ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Wrocławska/Uniwersytet Gdański

• Kierownik zespołu: dr inż. Anna Dzimitrowicz
• dr inż. Anna Dzimitrowicz,
• dr Agata Motyka-Pomagruk,
• dr inż. Wojciech Śledź,
• prof. dr hab. inż. Paweł Pohl,
• mgr inż. Tymoteusz Kliś,
• prof. PWr dr hab. inż. Piotr Jamróz,
• prof. dr hab. Ewa Łojkowska

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek dotyczy efektywnej, niedrogiej i ekologicznej metody degradacji antybiotyków z roztworów wodnych, a oparty jest o zastosowanie zimnej plazmy atmosferycznej, generowanej pod ciśnieniem atmosferycznym w ciągłym systemie przepływowym. Istotnym jest, że oczyszczalnie ścieków (komunalnych, przemysłowych czy specjalistycznych) nie dysponują skuteczną metodą dezaktywacji tych farmaceutyków. Poprzez wdrożenie naszego rozwiązania możliwe jest ograniczenie zjawiska wielolekooporności wśród drobnoustrojów o wysokim znaczeniu klinicznym oraz utrzymać potencjał terapeutyczny obecnie stosowanych terapii antybiotykowych. Inaczej mówiąc, mikroorganizmy chorobotwórcze wobec których stosowane są antybiotyki, nie nabędą oporności na te leki, gdyż zostaną one wyeliminowane ze ścieków poprzez zastosowanie opracowanego przez Nas plazmowego sposobu degradacji tych związków.

ISTOTA WYNALAZKU

Opracowany wynalazek umożliwia efektywną, niedrogą i ekologiczną degradację antybiotyków z roztworów wodnych z zastosowaniem zimnej plazmy atmosferycznej. Rozwiązanie opiera się na wykorzystaniu stałoprądowego wyładowania jarzeniowego generowanego pod ciśnieniem atmosferycznym w ciągłym systemie przepływowym. W zaprojektowanym przez Nas systemie, poddawany działaniu zimnej plazmy atmosferycznej wodny roztwór antybiotyków pełni rolę przepływającej ciekłej katody. W efekcie ekspozycji na generowaną zimną plazmą atmosferyczną, roztwór antybiotyków jest eksponowany na działanie reaktywnych form tlenu i azotu, a także promieniowania UV oraz promieniowania elektromagnetycznego, co w efekcie prowadzi do efektywnej degradacji analizowanych farmaceutyków.
Należy nadmienić, że stosowane dotąd rozwiązania w komunalnych, przemysłowych czy specjalistycznych oczyszczalniach ścieków są wysoce nieskuteczne względem unieczynniania antybiotyków. W rezultacie śladowe ilości tych związków dostają się wraz z uwalnianymi ściekami do środowiska naturalnego. Drobnoustroje, zarówno te wolnożyjące jak i chorobotwórcze, w odpowiedzi na napotykane bodźce środowiskowe, utrzymują i wymieniają między sobą mobilne elementy genetyczne, zapewniające oporność na występujące w otoczeniu farmaceutyki. To działanie prowadzi do wyodrębnienia szczepów wielolekoopornych, powszechnych zwłaszcza w środowiskach szpitalnych, a powodujących zagrażające życiu ludzkiemu infekcje, jak choćby posocznice, zapalenia płuc czy wsierdzia, infekcje ran, układu pokarmowego, nerwowego, wydalniczego czy też zapalenia kości i stawów. Aby utrzymać skuteczność stosowanych terapii należy za wszelką cenę ograniczyć niepotrzebny kontakt drobnoustrojów z tymi farmaceutykami.
W trakcie przeprowadzonych prac badawczych wykazaliśmy, że poddane dezaktywacji w opracowanym systemie antybiotyków, w naszym przypadku należące do grup chloramfenikoli oraz penicylin, straciły swoją biologiczną aktywność. Stąd, po uwolnieniu do środowiska naturalnego nie powodowałyby powstania presji selekcyjnej na utrzymanie mobilnych elementów genetycznych zapewniających antybiotykooporność wśród wolno-żyjących mikroorganizmów. Obecne w środowiskach szpitalnych wysoce zjadliwe drobnoustroje sklasyfikowane do tzw. grupy ESKAPE (od ich zdolności do ucieczki przed konwencjonalnymi terapiami antybiotykowymi), czyli Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa i Enterobacter spp., miałyby ograniczone możliwości pozyskania determinant lekooporności, a tym samym chemioterapeutyki te mogłyby być dalej stosowane w celu ratowania życia ludzkiego.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Opracowany wynalazek ma wysoki potencjał komercjalizacyjny. Wśród podmiotów zainteresowanych jego wdrożeniem znajdują się: firmy produkcyjne, w których w efekcie realizacji procesów produkcyjnych, powstają odpady zanieczyszczone antybiotykami, oczyszczalnie ścieków (komunalnych, przemysłowych czy specjalistycznych), laboratoria przemysłowe i naukowe, sektor przemysłu farmaceutycznego, przetwórczego, w tym spożywczego, szpitale i przychodnie, kliniki weterynaryjne, podmioty zaangażowane w chów zwierząt. Wykorzystanie prezentowanego wynalazku celem unieczynnienia antybiotyków obecnych w ściekach komunalnych, poprzemysłowych, szpitalnych czy z gospodarstw rolno-hodowlanych ograniczyłoby dyfuzję tych aktywnych związków do środowiska naturalnego. Stąd, bakterie chorobotwórcze względem ludzi i zwierząt nie miałyby możliwości nabycia oporności na stosowane obecnie w medycynie czy weterynarii chemoterapeutyki.