Dicembre 2010
Quanto velocemente possono crescere i batteri? Dipende.
I dati di proteomica convalidano il modello di crescita batterica
I dati di proteomica del PNNL hanno permesso agli scienziati di mappare l’abbondanza di 900 proteine identificate nell’E. coli wild-type rispetto all’E. coli che era stato adattato alla crescita su mezzi di lattato o glicerolo. Enlarge Image
Risultati: La ricerca proteomica al Pacific Northwest National Laboratory sta aiutando a convalidare un modello metabolico batterico e sta fornendo intuizioni sulle proteine chiave e sulle vie metaboliche essenziali per incoraggiare e scoraggiare la crescita batterica in un ambiente che cambia.
Perché è importante: I batteri sono tra gli organismi che si riproducono più velocemente al mondo, raddoppiando ogni 4-20 minuti. Alcuni batteri a crescita rapida come i ceppi patogeni di E. coli possono ammalarci e ucciderci; altri batteri in un ambiente sotterraneo possono essere usati per immobilizzare i contaminanti chimici, impedendo il loro movimento attraverso le acque sotterranee e qualsiasi impatto negativo sull’ecosistema associato. Ma se i batteri sono dannosi o utili, gli scienziati devono essere in grado di prevedere in modo affidabile come si riprodurranno e cresceranno in un particolare ambiente.
Ricercatore di fama internazionale Bernhard Palsson e altri ricercatori dell’Università della California San Diego hanno guidato un team di scienziati del PNNL, dell’Università di Heidelberg e del German Cancer Research Center per studiare come i batteri E. coli cambiano e si evolvono da un ambiente all’altro in un ambiente di laboratorio. Il team ha poi confrontato i dati proteomici, genomici e metabolici dello studio con un modello computazionale per la crescita batterica.
Metodi: Una delle informazioni chiave sono stati i dati generati utilizzando la capacità unica di proteomica ad alta velocità all’EMSL, una struttura scientifica del Dipartimento dell’Energia situata al PNNL. Utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni accoppiata alla spettrometria di massa, il team ha raccolto dati su come i batteri hanno cambiato il loro profilo proteico mentre crescevano e si riproducevano in diversi mezzi. Gli scienziati hanno scoperto che i dati e il modello erano correlati in misura sorprendente (più del 98% in alcuni casi), convalidando la capacità del modello di prevedere la crescita dei batteri E. coli in condizioni specifiche.
Essere in grado di modellare la crescita di E. coli aiuterà gli scienziati a cominciare a sviluppare modelli metabolici affidabili per altri organismi più complessi. Questo lavoro fornirà anche intuizioni chiave sui modi migliori per integrare diverse serie di dati complessi per prevedere più accuratamente come gli organismi rispondono ai loro ambienti a livello molecolare.
Cosa c’è dopo: Lo sviluppo di modelli biologici aiuterà gli scienziati a capire come gli organismi cambiano il loro assetto genetico e l’espressione dei geni e delle proteine in modo che gli ingegneri possano utilizzare meglio gli organismi biologici per migliorare il nostro ambiente e la nostra salute.
Riconoscimenti: Parte di questo lavoro è stato eseguito all’EMSL usando capacità sviluppate con il supporto del National Institutes of Health National Center for Research Resources e del DOE Office of Biological and Environmental Research. Il lavoro è stato anche finanziato in parte da una borsa di studio Fulbright e da sovvenzioni della National Science Foundation e dei National Institutes of Health. Il team del PNNL comprendeva Kim Hixson, Ashoka Polpitiya, Josh Adkins, Sam Purvine, Daniel Lopez-Ferrer e Dick Smith.