Naukowcy z Poznańskiego Parku Naukowo-Technologicznego Fundacji Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza opracowali substancje aktywne, które nazwano projektowalnymi salicylanami. Ich zastosowanie zapobiega negatywnym skutkom działania stresów abiotycznych i biotycznych oraz działa stymulująco na wzrost i rozwój roślin. O badaniach, nowych odkryciach i procesie komercjalizacji z dr. hab. inż. Marcinem Śmiglakiem, współtwórcą technologii, kierownikiem Zespołu Syntez Materiałowych PPNT i wiceprezesem Fundacji UAM, rozmawia Krzysztof Smura.
W 2018 roku informowaliśmy, że PPNT otrzymał cztery miliony złotych na badania w ramach projektu Team-Tech. Czy obecne działania to continuum?
– Tak, projekt Team-Tech Fundacji na rzecz Nauki Polskiej był dla nas prawdziwym przełomem. Rozpoczynając go, wiedzieliśmy, że istnieje pewna grupa związków chemicznych, których zastosowanie może prowadzić do zwiększenia odporności roślin na choroby. Natomiast doniesienia literaturowe wskazywały, że tego rodzaju pobudzanie procesów rośliny związanych z odpornością może odbywać się kosztem procesów związanych ze wzrostem, co będzie negatywnie wpływać na końcowy plon.
W naszych badaniach zwracaliśmy uwagę na to, do jakiego stopnia wystąpi ten negatywny wpływ na plon oraz czy rośliny, których odporność pobudzana jest przez zastosowanie naszych substancji aktywnych, będą – oprócz lepszej kondycji zdrowotnej – również dawały wyższy plon niż rośliny pozostawione bez ochrony. Kluczowe znaczenie w takim podejściu miał i nadal ma fakt, iż skuteczna ochrona roślin staje się coraz trudniejsza w kontekście ograniczeń wprowadzanych przez ustawodawstwo Unii Europejskiej, dotyczących środków ochrony roślin.
Ciecze jonowe – co sprawia, że są tak fascynujące?
– Ciecze jonowe to sole organiczne o niemal nieograniczonych możliwościach modyfikacji strukturalnej. Składają się z dodatnio naładowanego kationu i ujemnie naładowanego anionu, które można ze sobą łączyć w celu uzyskania cząsteczki o pożądanych właściwościach. Ta „projektowalność” sprawia, że ciecze jonowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i przemysłu. W przypadku mojego zespołu badawczego w ostatnich latach koncentrujemy się przede wszystkim na ich wykorzystaniu w rolnictwie oraz w inżynierii materiałowej.
W zastosowaniach rolniczych jedną z kluczowych właściwości cząsteczki, obok jej aktywności biologicznej, jest rozpuszczalność, mająca istotny wpływ na biodostępność i efektywność działania substancji. Poprzez odpowiedni dobór jonów możemy poprawić tę cechę, zwiększając biodostępność substancji dla roślin i często zmniejszając potrzebną dawkę substancji aktywnej. To najprostsza modyfikacja, ale możliwości jest znacznie więcej – możemy wprowadzać dodatkowe funkcje, np. działanie fungistatyczne, lub kontrolować tempo uwalniania substancji.
Drugim obszarem badań realizowanym przez zespół, którym kieruję, jest zastosowanie cieczy jonowych do modyfikacji polimerów oraz wytwarzania materiałów kompozytowych, ale to temat na inną rozmowę.
Czyli sam pomysł na cząsteczkę i jej otrzymanie to dopiero początek drogi – potem trzeba jeszcze opracować technologię jej praktycznego użycia?
– Dokładnie tak. Z perspektywy chemicznej dysponujemy bardzo szerokimi możliwościami tworzenia substancji stanowiących różne kombinacje anionów i kationów, które, jak zakładamy, mogą wykazywać pożądane działanie. Kluczowym etapem jest jednak zaprojektowanie odpowiedniego planu badawczego, który najpierw pozwoli zawęzić liczbę analizowanych cząsteczek już na wczesnym etapie prowadzenia prostych doświadczeń. Dzięki temu możliwe jest wyselekcjonowanie substancji o największym potencjale, a następnie prowadzenie szczegółowych prac badawczych lub badawczo-rozwojowych, umożliwiających wybór cząsteczki najlepiej odpowiadającej konkretnemu zastosowaniu.
Obserwuję, że każdy naukowiec w moim zespole ma „swoją” cząsteczkę, zaprojektowaną przez siebie i traktowaną z ogromnym zaangażowaniem. Wiara w jej potencjał staje się dla nich silną motywacją do dalszej pracy nad jej rozwijaniem, często wykraczającej daleko poza klasyczne kompetencje chemika zajmującego się syntezą nowych związków.
Czy dobrze rozumiem, że to właśnie projekt Team-Tech umożliwił realizację tak kompleksowego planu badawczo-rozwojowego?
– W ramach projektu udało nam się opracować technologię stosowania tzw. projektowalnych salicylanów, która pozwala uzyskać podwójny efekt działania na roślinach. Odpowiednie stosowanie tych substancji umożliwia jednoczesne pobudzanie naturalnych mechanizmów obronnych oraz stymulowanie wzrostu i rozwoju roślin. Wykazaliśmy również, że związki te skutecznie ograniczają negatywne skutki stresów abiotycznych, takich jak susza.
Co szczególnie istotne, mechanizm działania tych substancji ma charakter uniwersalny – obserwujemy korzystny wpływ na różne gatunki roślin, choć nie wszystkie zostały jeszcze przebadane. Skupiliśmy się dotąd na uprawach o największym znaczeniu gospodarczym, ale planujemy rozszerzyć badania na kolejne gatunki. Mamy już pewność, że opracowane rozwiązanie działa – teraz naszym celem jest potwierdzenie jego skuteczności w doświadczeniach polowych na różnych roślinach oraz dopracowanie parametrów takich jak dawka czy liczba zabiegów.
