Rok 2020 już na zawsze będzie nam się kojarzyć z pandemią koronawirusa. Dlatego to właśnie na walce z wirusem i COVID-19 skupiali się naukowcy z Politechniki Wrocławskiej. W minionych dwunastu miesiącach nie zabrakło jednak przełomowych rezultatów także w innych dziedzinach naukowych.
Wspólnie przeciwko wirusowi
Natychmiast po wybuchu pandemii naukowcy z całego świata ruszyli do laboratoriów, by szybko rozpoznać nowego wroga, a następnie znaleźć na niego lekarstwo. W tym wyścigu z czasem udział biorą także badacze z Politechniki Wrocławskiej, zwłaszcza ci działający na Wydziale Chemicznym.
Najgłośniej było o pracach zespołu prof. Marcina Drąga, który współpracując z naukowcami z całego świata, zidentyfikował związki chemiczne unieszkodliwiające wirusa SARS-CoV-2 w zarażonych ludzkich komórkach.
– Kiedy wirus wnika do komórki, wykorzystuje ją do produkcji kompleksu swoich białek. Z niego uwalniają się proteazy, które dalej „tną” je na kawałki. W ten sposób powstają kolejne białka umożliwiające namnażanie się wirusa – tłumaczy prof. Marcin Drąg.
SARS-CoV-2 ma dwie takie proteazy: PLpro i Mpro. Pracując jednocześnie w dwóch grupach naukowych prof. Marcinowi Drągowi udało się zidentyfikować inhibitory, czyli substancje zdolne powstrzymać działanie obu proteaz.
– Otrzymanie substancji neutralizującej działanie enzymu mogłoby całkowicie zatrzymać rozprzestrzenianie się wirusa w organizmie, a tym samym wyleczyć COVID-19 – mówi naukowiec.
Otrzymane wyniki badań nad pierwszą z proteaz – PLpro, którą nasi badacze rozpracowali wspólnie z grupami prof. Tonego Huanga i Shauna Olsena z USA, zostały zamieszczone w „Science Advances”. Natomiast rezultaty badań nad proteazą Mpro opublikowano w prestiżowym „Nature Chemical Biology”. Zespół z PWr pracował tutaj wspólnie z laboratorium prof. Johana Neytsa (KU Leuven), grupą prof. Rolfa Hilgenfelda z Lubeki oraz zespołem prof. Wojciecha Młynarskiego z Warszawy.
Wyniki badań nad substancjami zdolnymi pokonać koronawirusa zespół prof. Marcina Drąga udostępnia za darmo innym naukowcom. Ponadto już w sierpniu Politechnika Wrocławska podpisała porozumienie z japońską firmą Peptide Institute Inc. na dystrybucję związków chemicznych opracowanych w laboratorium prof. Marcina Drąga.
Nad tym, jak zablokować wirusa SARS- -CoV-2, pracuje także inny z badaczy Wydziału Chemicznego PWr. Prof. Łukasz Berlicki, który kieruje Katedrą Chemii Bioorganicznej, bada mechanizmy blokujące wnikanie koronawirusa do komórki ludzkiej. – Projektujemy takie cząsteczki, które będą hamować oddziaływanie między białkami wirusa i człowieka – mówi naukowiec.
Na powierzchni wirusa SARS-CoV-2 znajduje się białko S, które tworzy charakterystyczne struktury potocznie nazywane koroną.
– Wirus, aby się namnażać, potrzebuje wejść do komórki gospodarza. Pierwszym etapem tego procesu w przypadku SARS-CoV-2 jest kontakt korony wirusa – a dokładniej białka S z ludzkim białkiem o nazwie ACE2 – tłumaczy prof. Łukasz Berlicki.
Zadaniem badaczy z PWr jest opracowanie cząsteczek, które zablokują oddziaływanie pomiędzy tymi białkami. Dlatego niezbędne będzie skonstruowanie związków chemicznych, które zwiążą się z białkiem S wirusa w taki sposób, aby uniemożliwić jego kontakt z ludzkim białkiem ACE2.
