Bioprospecting istraživanje temelji se na nedovoljno istraženoj bioraznolikosti mora i usmjereno je na održivo korištenje bioloških resursa. Prilagodba morskih organizama različitim životnim uvjetima, osobito ekstremnima, potiče njihovu raznolikost i stvara značajan genetski potencijal za inovacije. Cilj projekta je provesti održivo i sustavno ispitivanje primarnih i sekundarnih metabolita u ciljnim mikro- i makroorganizmima Jadranskog mora s biotehnološkim potencijalom za inovativni razvoj komercijalno vrijednih prirodnih proizvoda. Ciljne skupine uključuju različite industrije (prehrambenu, farmaceutsku, kozmetičku i kemijsku), agencije za zaštitu okoliša te akademsku zajednicu.
Jedan od najvećih globalnih izazova je potreba za očuvanjem prirodnih ekosustava i rješavanjem ograničenja kopnenih resursa uzrokovanih brzim rastom ljudske populacije, intenzivnom industrijalizacijom i degradacijom okoliša. S obzirom na sve veću eksploataciju kopnenih ekosustava zbog urbanizacije i poljoprivrednih aktivnosti, istraživanja su usmjerena na nove izvore bioaktivnih molekula u za sada nedovoljno istraženim morskim okolišima. U tom kontekstu, bioprospecting istraživanje (plava biotehnologija) postaje ključno za proučavanje i iskorištavanje bioloških resursa morskih mikro- i makroorganizama za održivu i inovativnu primjenu.
Bioprospecting često uključuje istraživanje organizama koji žive u ekstremnim okolišima, poput visokog tlaka, niskih temperatura, nedostatka sunčeve svjetlosti, niske zasićenosti kisikom ili prisutnosti specifičnih kemijskih spojeva. Ti su organizmi razvili različite mehanizme prilagodbe, uključujući proizvodnju bioaktivnih molekula s mogućom primjenom u biotehnologiji ili medicini. Istraživanje složenih interakcija između organizama i okolišnog mikrobioma također može otkriti nove kemijske spojeve, enzime, antibiotike i druge biološki aktivne tvari. Analiza genoma organizama prilagođenih različitim morskim okolišima daje nove i vrijedne genetske informacije koje mogu poslužiti kao temelj za biotehnološke inovacije. Ovaj još neistraženi genetski potencijal odgovoran je za sintezu različitih aktivnih molekula, kao što su peptidi, polisaharidi, polifenoli, lipidi, alkaloidi i druge skupine spojeva. One čine osnovu za daljnji razvoj sintetskih analoga bioloških spojeva s mogućim primjenama u farmaciji, nutraceutici, kozmetici i kemijskoj industriji. Dosadašnji rezultati i postignuća bioprospecting istraživanja Znanstvenog centra izvrsnosti (ZCI) – BioProCro, postavljaju glavni cilj ovog projekta, a to jest održivo i sustavno istraživanje primarnih i sekundarnih metabolita u ciljanim mikro- i makroorganizmima Jadranskog mora koji imaju biotehnološki potencijal za razvoj komercijalno vrijednih prirodnih proizvoda.
Taj cilj ostvarit će se kroz sljedeće specifične ciljeve:
1. Probir ciljnih morskih mikroorganizama (bakterije, gljive, mikroalge) i makroorganizama (smeđe, crvene i zelene makroalge, plaštenjaci, žarnjaci, spužve, ribe, mekušci);
2. Određivanje kemijskog i biološkog profila uzorkovanih organizama u različitim uvjetima rasta (različita prirodna staništa) i onih iz ko-kultivacije;
3. Određivanje biološke aktivnosti primarnih (aminokiseline, lipidi, jednostavni šećeri) i sekundarnih metabolita (terpeni, fenoli, alkaloidi, poliketidi, peptidi, polisaharidi, pigmenti) ekstrakata, frakcija i izoliranih spojeva, kao i odabranih sintetiziranih analoga koristeći in vitro, in vivo i in silico pristupe;
4. Korištenje naprednih "omics" tehnologija za visokoprotočno probirno ispitivanje te povezanih analitičkih tehnika za kemijsku i biološku karakterizaciju bioaktivnih metabolita, kao i razvoj tehnologije za bioprocesno inženjerstvo;