Ostatnio uzyskaliście kolejny patent dotyczący substancji aktywnych opracowanych z myślą o zastosowaniu w rolnictwie. Liczba uzyskanych patentów robi wrażenie – czy przekłada się to już na konkretne wdrożenia?
– Stoję na stanowisku, że nie należy zgłaszać patentu, jeśli nie widać realnych perspektyw jego komercjalizacji. Analiza takich perspektyw ma kluczowe znaczenie również w kontekście określenia terytorialnego zakresu przyszłej ochrony. W sytuacji, gdy decydujemy się jedynie na ochronę patentową w Polsce, w praktyce oddajemy całą wytworzoną wiedzę, która może być następnie wykorzystywana przez zagraniczne firmy – na obszarach nieobjętych ochroną. Nie sztuką jest zatem samo opatentowanie rozwiązania, lecz takie jego zabezpieczenie, które umożliwi realne wykorzystanie w celach komercyjnych. Dlatego czasami rozsądniejszym rozwiązaniem jest wstrzymanie się z publikacją wyników lub złożeniem wniosku patentowego do momentu, gdy zostanie przemyślana strategia dotycząca patentowania i późniejszej komercjalizacji, co samo w sobie powinno stanowić silny argument za ponoszeniem kosztów ochrony patentowej obejmującej terytorium szersze niż tylko Polska.
Jak w praktyce wyglądało przejście od patentu do jego komercyjnego wykorzystania?
– Komercyjne wykorzystanie tego patentu było możliwe przede wszystkim dzięki determinacji dr. Rafała Kukawki i Macieja Spychalskiego, którzy pracują wspólnie ze mną nad rozwojem tej technologii od samego początku projektu Team-Tech. Byłem inicjatorem tych badań i kierowałem całym projektem, ale muszę podkreślić, że to dzięki ich ogromnemu zaangażowaniu i determinacji udało się doprowadzić tę technologię do obecnego etapu rozwoju. Następnie, wspólnie z ekspertami z PPNT, wypracowaliśmy model komercjalizacji tej technologii. Efektem tych działań było założenie spółki spin-off ATI, w której dr Rafał Kukawka i Maciej Spychalski są głównymi udziałowcami, a PPNT udzieliło spółce licencji wyłącznej na komercyjne wykorzystanie wytworzonej własności intelektualnej. Spółka udzieliła już dwóch umów sublicencji obejmującej wykorzystanie opracowanych substancji aktywnych, które są składnikami komercyjnie dostępnych produktów. W naszym modelu komercjalizacji kluczowe było to, aby spółka ATI pozostała podmiotem niezależnym od PPNT, co umożliwia jej dalsze rozwijanie technologii poprzez realizację projektów badawczo-rozwojowych w ramach konsorcjów z PPNT.
Co jest najważniejsze w pracy badacza?
Według mnie w pracy badawczej trzeba mieć zawsze cel, czasem jest on czysto naukowy/odkrywczy, czasem z nastawieniem na wdrożenie, ale każda z tych dróg jest warta podążania, bo to nasze zaangażowanie (naukowców) w rozwój wiedzy świadczy o naszej wartości dla społeczeństwa.
Dr hab. inż. Marcin Śmiglak
Wiceprezes Fundacji UAM (FUAM) i kierownik zespołu badawczego jest poznaniakiem z urodzenia. Ukończył studia na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej. Już wtedy wiedział, że chce rozwijać karierę naukową poza granicami kraju. Aplikował do wielu ośrodków badawczych, odpowiedzi otrzymał z dwóch: Imperial College London oraz The University of Alabama. Wybrał ofertę Uniwersytetu w Alabamie i rozpoczął pracę naukową pod kierunkiem prof. Robina Rogersa. W latach 2003–2010 prowadził badania nad wykorzystaniem wielofunkcyjności cieczy jonowych – od zastosowań farmaceutycznych przez materiały wysokoenergetyczne aż po środki ochrony roślin. W 2010 roku, w poszukiwaniu nowych wyzwań i możliwości praktycznego wykorzystania wyników badań, objął stanowisko dyrektora produkcji w niemieckiej firmie badawczo-rozwojowej IoLiTec, zajmującej się syntezą cieczy jonowych na potrzeby firm i zespołów naukowych z całego świata. Z czasem jednak górę wzięła pasja badawcza i chęć stworzenia własnego zespołu naukowego w Polsce – najlepiej w rodzinnych stronach, w Poznaniu. Aby było to możliwe, musiał zdobyć finansowanie na realizację badań. Rozwiązanie było jedno: aplikować o granty Narodowego Centrum Nauki oraz Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Zdobył oba.
Pierwszy grant dotyczył badań podstawowych z zakresu termodynamiki chemicznej i chemii analitycznej, a drugi – prac nad technologią indukcji odporności roślin, czyli kierunkiem, który z czasem stał się podstawą do opracowania technologii projektowalnych salicylanów.
Potencjał wdrożeniowy tego projektu jako pierwsi dostrzegli naukowcy z PPNT: prof. Hieronim Maciejewski, obecny prezes FUAM, prof. Bogdan Marciniec, wówczas prezes Fundacji, oraz prof. UAM Jacek Guliński, ówczesny wiceprezes FUAM. Wszyscy trzej – chemicy z bogatym doświadczeniem naukowym i wdrożeniowym – zauważyli w proponowanych badaniach duży potencjał komercjalizacyjny i zaproponowali utworzenie w zespołu badawczego w PPNT. Jak się później okazało, była to dobra decyzja.