Natomiast dr Ewelinie Węglarz-Tomczak z Wydziału Chemicznego, wraz z międzynarodowym zespołem, udało się zidentyfikować związek organiczny, który hamuje aktywność kluczowego enzymu w rozwoju wirusa.
– Gdy wybuchła pandemia, zaczęłam się zastanawiać, jakie enzymy są najważniejsze dla CoV2, to znaczy, bez których wirus nie jest w stanie się namnażać – wyjaśnia dr Ewelina Węglarz-Tomczak, która obecnie przebywa na stażu podoktorskim na Universiteit van Amsterdam w Holandii.
Analiza zaprowadziła ich do wspomnianego już wcześniej enzymu PLpro, którego działanie jest kluczowe w postępie choroby COVID-19.
– PLpro jest nie tylko wymagany do namnażania wirusa, ale ponadto pełni funkcję w oszukiwaniu systemu immunologicznego gospodarza – tłumaczy dr Ewelina Węglarz-Tomczak
Badania ze światowym znakiem jakości
Jednym z największych sukcesów naukowych w 2020 roku bez wątpienia było Grand Prix konkursu Innovation Radar Prize 2020 dla zespołu naukowców kierowanego przez dr inż. Joannę Bauer z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Jury nagrodziło ich projekt NANOCARGO, w którym prowadzone są badania nad nanomateriałami mogącymi usprawnić diagnostykę i leczenie nowotworów piersi.
– Nasze wielofunkcyjne hybrydowe nanonośniki, zaopatrzone w rodzaj biologicznego detektora oraz dedykowany lek, rozpoznają w inteligentny sposób komórki rakowe. Nowotwór niszczony jest na trzy sposoby jednocześnie – poprzez spersonalizowaną chemioterapię, a także hipertermię magnetyczną i terapię fototermiczną, które powodują lokalne przegrzanie komórek nowotworowych, a w efekcie ich śmierć – wyjaśnia dr Joanna Bauer.
Opracowana technologia promuje kompleksowe podejście do leczenia nowotworów. Jest aplikowana lokalnie, a przez to minimalnie inwazyjna oraz toksyczna dla zdrowych organów i tkanek.
W badaniach, finansowanych z unijnego programu Horyzont 2020 w ramach MSCA Individual Fellowships, wziął również udział naukowiec z Indii, dr Nanasaheb Thorat.
PWr zmienia świat
W 2020 roku na listę 1000 nowoczesnych technologii zmieniających świat wpisany został międzynarodowy projekt DISIRE – współtworzony przez naukowców z Politechniki Wrocławskiej z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii.
Nasi naukowcy we współpracy z KGHM Polska Miedź jako partnerem przemysłowym badali możliwości aplikacyjne technologii „inteligentnej” strugi urobku.
W procesie produkcji miedzi najbardziej energochłonnym procesem technologicznym jest przeróbka urobku trafiającego z kopalń do zakładów wzbogacania rud.
– W czasie transportu kopalina z różnych miejsc miesza się i nie wiemy, która aktualnie trafia do wzbogacania i w związku z tym, jaki dokładnie jest jej skład. To powoduje trudności w przystosowaniu procesów przeróbczych idealnie pod charakterystykę surowca. Wiedząc, jaki jest udział procentowy poszczególnych frakcji takich jak piaskowiec, dolomit czy łupek, możliwe jest optymalne przygotowanie parametrów procesu, a dzięki temu można oszczędzić energię, zwiększyć uzysk i jednocześnie ograniczyć ilość odpadów – wyjaśnia prof. Robert Król, który kierował pracami na Politechnice Wrocławskiej w ramach tego projektu.
Naukowcy z PWr zastosowali inteligentne czujniki – znaczniki RFID, tzw. pellety. Zapisywali w nich informacje na temat parametrów jakościowych i ilościowych wydobywanej rudy, a następnie umieszczali je w strudze tego surowca. Kopalina trafiała razem z sensorami do zakładu wzbogacania rud, ale wcześniej odpowiednie urządzenia pomiarowe mogły dzięki nim odczytać informacje o jej składzie.