Razgovarala: Ivana Nikolić
dr Jasmina Nikodinović-Runić
Naučni savetnik
Grupa za za eko-biotehnologiju i razvoj lekova,Laboratorija za molekularnu genetikui ekologiju mikroorganizama,Institut za molekularnu genetikui genetičko inženjerstvo
U fokusu vašeg istraživanja je konverzija otpada u vredne molekule i biomaterijale. Zbog čega je ovaj proces važan?
Jedan od fascinantnih primera biotehnologije koja pretvara otpad u vredne molekule i biomaterijale je korišćenje poljoprivrednog otpada, kao što su ostaci različitih useva, otpada od hrane ili čak organskih zagađivača i plastičnog otpada za proizvodnju vrednih biomolekula i biorazgradivih materijala. Na primer, lignocelulozna biomasa, u koju spadaju ostaci kao što su kukuruzna i pšenična slama ili otpad od hrane kao ustajali hleb ili nusproizvodi prerade krompira, bogati su skrobom, celulozom, hemicelulozom i ligninom. Ovi složeni polisaharidi se mogu razgraditi u fermentabilne šećere kroz različite biohemijske procese, kao što su enzimska hidroliza, gde se enzimi dobijaju biotehnološkim putem, ili termohemijski tretmani poput pirolize. Kada se šećeri ekstrahuju, odličan su supstrat za fermentacije mikroorganizma poput bakterija ili kvasca da bi se od njih proizveli različiti bioproizvodi. Na primer, određeni sojevi bakterija, gljivica i mikroalgi prirodno proizvode pigmente kao deo svojih metaboličkih procesa. Obezbeđivanjem odgovarajućih otpadnih supstrata, kao što su organski izvori ugljenika, poput pomenutih fermentabilnih šećera ili jedinjenja bogatih azotom koja se nalaze u otpadnim vodama, ovi mikroorganizmi mogu rasti i proizvoditi pigmente kao nusproizvod svog rasta.
Jedna značajna grupa pigmenata proizvedenih biotehnološkim procesima i na kojoj mi radimo su prodigiozini. Imaju antioksidativna svojstva i mogu se koristiti kao prirodne boje u hrani, kozmetici i farmaceutskim proizvodima. Nekoliko vrsta mikroorganizama, uključujući bakterije poput Serratia marcescens i predstavnike roda Streptomyces, sposobni su da proizvode prodigiozine kada se uzgajaju u odgovarajućim uslovima. Fermentacijom ovih mikroorganizama, koristeći otpadne supstrate kao sirovinu, moguće je proizvesti biomasu bogatu prodigiozinom ili ekstrahovati pigmente direktno iz fermentacione tečnosti.
Ovaj pristup ne samo da pomaže u ublažavanju problema sa odlaganjem otpada pretvaranjem organskog otpada u vredne proizvode, već nudi i održivu alternativu sintetičkim pigmentima dobijenim iz petrohemijske proizvodnje. Pored toga, upotreba biopigmenata može smanjiti uticaj na životnu sredinu različitih industrija, kao što su hrana, tekstil i kozmetika, zamenom sintetičkih boja sa prirodnim, obnovljivim opcijama.
Pretvaranje plastičnog otpada u biomaterijale je još jedan obećavajući pristup za rešavanje ekoloških izazova povezanih sa zagađenjem plastikom, istovremeno stvarajući vredne i održive zamene za tradicionalnu plastiku. Jedan od pristupa uključuje upotrebu biotehnoloških procesa za razgradnju plastičnog otpada u monomere koje mikroorganizmi mogu koristiti za proizvodnju biorazgradivih polimera ili drugih korisnih biomaterijala, kao što je bakterijska nanoceluloza. Sve u svemu, korišćenjem metaboličkih sposobnosti mikroorganizama i enzimskih aktivnosti možemo da transformišemo plastični otpad u vredne resurse za cirkularnu i ekološki prihvatljivu (bio)ekonomiju.
dr Jovana Grahovac
Redovni profesor
Katedra za biotehnologiju, Tehnološki fakultet, Univerzitet u Novom Sadu
Bavite se biogorivima, bioaktivnim jedinjenjima i mikrobiološkom biomasom. Kako biste opisali svoj dan u laboratoriji nekome ko nije iz vaše oblasti? U čemu se ogleda značaj biotehnologije za našu sva- kodnevicu?