5. Evaluacija najaktivnijih organizama/spojeva na proširenoj/poluindustrijskoj skali.
Tijekom prethodnih istraživanja identificirani su brojni izazovi na koje ovaj projektni prijedlog može ponuditi odgovore:
1. Nutraceutici/potencijalni ljekoviti pripravci/pripravci za osobnu njegu: Potreba za novim antibioticima protiv super-rezistentnih mikroorganizama i lijekovima za brojne civilizacijske bolesti (karcinom, dijabetes, Parkinsonova i Alzheimerova bolest, visoki tlak, itd.) intenzivira istraživanja usmjerena na traženje novih prirodnih bioaktivnih supstanci iz različitih okoliša i ispitivanja njihove primjene u medicini. Zato je važno istraživati potencijale prirodnih bioaktivnih supstanci izoliranih iz do sada nedovoljno istraženih morskih organizama, te njihov potencijal za primjenu u medicini. Naša istraživanja ukazala su na antimikrobni i antitumorski potencijal morskih bakterija Streptomyces sp. kao i na antilipidemijski, antidijabetički, neuroprotektivni i antioksidativni potencijal nekih vrsta smeđih algi rodova Cystoseira, Fucus, Dictyota, Halopteris i Ericaria, zelenih algi rodova Codium, Dasycladus i Ulva, crvenih algi roda Amphiroa, spužvi rodova Chondrosia, Geodia, Chondrila te plaštenjaka rodova Clavelina, Aplydium, Phallusia i Styela. Uz to, antiproliferativni, citotoksični i antibakterijski učinci uočeni kod žarnjaka (rod Eunicella) čine ih važnim kandidatima za daljnja istraživanja (87 objavljenih znanstvenih radova).
Stoga će istraživanja biti usmjerena na:
• Specifične vrste mikro- i makroorganizama istraživane u prethodnom ZCI projektu s potencijalom sinteze metabolita s izraženim antibakterijskim, antitumorskim, antioksidativnim, neuroprotektivnim, regenerativnim, protuupalnim, antidijabetičkim i antihipertenzivnim djelovanjem;
• Istraživanje mikrobioma ekstremnih morskih staništa. Dosadašnji rezultati pokazali su da mikroorganizmi prisutni u ekstremnim uvjetima imaju sposobnost proizvodnje različitih spojeva (s antibakterijskim i antifungalnim svojstvima) s potencijalom za razvoj novih antibiotika i drugih proizvoda ili različitih hidrolitičkih enzima za industrijsku primjenu;
• Ko-kultivacije filogenetski udaljenih vrsta (mikroalgi, bakterija) radi poticanja sinteze novih metabolita; naši noviji rezultati pokazuju da ko-kultivacija mikroalgi i bakterija (npr. Streptomyces sp/Chlorella sp ili Chlorella sp/Lactobacillus sp) ima značajan potencijal za poticanje sinteze novih metabolita.
2. Održiva i kružna hrana: Interes za zdravu hranu i njezin pozitivan učinak na ljudski organizam raste. Zato se prehrambena industrija sve više usmjerava na korištenje dodataka prehrani dobivenih iz prirodnih izvora. Prethodna istraživanja identificirala su skupine organizama s visokim prehrambenim potencijalom temeljenim na njihovom kemijskom sastavu (mikro- i makroalge). Stoga se aktivnosti projekta usmjeravaju na razvoj prehrambenih dodataka visoke nutritivne vrijednosti iz organizama bogatih nezasićenim masnim kiselinama, aminokiselinama, elementima u tragovima, polisaharidima, karotenoidima i polifenolima s izraženim antioksidativnim svojstvima – za potrebe konzervansa, prirodnih bojila, antioksidansa te drugih dodataka s dobrim organoleptičkim svojstvima i nutritivnom vrijednošću. Upotreba prirodnih dodataka prehrani usklađena je s preferencijama potrošača za proizvodima s prirodnim nutritivnim dodacima, a istovremeno doprinosi promicanju zdrave prehrane i povećanju raznolikosti ponude dodataka prehrani.
