Как Pseudomonas aeruginosa выживает в любых условиях

Бактерия Pseudomonas aeruginosa способна процветать в столь разных средах, как влажная, теплая ткань наших легких и сухая, лишенная питательных веществ поверхность офисной стены. Эта адаптивность делает её проблемой в здравоохранении (она вызывает инфекции при муковисцидозе, раке, ВИЧ и других иммунодефицитных состояниях), но также и интересным объектом для изучения.

Исследователь из Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) Бланка Баркера при поддержке трёхлетнего гранта в $600 000 от Национального научного фонда (NSF) изучает биохимические механизмы, защищающие Pseudomonas в различных средах. Проект фокусируется на транспортных белках — молекулах на клеточной мембране, служащих шлюзами между внутренней частью клетки и внешним миром.

«Эти организмы могут жить где угодно, в условиях с огромным разнообразием пищи, уровня соли, температуры, кислотности и уровня кислорода. И мы должны спросить — как они это делают?» — говорит Баркера.

Транспортные белки составляют активный интерфейс между клеткой и средой. Среди них ключевую роль играют белки, транспортирующие ионы (атомы или молекулы с положительным или отрицательным зарядом) внутрь и из клетки. Они поддерживают благоприятную концентрацию ионов внутри клетки и лежат в основе производства энергии.

Суть проекта

В текущем проекте «Контроль транспорта Na⁺ и H⁺ в бактериальной адаптации» исследователи стремятся понять, как транспортные белки, перемещающие катионы водорода (H⁺) и натрия (Na⁺) через мембрану, позволяют Pseudomonas адаптировать свой метаболизм к разным условиям.

Баркера изучает несколько ключевых белков:

• NQR — выкачивает ионы натрия из клетки.
• NUO — выкачивает протоны (H⁺) из клетки.
• Натрий-протонные антипортеры — обменивают ионы для поддержания постоянного pH и ионной концентрации внутри клетки.

«В лаборатории мы можем устранять белки по одному и смотреть, что происходит с организмами. Если убрать белок, связанный с солевым обменом, как они будут жить? Смогут ли? Как будут компенсировать?» — объясняет Баркера.

Значение и приложения

Это фундаментальное исследование важно не только для понимания патогенеза. Знания применимы во многих областях биотехнологии:

• Очистка отходов
• Метаболическая инженерия
• Бактериальное производство натуральных и искусственных продуктов

Работа Баркеры варьируется от выделения белков in vitro для установления их механизма до понимания их роли в клетке, включая взаимодействие с другими белками и путями.