rozwinęły się pleśnie są bardzo groźne dla jej mieszkańców.

No właśnie o znaczeniu mikroorganizmów mówi się niewiele, a jeśli już to zwykle w kontekście negatywnym. A bakterie, wirusy i grzyby mają przecież bardzo wiele zastosowań, bez których trudno byłoby nam funkcjonować. Naukowcy zajmujący się mikrobiologią nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Słyszymy o różnych dokonaniach i odkryciach, ale które obszary są dziś, zwłaszcza dla sektora spożywczego najbardziej perspektywiczne?

Możliwości zastosowania mikroorganizmów w różnych przemysłach są nieograniczone. Na przykład farmacja-antybiotyki, chemia-enzymy, rolnictwo-szczepionki bakteryjne, biotechnologia-produkcja różnych substancji biologicznie czynnych, genetyka molekularna-wirusy i bakterie jako wektory do przenoszenia cech. W przemyśle spożywczym szczególnie mleczarstwo, przemysł mięsny, produkcja fermentowanych napojów czy pasz –  to obszary gdzie drobnoustroje znajdują szerokie zastosowanie. Ich wykorzystanie jest bezpieczne, tanie i daje szybkie efekty produkcyjne.

Jakie problemy rolnictwa, środowiska czy przetwórstwa mogą rozwiązać?

Na drodze wykorzystania produktów wytwarzanych przez mikroorganizmy – głównie enzymów można przyśpieszyć produkcję, znacznie polepszyć jakość uzyskiwanych produktów. Ponadto drobnoustroje wykorzystywane są w przeróbce odpadów pochodzących z produkcji rolnej np. serwatka, wytłoki, resztki owoców i warzyw. Mamy też perspektywę wykorzystania odpadów do produkcji biogazu (biogazownie rolnicze).

W swoich badaniach i pracach naukowych wiele miejsca poświęcał Pan znaczeniu obecności pożądanych mikroorganizmów w glebie. Skąd tak silne zainteresowanie akurat tym zagadnieniem?

Gleba to podstawa produkcji tzw. produkcji pierwotnej, to tu powstaje największa ilość biomasy (pierwotnej), która służy wszystkim organizmom na Ziemi jako pokarm. Gleba jest kluczowa dla gospodarek wielu krajów rozwijających się. Stąd jakość jej, a szczególnie produktywność, ma bardzo duże znaczenie dla wielu społeczeństw na całym świecie. Mikroorganizmy spełniają ważne funkcje w glebie, to dzięki nim możliwy jest obieg pierwiastków w całej przyrodzie. To mikroorganizmy wchodzą w układy symbiotyczne z różnymi roślinami umożliwiając im prawidłowy wzrost i rozwój.

Dziś często przywołuje się alarmistyczną prognozę FAO, która mówi o stale postępującej erozji próchnicy w glebie. Czy mikroorganizmy mogą zatrzymać ten proces?

Dla mikroorganizmów glebowych próchnica glebowa jest podstawowym źródłem pożywienia. Przecież muszą się one czymś odżywiać i właśnie materia organiczna zawarta w próchnicy jest dla nich podstawowym źródłem energii i materii. Ale też, mikroorganizmy dzięki swoim zdolnościom do rozkładu wielu różnych surowców pochodzących z roślin (błonnik, hemiceluloza, pektyny) przyczyniają się do jej uzupełniania w glebie. Mikroorganizmy same nie uzupełnią próchnicy w glebie, musi być stały dopływ roślinnej materii organicznej lub tzw. innej materii organicznej, jak odpady, obornik, gnojowica, osady ściekowe, które mogą przerobić na próchnicę.

No właśnie, mimo, że polskie rolnictwo jest w niezłej sytuacji, jeśli chodzi o jakość gleb to wydaje się  że zbyt małą wagę przykładamy do troski o ich kondycję. Nawozy organiczne są zastępowane sztucznymi. Czy to dobra droga?

Nawozy naturalne w tym obornik, kompost, gnojowica, nawozy zielone to niezbędne produkty, które są w stanie uzupełnić ilość próchnicy glebowej. Niestety brak nawożenia naturalnego doprowadzi do szybkiego zubożenia gleb w próchnicę glebową. Nawozy mineralne nie zastąpią nawozów organicznych z których mikroorganizmy produkują próchnicę glebową.

