Sylkistyna i rezylastyna – nowe białka z polskiego laboratorium

Wyobraźmy sobie materiał elastyczny jak gumka, który powstał z połączenia genów owada i człowieka – i który w przyszłości posłuży do regeneracji ludzkich tkanek czy wygładzania zmarszczek. Brzmi jak science fiction? A jednak w polskim laboratorium powstają właśnie takie białka rekombinowane o niezwykłych właściwościach. 

Adobe

Zespół prof. dr hab. n. med. Michała Wszoły, znanego dotąd z prac nad bioniczną trzustką, stworzył dwa pionierskie białka nazwane sylkistyną i rezylastyną. Pierwsze z nich nawiązuje do jedwabiu (silk), drugie – do rezyliny (białka z owadów) i obu nadano cechy ludzkiej elastyny. 

- Możemy zaprojektować białko tak, by miało cechy, jakich potrzebujemy – to trochę jak budowanie z klocków genetycznych – tłumaczy prof. Michał Wszoła, kierujący badaniami. Dodaje, że dzięki inżynierii genetycznej jego zespół łączy fragmenty genów różnych organizmów i tworzy zupełnie nowe, hybrydowe białka. W efekcie powstają materiałowe „chimery”, których natura nigdy nie wyprodukowała, ale które mogą okazać się bezcenne w medycynie i kosmetologii. 

Z konika polnego do laboratorium

Inspiracją dla naukowców stała się m.in. rezylina – białko odkryte w skrzydłach konika polnego, odpowiadające za ich niesłychaną sprężystość​. To właśnie rezylina nadaje owadom zdolność wykonywania nadludzkich akrobacji: pchły mogą dzięki niej skakać na wysokość ponad 100-krotności długości własnego ciała, a komary trzepoczą skrzydłami nawet 600 razy na sekundę​ 

- Rezylina jest naturalnym białkiem przypominającym gumę, o wyjątkowej elastyczności, umożliwiającym owadom skakanie i latanie – wyjaśnia prof. Wszoła.

Nic dziwnego, że badacze postanowili wykorzystać tę niezwykłą „gumową sprężystość” w ludzkich zastosowaniach. Rezylastyna – jak sama nazwa wskazuje – łączy w sobie fragmenty genetyczne rezyliny (stąd przedrostek rezy-) i ludzkiej elastyny (białka nadającego elastyczność naszym tkankom, np. skórze czy naczyniom krwionośnym). By wyprodukować to hybrydowe białko, naukowcy skonstruowali odpowiedni gen i wprowadzili go do hodowanych w laboratorium bakterii, które stały się miniaturowymi fabrykami produkującymi rezylastynę. Takie podejście to klasyczna inżynieria genetyczna: bakterie otrzymują „przepis” na nowe białko w postaci DNA i zaczynają wytwarzać coś, czego próżno szukać w naturze​. 

Projektowanie białek na miarę 

W podobny sposób zespół prof. Wszoły stworzył sylkistynę – białko inspirowane wytrzymałością jedwabiu (silk) i sprężystością elastyny (stąd druga część nazwy nawiązująca do elastyny). 

- Chodziło o to, by połączyć cechy jedwabiu i elastyny – wytrzymałość z elastycznością – w jednej cząsteczce – mówi prof. Wszoła. Jedwabnik wytwarza fibroinę jedwabiu, a ludzkie komórki – elastynę; polscy badacze wybrali z obu te fragmenty genów, które odpowiadają za pożądane właściwości mechaniczne. 

- To świadome projektowanie białek o określonych właściwościach fizykochemicznych – podkreśla prof. Wszoła. Jak wyjaśnia, do sekwencji białka sylkistyny dodano również specjalne motywy peptydowe – np. sekwencję RGD, która ułatwia komórkom przyczepianie się do białka, oraz fragment wrażliwy na enzymy. Dzięki temu, gdy sylkistyna znajdzie się w organizmie, komórki mogą „współpracować” z tym białkiem: przyczepiać się do niego i stopniowo przebudowywać jego strukturę, tak jak robią to z naturalnymi elementami macierzy międzykomórkowej​. 

Innymi słowy, choć sylkistyna i rezylastyna są tworami inżynierii genetycznej, zostały zaprojektowane tak, by zachowywały się przyjaźnie wobec żywych komórek – były biokompatybilne i biofunkcjonalne. To czyni z nich idealne budulce w inżynierii tkankowej. 

Od bioatramentu do kremu przeciwzmarszczkowego

Prof. Wszoła nie ukrywa, że impulsem do prac nad tymi białkami była potrzeba ulepszenia technologii biodruku 3D. Jego zespół od lat rozwija bioniczną trzustkę – wydrukowany żywy organ, który ma w przyszłości ratować chorych na cukrzycę. W tym projekcie kluczowe są tzw. bioatramenty, czyli mieszanki biomateriałów z komórkami, z których drukuje się tkanki. 

- Szukaliśmy komponentu, który poprawi właściwości mechaniczne i biologiczne bioatramentu – wspomina Wszoła. Rezylastyna i sylkistyna okazały się strzałem w dziesiątkę: dodane do bioatramentu zwiększają jego sprężystość, wytrzymałość i stabilność wydruku 3D​. 

Z obserwacji zespołu wynika, że dodatek tych białek tworzy w wydrukowanych strukturach korzystne mikrośrodowisko dla komórek – poprawia ich przyleganie, przeżywalność i proliferację, a także wewnętrzny transport substancji odżywczych​. Zastosowania nowatorskich białek nie kończą się jednak na biodruku.  - To materiały wielofunkcyjne – podkreśla prof. Wszoła. 

