铜绿假单胞菌细菌幸存者的分子工具

细菌铜绿假单胞菌可以在不同的环境中茁壮成长，如肺部潮湿，温暖的组织，以及办公室墙壁干燥，营养缺乏的表面。这种适应性使其在医疗保健方面存在问题 - 在囊性纤维化，癌症，HIV和其他免疫受损病症的情况下引起感染 - 但也使其成为研究的迷人主题。假单胞菌如何在如此多的环境中存活?我们可以用这些知识来控制它吗?

在国家科学基金会提供的三年60万美元资助的支持下，伦斯勒理工学院(RPI)研究员Blanca Barquera正在解决这一问题，探索在其众多栖息地保护假单胞菌的生化机制。该项目建立在Barquera 运输蛋白质的经验基础上，细胞膜上的分子作为细胞内部和外部世界之间的守门者。

“这些生物能够在各种各样的食物供应，盐含量，温度，酸/碱水平和氧气水平的条件下生活。我们不得不问 - 他们怎么能这样做?” Barquera说，他是生物科学副教授，也是生物技术和跨学科研究中心的成员。“为了使生物体在如此多的不同环境中生存，细胞内部必须仍然是生命生物化学的好客场所，无论外面发生什么。并且膜中有蛋白质负责这一点。”

在她的实验室中，Barquera试图了解这些蛋白质的机制 - 填充细胞膜的酶 - 并确定蛋白质所起的作用，以及它们在细胞生理学中产生的离子梯度。她的工作为细菌的运作方式提供了基本的见解，无论是有益还是有害。

Barquera的研究实现了新理工学院的愿景，这是一种新兴的高等教育范式，它认识到全球挑战和机遇是如此复杂，即使是最有才能的人才也无法解决。Rensselaer作为合作的十字路口 - 与跨学科，行业和地理区域的合作伙伴合作，应对全球挑战 - 并解决从能源安全和可持续发展到生物技术和人类健康等世界上一些最紧迫的技术挑战。新理工学院在研究，创新教学和伦斯勒学生的生活影响方面具有变革性。

运输蛋白构成细胞和环境之间的活性界面，其中最重要的蛋白质是那些将离子 - 具有净正电荷或负电荷的原子或分子 - 输入和输出细胞的蛋白质，Barquera说。离子转运蛋白在细胞内保持有利的离子浓度，也是能量产生的核心。带正电的氢离子和钠离子(称为阳离子)的运输产生梯度，为多种细胞过程提供能量，例如细胞运动性，营养物质的输入和对细胞有毒的化学物质的挤出。

在目前的项目“控制细菌适应中的Na +和H +转运”中，研究人员将试图了解通过细胞膜移动氢和钠阳离子的转运蛋白如何允许假单胞菌将其代谢调节到不同的环境条件。

Barquera将研究几种转运蛋白，包括NQR，它将钠从细胞内部移到外部; NUO，将质子从内部移动到细胞外部; 和钠/质子反向移植物，它们交换离子以维持细胞内恒定的pH和离子浓度。

“在实验室中，我们可以一次消除一种蛋白质，看看生物体会发生什么。如果你去掉与盐交换相关的蛋白质，它们如何生存?它们能活吗?它们将如何补偿?” 巴克拉说。“为了评估这一点，我们可以衡量他们的活动并找出他们的功能。这是一系列实验，你可以通过多种组合来观察结果并了解有机体。”

在先前对假单胞菌的研究中，Barquera展示了在高人口密度下细菌分泌的信号分子如何导致呼吸链分解，杀死一些人群并在幸存者中引发抗生素抗性生物膜的产生。她的工作不同于在试管中分离蛋白质以确定蛋白质的机制，以了解蛋白质在细胞中的更大作用，包括其与其他蛋白质和途径的相互作用。

除了应用于细菌生态学之外，这些知识对于生物技术的许多领域都很重要 - 例如废物修复，代谢工程以及天然和人工产品的细菌生产 - 适应新条件非常重要。

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