Kada sam ulazila u svet nauke, zamišljala sam da ću svaku novu ideju moći istog momenta da sprovedem u realnost i zadovoljim svoju radoznalost. Nasuprot tome, rad u biotehnološkoj laboratoriji naučio me je strpljenju i dobroj organizaciji. Značaj biotehnologije za naše okruženje ogleda se u njenoj moći da preoblikuje svet i život kakav poznajemo, od poljoprivredne do industrijske proizvodnje hrane, od lekova do materijala koje koristimo, od energije kojom pokrećemo stvari do bioremedijacije kojom rešavamo ekološke probleme, a na kraju, možda i najvažnije – do načina na koji razmišljamo. Sve to postižemo primenom živih organizama ili njihovih konstituenata, a u našoj laboratoriji najviše radimo sa mikroorganizmima. Da bismo kreirali novi biotehnološki proizvod ili primenom mikroorganizama rešili neki od gorućih problema današnjice, prvo nam je potreban mikroorganizam sposoban da odgovori na naše zahteve. Proizvodne mikroorganizme izolujemo iz prirodnog okruženja tako da naš posao počinje na terenu. Nastavlja se u laboratoriji gde iz prikupljenih uzoraka radimo selekciju mikroorganizama, analiziramo njihov potencijal za produkciju željenog proizvoda i identifikujemo ih primenom tehnika genetičkog inženjerstva. Sledeći korak je potraga za sirovinama, koje pomoću odabranog mikroorganizma možemo na ekonomski isplativ način da prevedemo u proizvod. U kontekstu cirkularne ekonomije, kao sirovine analiziramo različite otpadne tokove čije prikupljanje takođe realizujemo na terenu u saradnji sa poljoprivrednim i industrijskim sektorom. Da bi naše idejno rešenje imalo šansu da napusti laboratoriju i zaživi u realnom okruženju, moramo da ga razvijemo do nivoa laboratorijskog bioreaktora. To je sud u kojem se biotehnološka proizvodnja dešava i koji je isti poput bioreaktora u industrijskim uslovima samo mnogo manji. Mi tragamo za uslovima koji predstavljaju kompromis između onoga što najviše stimuliše mikroorganizme da produkuju željeni proizvod i onoga što je u realnosti tehnički izvodljivo i ekonomski prihvatljivo. Nove proizvode testiramo i u laboratorijskim i u realnim uslovima da bismo potvrdili koliko smo bili uspešni kroz ceo ovaj proces. Evo da spomenem i jedan primer. Upravo smo uz podršku Fonda za nauku RS otpočeli istraživanja u saradnji sa lokalnom vinarijom kako bismo razvili proizvodnju biođubriva i biološkog preparata za zaštitu vinove loze primenom otpada koji vinarija generiše. Čeka nas uzorkovanje mikroorganizama iz vinograda i otpadnih tokova iz vinarije, a kada obavimo posao u laboratoriji, oba proizvoda će biti testirana u vinogradu. Jedna vinarija koja svoje poslovanje uskladi sa principima cirkularne ekonomije ne može mnogo doprineti u pogledu smanjenja ukupnih negativnih efekata na životnu sredinu, ali može biti važan primer drugima i, nadamo se, pokrenuti lančanu reakciju.
dr Ivana Gađanski
Viši naučni saradnik
Institut BioSens, rukovoditeljka projekta LABOUR
dr Ljiljana Šašić Zorić
Naučni saradnik
Institut BioSens, rukovoditeljka Radnog paketa za razvoj LAMP protokola
Vi rukovodite projektom LABOUR, čiji je jedan od ciljeva razvoj uređaja za terensku proveru da li je biljni materijal genetički modifikovan. Kako će izgledati ovaj uređaj i na koji način će se vršiti provera? U čemu se ogleda značaj primene ovog uređaja u poljoprivredi?
Zamišljeno je da uređaj bude i precizan i jednostavan za upotrebu, tako da i korisnici koji nemaju formalan trening za rad u laboratoriji mogu da ga koriste. Štaviše, mi razvijamo uređaj kao portabilan, primenjiv na terenu, tj. na njivama i parcelama. Uređaj će imati deo u kojem će se iz biljnog materijala izolovati DNK putem različitih rastvora i mehaničkim mešanjem, da bi se, zatim, dobijena DNK umnožavala pomoću tzv. LAMP reakcije, koja predstavlja metod donekle nalik na PCR, ali efikasniji za terensku primenu. Umnožavanje se odvija u mikrofluidičnom uređaju opremljenom grejačem, koji održava potrebnu temperaturu za LAMP reakciju. Produkti LAMP reakcije, tj. umnoženi regioni DNK, zatim se detektuju našim inovativnim biosenzorima, i ukoliko postoji GM-element u ispitivanom materijalu, korisnik će dobiti jasnu indikaciju DA ili NE. U okviru projekta se fokusiramo na soju, kukuruz, pšenicu i uljanu repicu. U Srbiji nisu dozvoljeni gajenje i komercijalna upotreba GMO biljnih kultura, međutim, činjenica je da postoje neovlašćeni proizvođači koji koriste GMO. Osim toga, Srbija uvozi poljoprivredne proizvode i iz zemalja koje dozvoljavaju i proizvodnju i prodaju ovakvih useva, a budući da nema potpune kontrole uvoza, nije moguće ni sprečiti potencijalno širenje GMO-a van planiranih kanala distribucije. Jedan od razloga nepotpunih kontrola uvoza u pogledu GMO detekcije je i to što su trenutne procedure i skupe i vremenski zahtevne, jer podrazumevaju slanje uzoraka u specijalizovane laboratorije. LABOUR uređaj je pristupačniji, kako finansijski tako i iz ugla korisnika. Cilj nam je da pomoću našeg uređaja kontrole genetički modifikovane hrane budu brže i efikasnije, te da doprinesu i uspostavljanju prakse obeležavanja proizvoda koji sadrže GMO, što bi i potrošačima omogućilo pravo izbora pri kupovini, kao i svest o prisustvu genetički modifikovane hrane na tržištu. Takođe, tehnologija koja se razvija kroz projekat može lako biti prilagođena za primenu u zdravstvu, industriji i svim onim oblastima koje bi imale korist od primene senzora za detekciju ciljane DNK različitog porekla.