Zespół:

Prof. dr hab. Janusz Szczodrak – kierownik zespołu
dr hab. Małgorzata Pleszczyńska
dr hab. Adrian Wiater

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest innowacyjna technologia produkcji mutanazy mikrobiologicznej.

Mutanaza jako jedyny enzym ma zdolność rozkładu mutanów, polimerów wchodzących w skład płytki nazębnej, która jest przyczyną powstawania próchnicy zębów. Próchnica zębów jest chorobą, w której dieta, gospodarz i jego flora mikrobiologiczna oddziałują w określonym czasie w ten sposób, że następuje demineralizacja szkliwa zębów, której skutkiem jest wystąpienie procesu chorobowego. Mikroorganizmy wywołujące próchnicę zorganizowane są w przyczepiony do powierzchni zęba biofilm, płytkę nazębną, złożony z komórek bakterii osadzonych w matrycy zbudowanej z polimerów pochodzenia bakteryjnego i ślinowego. Struktura polisacharydów wchodzących w skład matrycy płytki nazębnej jest kluczowa dla jej zdolności do wywoływania próchnicy, ponieważ wpływa na fizyczne i biochemiczne właściwości biofilmu. Polisacharydy zwiększają przyleganie mikroorganizmów i spójność biofilmu, służą jako zapasowe źródło energii, chronią mikroorganizmy przed wrogimi oddziaływaniami, wpływają na dyfuzję substancji do i z biofilmu oraz ułatwiają koncentrację jonów metali i innych ważnych składników odżywczych w środowisku biofilmu. Spośród licznych polimerów budujących płytkę, decydującą rolę w etiologii próchnicy zębów odgrywa rozgałęziony α-1,3-glukan, mutan. Stanowi on 1% suchej masy płytki i posiada kilka unikatowych cech, dzięki którym tworzy jej szkielet, tzn. łatwo adsorbuje się do szkliwa pokrytego śliną lub błonką nabytą, sprzyja wzajemnemu sklejaniu się bakterii oraz znacznie zwiększa spójność płytki nazębnej. Mutany są całkowicie nierozpuszczalne w wodzie i mają strukturę włókien, co sprawia, że nie są rozpuszczane i wymywane przez płyny jamy ustnej. Ponadto nie poddają się działaniu enzymów, ani tych obecnych w jamie ustnej ani wytwarzanych przez bytujące tam mikroorganizmy, co zapewnia płytce stabilność i trwałość.

Z uwagi na kluczową rolę płytki nazębnej w patogenezie próchnicy, poszukuje się skutecznych sposobów jej zapobiegania. Obecnie istnieje cały wachlarz metod zwalczania próchnicy, ale problem nadal pozostaje aktualny. Wydaje się więc, że na rynku środków przeciwpróchniczych jest jeszcze miejsce dla nowych, alternatywnych rozwiązań. Jednym z nich jest zastosowanie do zapobiegania i walki z próchnicą enzymów pochodzenia mikrobiologicznego. Enzym może zapobiegać powstawaniu płytki nazębnej lub/i być wykorzystany do rozkładu jej polisacharydowego szkieletu. Zniszczenie lub naruszenie szkieletu płytki ułatwi jej usuwanie, a tym samym zapobiegnie powstawaniu ognisk próchnicowych.

W przedstawianym wynalazku źródłem mutanazy są grzyby strzępkowe z gatunku Trichoderma harzianum. Enzym jest wytwarzany przez mikroorganizm wyłącznie w obecności swoistego induktora. Dotychczas efektywnym induktorem mutanazy był niedostępny na rynku mutan otrzymywany przy udziale próchnicotwórczych bakterii. Niedostępność induktora poważnie ograniczała możliwości produkcji i szerszego zastosowania mutanazy, np. w profilaktyce próchnicy zębów. Dla efektywnej produkcji oferowanej mutanazy opracowano innowacyjny sposób wytwarzania enzymu w oparciu o alternatywny do mutanu, tani i bezpieczny α-1,3-glukan, pochodzący z jadalnego grzyba nadrzewnego, żółciaka siarkowego. W 2012 roku opracowano, pierwszą w Europie, pełną technologię produkcji mutanazy na dużą skalę, co stwarza realną możliwość komercjalizacji tego enzymu.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Jest to rozwiązanie biotechnologiczne, konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych metod higieny jamy ustnej. Mutanaza jest produktem naturalnym, pochodzącym z kontrolowanych hodowli mikroorganizmu, bezpiecznym dla ludzi i zwierząt. Działa skutecznie i specyficznie, a zarazem łagodnie i bez skutków ubocznych. Potencjalnym zastosowaniem oferowanej mutanazy może być jej użycie, jako substancji czynnej w środkach higieny jamy ustnej, takich jak płyny do płukania jamy ustnej, pasty do zębów, żele dentystyczne, etc. Enzym może być także używany do płynów do mycia i przechowywania protez i aparatów nazębnych w celu usunięcia osadu mikrobiologicznego, który jest przyczyną uciążliwych zakażeń drożdżakowych. Kolejną możliwością wykorzystania enzymu jest jego zastosowanie jako aktywnego, przeciwpróchniczego składnika gum do żucia, cukierków do ssania i żelków.

Potencjał komercjalizacyjny

Oferta skierowana jest do firm farmaceutycznych i biotechnologicznych. Na europejskim rynku środków do higieny jamy ustnej nie ma preparatów zawierających mutanazę. Enzymu brak też w ofercie firm biotechnologicznych.

Dokonano analizy wymagań i ograniczeń regulacyjnych dla komercjalizacji mutanazy otrzymywanej w procesie biotechnologicznym, w szczególności możliwego zastosowania enzymu w postaci preparatów do płukania jamy ustnej dla ludzi, w Polsce i Unii Europejskiej. Stwierdzono, że najlepszym sposobem komercjalizacji enzymu w tym zastosowaniu byłaby kategoria wyrobu medycznego.

Wynalazek chroniony jest patentami i zgłoszeniami krajowymi.

Opracowana została też instrukcja technologiczna produkcji mutanazy: „Postępowanie normalizacyjne oraz sporządzenie dokumentacji technicznej dla mutanazy, substancji czynnej dla przyszłego produktu w postaci płynu do płukania ust, mającej być przedmiotem wdrożenia i będącej wynikiem prac B+R”. Dokument „Know-How” objęty klauzulą tajności, 2012 r., UMCS Lublin