При поддержке трехлетнего гранта в размере 600000 долларов от Национального научного фонда исследователь Политехнического института Ренсселера (RPI) Бланка Баркера решает эту проблему, исследуя биохимические механизмы, которые защищают Pseudomonas во многих местах ее обитания. Проект основан на опыте Баркеры с транспортными белками, молекулами на клеточной мембране, которые служат в качестве посредников между внутренней частью клетки и внешним миром.«Эти организмы могут жить везде, в условиях огромного разнообразия пищевых продуктов, уровней соли, температуры, кислотно-щелочного уровня и уровня кислорода. И мы должны спросить — как они могут это сделать?» сказал Баркера, доцент биологических наук и член Центра биотехнологии и междисциплинарных исследований. «Для того, чтобы организмы выжили в таком большом количестве различных сред, внутренняя часть клетки должна оставаться гостеприимным местом для биохимии жизни, независимо от того, что происходит снаружи.
И в мембране есть белки, которые ответственны за это».В своей лаборатории Баркера пытается понять механизмы этих белков — ферментов, которые населяют клеточную мембрану — и определить роль, которую играют белки и генерируемые ими ионные градиенты в физиологии клеток. Ее работа дает фундаментальное представление о том, как действуют бактерии, когда они полезны и когда они вредны.Исследования Баркеры воплощают в жизнь видение Нового политехнического института, формирующейся парадигмы высшего образования, которая признает, что глобальные проблемы и возможности настолько сложны, что их не может решить даже самый талантливый человек, работающий в одиночку.
Ренсселер служит перекрестком для сотрудничества — работы с партнерами из разных дисциплин, секторов и географических регионов для решения глобальных проблем — и решает некоторые из самых насущных технологических проблем в мире, от энергетической безопасности и устойчивого развития до биотехнологий и здоровья человека. Новый политехнический институт преобразует глобальное влияние исследований, новаторскую педагогику и жизнь студентов в Rensselaer.Транспортные белки составляют активный интерфейс между клеткой и окружающей средой, и среди наиболее важных из этих белков находятся те, которые переносят ионы — атомы или молекулы с положительным или отрицательным электрическим зарядом — в клетку и из нее, Баркера сказал. Ионно-транспортные белки поддерживают благоприятные концентрации ионов внутри клетки, а также лежат в основе производства энергии.
Транспорт положительно заряженных ионов водорода и натрия, называемых катионами, создает градиенты, которые обеспечивают энергией различные клеточные процессы, такие как подвижность клеток, импорт питательных веществ и вытеснение токсичных для клетки химических веществ.В текущем проекте «Контроль транспорта Na + и H + при адаптации бактерий» исследователи будут стремиться понять, как транспортные белки, которые перемещают катионы водорода и натрия через клеточную мембрану, позволяют Pseudomonas регулировать свой метаболизм в зависимости от различных условий окружающей среды.Баркера рассмотрит несколько транспортных белков, включая NQR, который перемещает натрий изнутри клетки во внешнюю; NUO, который перемещает протоны изнутри клетки наружу; и натрий / протонные антипортеры, которые обмениваются ионами для поддержания постоянного pH и ионных концентраций внутри клетки.«В лаборатории мы можем удалить белки по одному и посмотреть, что происходит с организмами.
Если удалить белок, связанный с солевым обменом, как они будут жить? Могут ли они жить?
Как они будут компенсировать это?» — сказал Баркера. «Чтобы оценить это, мы можем измерить их активность и выяснить их функции. Это серия экспериментов, в которых вы проводите множество комбинаций, просматриваете результаты и изучаете организм».
В предыдущем исследовании Pseudomonas Баркера показал, как сигнальная молекула, которую бактерии выделяют при высокой плотности населения, вызывает нарушение дыхательной цепи, убивая часть населения и вызывая образование устойчивой к антибиотикам биопленки среди выживших. Ее работа варьируется от выделения белков в пробирке для установления механизма действия белка до понимания большей роли белка в клетке, включая его взаимодействие с другими белками и путями.
Помимо применения в бактериальной экологии, эти знания важны для многих областей биотехнологии, таких как восстановление отходов, метаболическая инженерия и бактериальное производство натуральных и искусственных продуктов, где важна адаптация к новым условиям.