Dynamika enzymatyczna u bakterii Homeostaza jest zjawiskiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania komórek. Aby móc naukowo zrekonstruować szlaki metaboliczne, należy wpierw zrozumieć mechanizmy regulacyjne komórek. Żywność i zasoby naturalne Zdrowie © Scharvik, Thinkstock Metabolizm komórkowy zachodzi w złożonym i dynamicznym środowisku, w którym enzymy pracują w restrykcyjnych warunkach, przy niskiej aktywności wody i względnie stałym poziomie pH. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu NICHE (Network for integrated cellular homeostasis) prowadzili badania nad mechanizmami homeostatycznymi, które regulują objętość, wewnętrzny poziom pH oraz stężenie jonów komórki. Do analizy ruchu molekuł badacze użyli super-rozdzielczej mikroskopii optycznej oraz technik przełączania fotochemicznego, szybkiego dojrzewania i śledzenia pojedynczych molekuł. Na potrzeby skutecznej detekcji użyto białek fluorescencyjnych o dużej fotostabilności i jasności molekularnej. Techniki modelowania predykcyjnego są niezwykle istotne, dlatego też uczestnicy projektu NICHE opracowali techniki przewidywania skutków stresu transkrypcyjnego i translacyjnego różnych grup genów. W tym celu naukowcy określili poziom komórkowy RNA transferowego i jego zmiany. Badacze stworzyli również nowatorskie techniki bazujące na optymalizacji. Umożliwiło to bardziej efektywną pętlę budowy modelu: od oddziaływania z modelem do optymalnego projektu eksperymentalnego oraz szacunkowej oceny parametrów. Dzięki analizie oddziaływań regulacyjnych obejmujących jony potasu możliwe będzie zaburzanie homeostazy u patogenu. Badacze z projektu NICHE zastosowali swoją innowacyjną metodę do stworzenia modelu homeostazy potasowej w przypadku wiązania ligandów u Escherichia coli. Stworzenie mutantów tej bakterii pomogło również w przyspieszeniu wyjaśniania wiązania ligandów. Wreszcie, uczestnicy projektu pracowali nad zbudowaniem kompleksowego modelu dla wzrostu guza. Matematyczny model wzrostu guza uwzględniał szereg populacji komórek guza i komórek zrębu w różnych punktach cyklu komórkowego, a także struktury przestrzenne składników odżywczych i leków. Skala modelu wzrostu guza została poszerzona począwszy od pojedynczej masy guza otoczonej naczyniami krwionośnymi do klastrów komórek nowotworowych. Metoda fotometryczna do mierzenia objętości guza w układach zwierzęcych udowodniła realność trójwymiarowego filmowania w podczerwieni. Podsumowując, omawiany program szkoleniowy przyczynił się do pogłębienia wiedzy z zakresu homeostazy cytoplazmatycznej, jej pojedynczych elementów i całych procesów. Dzięki wypracowanej metodologii i uzyskanym danym w ramach projektu NICHE możliwa jest manipulacja produktywnością komórki i stwarzanie nowych obszarów aktywności w komórkach dostosowanych do potrzeb przemysłu. Słowa kluczowe Szlaki metaboliczne, NICHE, homeostaza komórkowa, potas, wzrost guza