Jednak mikroorganizmy to nie tylko uprawa. Jakie są dziś zastosowania mikroorganizmów w hodowli zwierząt?

W hodowli zwierząt mają zastosowania tzw. mikroorganizmy probiotyczne (głównie bakterie z rodzaju Lactobacillus, Lactococcus, Bifidium), które wspomagają procesy trawienia i wykorzystania pasz w żywieniu zwierząt. Ponadto mikroorganizmy są wykorzystywane w procesach przygotowania pasz w postaci soczystych kiszonek, doskonałej paszy szczególnie w okresie zimowym.

Sporo mówi się też o konieczności ograniczania antybiotyków. Jakiś czas temu w przestrzeni publicznej zaczęły pojawiać się publikacje dotyczące wykorzystania bakteriofagów, jako alternatyw dla antybiotyków? Czy to rzeczywiście obiecujący kierunek badań?

Idea wykorzystania bakteriofagów w niszczeniu patogenów to nic nowego. Tym zagadnieniem zajmowano się już przed II wojną światową, kiedy nie znano jeszcze antybiotyków. Ale odkrycie antybiotyków zahamowało badania nad tym zagadnieniem. Tak, wykorzystanie bakteriofagów do niszczenia bakterii patogennych budzi duże nadzieje na skuteczną walkę z patogenami. Bakteriofagi są bardzo specyficzne tzn. że ściśle określone bakteriofagi atakują określone gatunki a nawet szczepy bakterii np. Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes itp. Na razie są prowadzone badania nad wykorzystaniem bakteriofagów w zwalczaniu patogenów przewodu pokarmowego. Polegałoby to na wypiciu mieszaniny zawierającej określony gatunek bakteriofaga, który w jelitach niszczyłby (powodował lizę tj. rozpuszczenia komórek bakteryjnych) określone gatunku bakterii np. Salmonelli.

Jak Pan ocenia perspektywę rozwoju tej technologii?

Musimy ją rozwijać, chociażby z tego powodu, że od 2000 roku nie wprowadzono ani jednego nowego antybiotyku. Natomiast antybiotyków nie jesteśmy w stanie w pełni zastąpić tą technologią. Bakteriofagi mają swoje ograniczenia. Nie można ich np. wprowadzać do krwi. Społeczność międzynarodowa powinna rozpocząć prace nad nowymi antybiotykami. To bardzo kosztowne, dlatego żadna prywatna firma nie podejmie się tego ryzyka, ale ponadnarodowe instytucje powinny podjąć ten wysiłek.

Ale może antybiotyki w hodowli nie będą potrzebne i być może powstaną laboratoria produkujące mięso. Jeszcze w 2012 roku, gdy w brytyjskim The Economist ukazał się artykuł na temat pracy profesora Marka Posta z Uniwersytetu w Eidhoven, który wyhodował mięso w laboratorium, wydawało się, że skończy się na naukowej nowince. Dziś, mimo, że ta technologia wciąż jest droższa niż tradycyjna produkcja mięsa, coraz częściej ten temat wraca. Czy sądzi Pan, że w perspektywie 10 lat zaczniemy jeść mięso z laboratorium?

Dzięki biotechnologii jesteśmy w stanie produkować niemalże każdą tkankę, w tym mięso. Nie wydaje mi się, aby ta technologia w ciągu najbliższych 10 lat zdominowała rynek konsumenta i zdołała wyeliminować tradycyjnego schabowego.

Podczas debaty, która odbyła się podczas Kongresu 590, o tym jak wyżywić 10 mld ludzi w 2050 roku, powiedział Pan, że na świecie mamy nadwyżki żywności, jednak mimo to ludzie umierają z głodu. Czy nie mamy dziś technologii, również opartych na mikroorganizmach, które zapewniłyby produkcje żywności w regionach dotkniętych głodem?

Tak jak powiedziałem na Kongresie, problem głodu na świecie to nie problem produkcji ale dystrybucji. Na świecie marnuje się co roku wiele milionów ton żywności, również w Polsce. Niestety zawodzi dystrybucja, jak to zorganizować i w jaki sposób dostarczyć żywność do obszarów dotkniętych np. głodem czy suszą? Nie jestem logistykiem ani politykiem.

Dynamicznie rozwijające się regiony świata potrzebują jednak żywności.

