細(xì)菌銅綠假單胞菌可以在不同的環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)，如肺部潮濕，溫暖的組織，以及辦公室墻壁干燥，營(yíng)養(yǎng)缺乏的表面。這種適應(yīng)性使其在醫(yī)療保健方面存在問(wèn)題 - 在囊性纖維化，癌癥，HIV和其他免疫受損病癥的情況下引起感染 - 但也使其成為研究的迷人主題。假單胞菌如何在如此多的環(huán)境中存活?我們可以用這些知識(shí)來(lái)控制它嗎?

在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供的三年60萬(wàn)美元資助的支持下，倫斯勒理工學(xué)院(RPI)研究員Blanca Barquera正在解決這一問(wèn)題，探索在其眾多棲息地保護(hù)假單胞菌的生化機(jī)制。該項(xiàng)目建立在Barquera 運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，細(xì)胞膜上的分子作為細(xì)胞內(nèi)部和外部世界之間的守門者。

“這些生物能夠在各種各樣的食物供應(yīng)，鹽含量，溫度，酸/堿水平和氧氣水平的條件下生活。我們不得不問(wèn) - 他們?cè)趺茨苓@樣做?” Barquera說(shuō)，他是生物科學(xué)副教授，也是生物技術(shù)和跨學(xué)科研究中心的成員。“為了使生物體在如此多的不同環(huán)境中生存，細(xì)胞內(nèi)部必須仍然是生命生物化學(xué)的好客場(chǎng)所，無(wú)論外面發(fā)生什么。并且膜中有蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)這一點(diǎn)。”

在她的實(shí)驗(yàn)室中，Barquera試圖了解這些蛋白質(zhì)的機(jī)制 - 填充細(xì)胞膜的酶 - 并確定蛋白質(zhì)所起的作用，以及它們?cè)诩?xì)胞生理學(xué)中產(chǎn)生的離子梯度。她的工作為細(xì)菌的運(yùn)作方式提供了基本的見解，無(wú)論是有益還是有害。

Barquera的研究實(shí)現(xiàn)了新理工學(xué)院的愿景，這是一種新興的高等教育范式，它認(rèn)識(shí)到全球挑戰(zhàn)和機(jī)遇是如此復(fù)雜，即使是最有才能的人才也無(wú)法解決。Rensselaer作為合作的十字路口 - 與跨學(xué)科，行業(yè)和地理區(qū)域的合作伙伴合作，應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn) - 并解決從能源安全和可持續(xù)發(fā)展到生物技術(shù)和人類健康等世界上一些最緊迫的技術(shù)挑戰(zhàn)。新理工學(xué)院在研究，創(chuàng)新教學(xué)和倫斯勒學(xué)生的生活影響方面具有變革性。

運(yùn)輸?shù)鞍讟?gòu)成細(xì)胞和環(huán)境之間的活性界面，其中最重要的蛋白質(zhì)是那些將離子 - 具有凈正電荷或負(fù)電荷的原子或分子 - 輸入和輸出細(xì)胞的蛋白質(zhì)，Barquera說(shuō)。離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞內(nèi)保持有利的離子濃度，也是能量產(chǎn)生的核心。帶正電的氫離子和鈉離子(稱為陽(yáng)離子)的運(yùn)輸產(chǎn)生梯度，為多種細(xì)胞過(guò)程提供能量，例如細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入和對(duì)細(xì)胞有毒的化學(xué)物質(zhì)的擠出。

在目前的項(xiàng)目“控制細(xì)菌適應(yīng)中的Na +和H +轉(zhuǎn)運(yùn)”中，研究人員將試圖了解通過(guò)細(xì)胞膜移動(dòng)氫和鈉陽(yáng)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如何允許假單胞菌將其代謝調(diào)節(jié)到不同的環(huán)境條件。

Barquera將研究幾種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，包括NQR，它將鈉從細(xì)胞內(nèi)部移到外部; NUO，將質(zhì)子從內(nèi)部移動(dòng)到細(xì)胞外部; 和鈉/質(zhì)子反向移植物，它們交換離子以維持細(xì)胞內(nèi)恒定的pH和離子濃度。

“在實(shí)驗(yàn)室中，我們可以一次消除一種蛋白質(zhì)，看看生物體會(huì)發(fā)生什么。如果你去掉與鹽交換相關(guān)的蛋白質(zhì)，它們?nèi)绾紊?它們能活嗎?它們將如何補(bǔ)償?” 巴克拉說(shuō)。“為了評(píng)估這一點(diǎn)，我們可以衡量他們的活動(dòng)并找出他們的功能。這是一系列實(shí)驗(yàn)，你可以通過(guò)多種組合來(lái)觀察結(jié)果并了解有機(jī)體。”

在先前對(duì)假單胞菌的研究中，Barquera展示了在高人口密度下細(xì)菌分泌的信號(hào)分子如何導(dǎo)致呼吸鏈分解，殺死一些人群并在幸存者中引發(fā)抗生素抗性生物膜的產(chǎn)生。她的工作不同于在試管中分離蛋白質(zhì)以確定蛋白質(zhì)的機(jī)制，以了解蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的更大作用，包括其與其他蛋白質(zhì)和途徑的相互作用。

除了應(yīng)用于細(xì)菌生態(tài)學(xué)之外，這些知識(shí)對(duì)于生物技術(shù)的許多領(lǐng)域都很重要 - 例如廢物修復(fù)，代謝工程以及天然和人工產(chǎn)品的細(xì)菌生產(chǎn) - 適應(yīng)新條件非常重要。