Die Enzymdynamik von Bakterien
Der Zellstoffwechsel erfolgt in einem komplexen und dynamischen Umfeld, in dem Enzyme unter sehr beengten Bedingungen, geringer Wasseraktivität und relativ konstant geregeltem pH-Wert funktionieren. Das EU-finanzierte Projekt NICHE (Network for integrated cellular homeostasis) untersuchte Homöostasemechanismen, die das Volumen, den internen pH-Wert und die Ionenkonzentrationen der Zelle steuern. Die Forscher verwendeten höchstauflösende optische Mikroskopie mit photochemischem Switching und schneller Reifung sowie Einzelmolekül-Tracking, um das Hin-und-her von Molekülen zu untersuchen. Für effiziente Tracking-Messungen setzten sie fluoreszierende Proteine mit hoher Lichtbeständigkeit und einer hohen molekularen Helligkeit ein. Prediktive Modellierungstechniken sind von größter Bedeutung, und NICHE entwickelte Techniken, um die Auswirkungen von Stress auf die Transkription und Translation verschiedener Gengruppen zu prognostizieren. Dazu bestimmten die Wissenschaftler das zellweite Level von Transfer-RNA und dessen Veränderungen. Die Forscher entwickelten auch neue optimierungsbasierte Techniken. Dadurch schufen sie eine effizientere Modellbauschleife, von der Modellfolgerung bis zur optimalen Versuchsplanung und Parameterschätzung. Die Analyse von regulatorischen Wechselwirkungen mit Kalium könnte Werkzeuge für die Homöostasedisruption in Krankheitserregern liefern. Die Forscher von NICHE wandten ihre neuen Modellentwicklungsmethoden auf die Kalium-Homöostase in der Ligand-Bindung von Escherichia coli an. Die Schaffung mehrerer Mutanten durch das Projekt trug dazu bei, das Verständnis der Ligand-Bindung zu vermehren. Schließlich stellten die Projektpartner ein umfassendes Tumorwachstumsmodell zusammen. Ein mathematisches Modell des Tumorwachstums umfasste verschiedene Populationen von Tumor- und Bindegewebszellen in verschiedenen Punkten des Zellzyklus und räumliche Effekte von Nährstoffen und Arzneimitteln. Das Tumorwachstumsmodell wurde von einer einzigen Tumormasse, umgeben von Gefäßen, zu Clustern von Tumorzellen erweitert. Ein photometrisches Verfahren zur Messung des Tumorvolumens in tierischen Systemen hat die Machbarkeit einer 3D-Infrarot-TOF-Kamera nachgewiesen. Zusammengefasst trug dieses Ausbildungsprogramm zum Verständnis der Cytoplasma-Homöostase, ihrer einzelnen Komponenten und ganzer Wege bei. Die Methoden und Daten von NICHE helfen, die Produktivität von Zellen zu manipulieren und neue, maßgeschneiderte Aktivitäten in der Zelle für industrielle Zwecke zu schaffen.
Schlüsselbegriffe
Stoffwechselwege, NICHE, zelluläre Homöostase, Kalium, Tumorwachstum