Polska bioniczna trzustka gotowa do przeszczepu

Polska bioniczna trzustka przeszła pomyślnie testy na zwierzętach, a pierwszy przeszczep u człowieka planowany jest na 2026 rok. Zespół prof. Michała Wszoły wydrukował w technologii 3D narząd, który ma rozwiązać problem braku dawców narządów i zrewolucjonizować leczenie cukrzycy. 

Rezylastyna i sylkistyna otwierają nowe możliwości m.in. w medycynie regeneracyjnej, leczeniu ran i kosmetologii​. W medycynie regeneracyjnej mogą posłużyć do tworzenia elastycznych rusztowań dla rosnących tkanek – np. przy naprawie uszkodzonych mięśni, ścięgien czy skóry. W leczeniu ran sprawdzą się jako składnik nowoczesnych opatrunków. 

- Wyobraźmy sobie opatrunek nasączony naszym białkiem – on tworzy idealne środowisko dla gojenia: przyspiesza regenerację skóry, zmniejsza bliznowacenie – opisuje badacz. Dzięki temu przyszłe opatrunki mogłyby nie tylko chronić ranę, ale wręcz aktywnie stymulować odrost tkanek​. Z kolei w kosmetologii te białka jawią się jako obiecujące wypełniacze i stymulatory. Prof. Wszoła wyjaśnia, że z wiekiem nasza skóra traci elastynę, przez co wiotczeje i pojawiają się zmarszczki. Wstrzyknięcie lub wprowadzenie do skóry sztucznej elastyny może pomóc odtworzyć utraconą sprężystość. Być może w niedalekiej przyszłości w gabinetach medycyny estetycznej zamiast kwasu hialuronowego czy kolagenu stosować się będzie „polską rezylastynę” – wypełniacz inspirowany skaczącymi owadami. 

Czym są białka rekombinowane? 

Sylkistyna i rezylastyna to przykłady tzw. białek rekombinowanych, czyli otrzymywanych dzięki technikom inżynierii genetycznej. Choć brzmi to nowatorsko, sama idea nie jest nowa – pierwsze terapeutyczne białko rekombinowane powstało ponad 40 lat temu. Już w 1982 roku amerykańska FDA zatwierdziła insulinę Humulin jako pierwszy lek wytwarzany metodą rekombinacji DNA​. Była to epokowa chwila: zamiast pozyskiwać insulinę z trzustek zwierzęcych, naukowcy nauczyli bakterie produkować ludzką insulinę – czystą i bezpieczną. Sukces insuliny otworzył erę biotechnologii w medycynie. Chemicy zyskali niemal pełną kontrolę nad sekwencją aminokwasów swoich produktów i mogli „podrasowywać” naturalne białka​. W kolejnych dekadach powstały setki takich farmaceutycznych protein. Do dziś FDA zatwierdziła już ok. 240 terapeutycznych białek i peptydów uzyskanych metodami rekombinacji​. Należą do nich hormony (np. ludzki hormon wzrostu zastępujący niedobory u dzieci), czynniki krzepnięcia krwi dla chorych na hemofilię, interferony i interleukiny modulujące układ odpornościowy, enzymy zastępujące wrodzone braki u pacjentów, a przede wszystkim – przeciwciała monoklonalne, które zrewolucjonizowały leczenie wielu chorób od raka po reumatoidalne zapalenie stawów. W 2020 roku rynek leków białkowych przekroczył globalnie 300 mld dolarów wartości​, a białkowe terapie biologiczne stanowią najszybciej rosnący segment farmacji. 

Sery, detergenty, kosmetyki

Ale białka rekombinowane to nie tylko leki. Równie intensywnie rozwinęły się ich zastosowania przemysłowe i spożywcze. Już w 1990 r. w USA dopuszczono do żywności pierwsze takie „nielekowe” białko – chymozynę, enzym otrzymywany z genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów, który zastąpił podpuszczkę z żołądków cielęcych przy produkcji sera. Dziś niemal cały ser na świecie powstaje dzięki temu rekombinowanemu enzymowi. Podobnie w proszkach do prania od lat znajdują się enzymy piorące produkowane przez bakterie GMO – np. proteazy rozkładające plamy białkowe. W przemyśle kosmetycznym także zachodzi cicha rewolucja: surowce pochodzenia zwierzęcego coraz częściej zastępowane są przez ich rekombinowane odpowiedniki. Kolagen do kremów czy albumina do maseczek mogą być wytwarzane w bioreaktorach zamiast pozyskiwane ze zwierząt – dzięki czemu są czystsze i pozbawione ryzyka przenoszenia chorób. Podobnie jedwabne fibroiny stosowane w ekskluzywnych odżywkach do włosów można dziś produkować bez udziału jedwabników – wystarczy kolonia dobrze zmodyfikowanych bakterii. 

Jednak dotąd większość rekombinowanych białek była albo dokładną kopią naturalnego (jak insulina), albo prostą modyfikacją (np. przeciwciała “uzbrojone” w dodatkowe fragmenty). Zespół prof. Wszoły poszedł dalej, tworząc zupełnie nowe chimeryczne białka z kawałków kilku różnych genów​. 

- Nasze białka to prototypy – teraz testujemy je i udoskonalamy, by mogły trafić z laboratorium do kliniki – zaznacza naukowiec. Przed jego zespołem stoją kolejne wyzwania: badania bezpieczeństwa, dalsza optymalizacja produkcji i poszukiwanie zastosowań komercyjnych. Naukowcy chcą sprawdzić, jak te białka zachowują się w żywym organizmie, czy nie wywołują reakcji immunologicznych i jak długo przetrwają po implantacji. Pierwsze wyniki są jednak obiecujące – testy laboratoryjne wykazały brak toksyczności oraz doskonałą biokompatybilność z komórkami skóry​.