باکتری سودوموناس آئروژینوزا می‌تواند در محیط‌هایی مانند بافت مرطوب و گرم ریه‌ها و سطح خشک و فاقد مواد مغذی دیوار اداری رشد کند. چنین سازگاری آن را در مراقبت های بهداشتی مشکل ساز می کند - جایی که باعث عفونت در موارد فیبروز کیستیک، سرطان، اچ آی وی و سایر شرایط به خطر افتاده سیستم ایمنی می شود - اما همچنین آن را به موضوعی جذاب برای مطالعه تبدیل می کند. سودوموناس چگونه در این همه محیط زنده می ماند؟ و آیا می‌توانیم از این دانش برای کنترل آن استفاده کنیم؟
با حمایت سه ساله 600000 دلاری بنیاد ملی علوم، محقق موسسه پلی تکنیک Rensselaer (RPI) Blanca Barquera در حال مقابله با این مشکل است و مکانیسم های بیوشیمیایی محافظت از سودوموناس را در زیستگاه های متعدد آن بررسی می کند.این پروژه بر اساس تجربه بارکورا با پروتئین‌های حمل‌ونقل، مولکول‌هایی روی غشای سلولی است که به عنوان دروازه‌بان بین فضای داخلی سلول و جهان خارج عمل می‌کنند.
"این موجودات می توانند در همه جا زندگی کنند، تحت شرایطی با تنوع بسیار زیاد مواد غذایی، سطح نمک، دما، سطح اسید/باز، و سطح اکسیژن. و ما باید بپرسیم - چگونه می توانند این کار را انجام دهند؟ " بارکورا، دانشیار علوم زیستی و عضو مرکز بیوتکنولوژی و مطالعات بین رشته ای گفت. "برای اینکه موجودات زنده در بسیاری از محیط‌های مختلف زنده بمانند، فضای داخلی سلول باید بدون توجه به آنچه در بیرون اتفاق می‌افتد، مکانی مهمان‌پذیر برای بیوشیمی زندگی باقی بماند. و پروتئین‌هایی در غشاء وجود دارند که مسئول این امر هستند."
در آزمایشگاه خود، بارکورا به دنبال درک مکانیسم این پروتئین‌ها - آنزیم‌هایی که غشای سلولی را تشکیل می‌دهند - و تعیین نقش پروتئین‌ها و گرادیان‌های یونی که تولید می‌کنند در فیزیولوژی سلول‌ها است.کار او بینش های اساسی در مورد روش هایی که باکتری ها عمل می کنند، چه زمانی که مفید هستند و چه زمانی که مضر هستند، ارائه می دهد.
تحقیق Barquera چشم انداز پلی تکنیک جدید را برآورده می کند، یک الگوی نوظهور برای آموزش عالی که تشخیص می دهد چالش ها و فرصت های جهانی آنقدر پیچیده هستند که حتی با استعدادترین افرادی که به تنهایی کار می کنند نمی توانند به آنها رسیدگی کنند. Rensselaer به عنوان چهارراهی برای همکاری عمل می کند - کار با شرکا در رشته ها، بخش ها و مناطق جغرافیایی، برای رسیدگی به چالش های جهانی - و به برخی از مهم ترین چالش های تکنولوژیکی جهان، از امنیت انرژی و توسعه پایدار گرفته تا بیوتکنولوژی و سلامت انسان، رسیدگی می کند. پلی تکنیک جدید در تأثیر جهانی تحقیق، در آموزش نوآورانه خود و در زندگی دانشجویان در Rensselaer تحول آفرین است.
پروتئین های انتقالی رابط فعال بین سلول و محیط را تشکیل می دهند و از جمله مهمترین این پروتئین ها آنهایی هستند که یون ها - اتم ها یا مولکول هایی با بار الکتریکی خالص مثبت یا منفی - را به داخل و خارج منتقل می کنند. بارکورا گفت سلول.پروتئین های انتقال یون غلظت مطلوب یون ها را در داخل سلول حفظ می کنند و همچنین در قلب تولید انرژی قرار دارند. انتقال یون‌های هیدروژن و سدیم با بار مثبت که کاتیون‌ها نامیده می‌شوند، شیب‌هایی را ایجاد می‌کنند که انرژی را برای فرآیندهای سلولی مختلف، مانند تحرک سلولی، واردات مواد مغذی، و اکستروژن مواد شیمیایی سمی برای سلول فراهم می‌کنند.
در پروژه فعلی، "کنترل انتقال Na+ و H+ در سازگاری باکتریایی"، محققان به دنبال درک چگونگی انتقال پروتئین های انتقال دهنده که کاتیون های هیدروژن و سدیم را از طریق غشای سلولی حرکت می دهند، به سودوموناس اجازه می دهد تا متابولیسم خود را با شرایط مختلف محیطی تنظیم کند..
Barquera چندین پروتئین حمل و نقل از جمله NQR را بررسی می کند که سدیم را از داخل به بیرون سلول منتقل می کند. NUO که پروتون ها را از داخل به بیرون سلول حرکت می دهد. و ضد پورترهای سدیم/پروتون، که برای حفظ pH ثابت و غلظت یونی در داخل سلول، یون‌ها را مبادله می‌کنند.
"در آزمایشگاه، ما می توانیم پروتئین ها را یکی یکی حذف کنیم و ببینیم چه اتفاقی برای موجودات می افتد. اگر پروتئین مرتبط با تبادل نمک را حذف کنید، آنها چگونه زندگی می کنند؟ آیا می توانند زندگی کنند؟ چگونه جبران می کنند. ؟" بارکورا گفت. "برای ارزیابی این، می‌توانیم فعالیت‌های آنها را اندازه‌گیری کنیم و عملکردشان را بفهمیم. این مجموعه‌ای از آزمایش‌ها است که در آن ترکیب‌های زیادی انجام می‌دهید و به نتایج نگاه می‌کنید و در مورد ارگانیسم یاد می‌گیرید."
در تحقیقات قبلی با سودوموناس، بارکورا نشان داد که چگونه یک مولکول سیگنالی که باکتری تحت تراکم جمعیت بالا ترشح می کند، باعث شکسته شدن زنجیره تنفسی، کشته شدن برخی از جمعیت و ایجاد یک بیوفیلم مقاوم به آنتی بیوتیک در میان بازماندگان می شود. کار او از جداسازی پروتئین ها در یک لوله آزمایش برای ایجاد مکانیسم پروتئین، تا درک نقش بزرگتر پروتئین در سلول، از جمله تعامل آن با سایر پروتئین ها و مسیرها، متفاوت است.
علاوه بر کاربردها در اکولوژی باکتریایی، این دانش برای بسیاری از حوزه‌های بیوتکنولوژی - مانند اصلاح زباله، مهندسی متابولیک، و تولید باکتریایی محصولات طبیعی و مصنوعی - که سازگاری با شرایط جدید مهم است، مهم است.