3. Probir bakterijskih enzima za eko-industrijsku inovaciju: Napredak biotehnologije, kemijske i farmaceutske industrije ima stalnu potrebu za mikroorganizmima koji sintetiziraju hidrolitičke enzime s poboljšanim ili novim svojstvima za različite tehnološke primjene. Stoga će se projekt i dalje fokusirati na izolaciju i probir mikroorganizama iz ekstremnih morskih okoliša koji sintetiziraju hidrolitičke enzime (poput lipaza, proteaza, amilaza, hitinaza, celulaza i drugih) s potencijalom primjene u širokom rasponu procesa pod zahtjevnim uvjetima (npr. niske temperature, visoki salinitet, širok pH raspon, itd.). Ovi mikroorganizmi će se moći koristiti i za različite bioremedijacijske tehnologije (npr. za razgradnju otpada ili detoksikaciju), čime će ova aktivnost doprinositi održivijoj budućnosti.
Obalno morsko područje čini gotovo trećinu našeg teritorija, zato predloženo istraživanje ima strateški značaj za RH, u skladu s EU strategijom bioekonomije (do 2035.) i Strategijom plavog rasta Projekt promiče načela bioekonomije i kružnog gospodarstva i ima ključnu ulogu u razvoju tehnološki naprednih inovacija. Aktivno doprinosi Strategiji pametne specijalizacije - S3 RH (do 2029.) uključujući TPP – Personalizirana briga o zdravlju (Zdravlje i kvaliteta života), s pripadajućim PTPP: Farmaceutika, Biofarmaceutika, Medicinska oprema i uređaji te Nutricionizam), TPP – Pametna i čista energija (Energija i održivi okoliš), kao i TPP – Održiva i kružna hrana (Hrana i bioekonomija). Projekt ima potencijal za otkrića ljekovitih pripravaka te za razvoj prirodnih dodataka prehrani. U tom kontekstu, projekt je usklađen s nacionalnim, europskim i sektorskim strategijama te značajno doprinosi ostvarivanju definiranih ciljeva i prioriteta na navedenim razinama. Glavne ciljne skupine projekta uključuju akademsku zajednicu, kao i farmaceutsku, prehrambenu, kozmetičku, kemijsku, naftnu i poljoprivrednu industriju. Suradnja će se temeljiti na projektima financiranim iz sredstava Europske unije, ugovornim istraživanjima i komercijalizaciji inovacija. Dosadašnja postignuća ZCI-a rezultirala su razvojem novih proizvoda, podnošenjem dviju patentnih prijava te uspostavom suradnji s poslovnim sektorom, eminentnim znanstvenicima i obrazovanjem mladih istraživača, dodatno potvrđuju važnost ovog projektnog prijedloga. Daljnja istraživanja osiguravaju dugoročnu suradnju partnera na razvoju i komercijalizaciji rezultata istraživanja, zaštiti intelektualnog vlasništva i diseminaciji rezultata. Stoga će se, uz jačanje istraživanja koja doprinose razvoju novih tehnologija i inovacija te prijenosu znanja u gospodarstvo, dodatna vrijednost projekta očitovati i u unaprjeđenju kapaciteta istraživača za provođenje vrhunskih istraživanja u području plave biotehnologije, s krajnjim ciljem povećanja tržišne spremnosti rezultata projekta (vidljivo iz popisa objavljenih radova).
Ciljne skupine (skupine na koje projektne aktivnosti izravno utječu)
1. Farmaceutske i kemijske tvrtke te istraživački instituti koji imaju stvarnu potrebu za inovativnim bioaktivnim spojevima za razvoj zamjenskih ili novih/efikasnijih lijekova.
2. Kozmetička industrija koja ima kontinuiranu potrebu za novim prirodnim sastojcima u kozmetičkim preparatima.
3. Prehrambena industrija koja zahtijeva obogaćivanje hrane aktivnim tvarima prirodnog podrijetla i zamjenu konvencionalnih aditiva za hranu.
4. Kemijska industrija koja ima kontinuiranu potrebu za aktivnim tvarima (hidrolitičkim enzimima) koji poboljšavaju kemijske reakcije i procese bioremedijacije.