Tak już w niedalekiej przyszłości zapotrzebowanie na żywność zwiększy się o 50-100 %. Wydaje mi się, że na razie współczesne nowoczesne technologie są wystarczająco wydajne, aby zapewnić dostateczną ilość żywności dla wzrastającej liczby ludności. Wystarczy je tylko właściwie wykorzystywać, a bez problemu wyprodukujemy odpowiednią ilość żywności. Komputeryzacja, rolnictwo precyzyjne, wykorzystanie satelitów, czy nowoczesne podejście do mikrobiologii to narzędzie, które nie są jeszcze dziś wystarczająco wykorzystywane. Mamy tutaj spore rezerwy, zwłaszcza na obszarach umiarkowanego klimatu.

Poruszył Pan kwestię klimatu. To istotne, gdyż nawet nowoczesne technologie nie zapewnią żywności w krajach, które mają niewiele żyznych gleb albo pustynie. Regiony umiarkowanego klimatu mogą odegrać kluczową rolę w zapewnianiu żywności. Czy mamy szansę, jako Polska stać się globalnym dostawcą żywności i wziąć udział w, jeszcze większym stopniu niż dotychczas, wyżywieniu świata?

Tak, nasze warunki klimatyczne i wysoki stopień rozwoju rolnictwa stwarza nam możliwość uczestniczenia w zapewnieniu żywności dla potrzebujących regionów świata. Mamy duży potencjał zarówno w produkcji mięsa (głównie drobiowego) jak i produkcji wielu produktów roślinnych w tym zbóż, owoców i warzyw. Przecież nie od dziś Polska jest znaczącym producentem mięsa drobiowego, wieprzowego, jabłek, pieczarek, jagód i wiele innych. Jesteśmy członkami Unii Europejskiej, gdzie mimo konkurencji odnosimy liczne sukcesy oraz mamy otwarte rynki na cały świat, w tym Chiny, Indie i USA. Myślę, że wykorzystamy swoją szansę.

Jest Pan mikrobiologiem, czy nie dziwi Pana tak wiele negatywnych emocji wokół tematu GMO? Dlaczego w Polsce z tak dużym oporem spotyka się ten temat? Mówi się, że GMO jest szkodliwe i niebezpieczne.

Tak – w Polsce problem GMO budzi duże emocje, co wynika z niedostatecznej znajomości powyższego zagadnienia. Wiele ludzi nie rozumie na czym polega istota tej technologii. Jest to nowoczesny sposób biotechnologiczny, który pozwala w krótkim czasie wprowadzić nowe, korzystne cechy do organizmów roślinnych czy zwierzęcych, które poprawią ich cechy użytkowe. Nieprawdą jest, że są szkodliwe dla zdrowia ludzi i zwierząt. Nie ma udokumentowanych badań naukowych, które jednoznacznie wskazywałyby na jakiekolwiek zagrożenia ze strony GMO. GMO ma szerokie zastosowanie w medycynie, farmacji, ochronie środowiska czy przemyśle! Ludzie już z niego korzystają. Tylko jego zastosowanie w żywności pochodzenia roślinnego budzi tyle kontrowersji. . A przecież nie mówimy o modyfikacjach genetycznych zwierząt, ale np. o tworzeniu odmian roślin odpornych na szkodniki, suszę czy grzyby,  Modyfikowana genetycznie kukurydza, ryż czy soja, dzięki swoim właściwościom umożliwiają uprawę w regionach, skazanych do niedawna na import.

Ograniczenia próbuje się wprowadzić także paszach dla zwierząt. Mimo, że wieloletnie badania polskich i zagranicznych ośrodków badawczych nie wykazały negatywnych skutków stosowania soi GMO w żywieniu zwierząt.

Tam mamy moratorium na stosowanie GMO soi w żywieniu zwierząt. Przypomnę tylko że Polska importuje 2 miliony ton soi. Na giełdach światowych ponad 90% soi to soja GMO. Soja GMO jest ważnym składnikiem pasz dla drobiu, trzody chlewnej, bydła. Czym politycy chcą zastąpić soję? Nasze rośliny bobowate (groch, wyka, bób, bobik, peluszka, fasola itp.) nie mogą być stosowane w ilościach większych niż 10% jako dodatek do pasz. Mają zbyt wiele substancji antyżywieniowych. Więc się pytam, czym politycy zastąpią białko potrzebne dla prawidłowego rozwoju i wzrostu zwierząt? Miejmy nadzieję, że zwycięży rachunek ekonomiczny.