Language of Study: Spanish

Subject Major: Biology

Country of Study: Spain

Title of Work: The Synthesis of Amino Acids and the Nitrogen Cycle Within Halophilic Archaea

Abstract: Halophilic archaea are single celled organisms that rely on high saline concentrations for survival. Many species of halophilic archaea have the ability to synthesize amino acids through the assimilation of nitrogen and the condensation of other natural compounds. The application of molecular biological techniques has greatly contributed to our understanding of the metabolic and synthetic mechanisms and pathways present within halophilic archaea. This research specifically focuses on the expressions of two genes present within the glutamine synthetase enzyme of the Mediterranean species Haloferax mediterranei. This research not only gives us better insight regarding the mechanisms of amino acid synthesis, it also expands our understanding of the nitrogen cycle in species of halophilic archaea, which could lead to future advancements in bioremediation.

Title of Work (IGP Language): La síntesis de aminoácidos y el ciclo de nitrógeno dentro de las archaea halófitas

Abstract (IGP Language): Las archaea halófitas son organismos unicelulares que necesitan un ambiente de alta concentración de sal para sobrevivir. Muchas especies de las archaea halófitas tienen la habilidad de sintetizar los aminoácidos a través de la asimilación de nitrógeno y la digestión de otras moléculas naturales. La aplicación de técnicas microbiológicas ha contribuido en gran medida a nuestra comprensión de los mecanismos y vías sintéticas presentes en las archaea halófitas. Esta investigación específicamente se centra en las expresiones de dos genes presentes en la enzima glutamina sintetasa de la especie Haloferax mediterranei. Esta investigación no sólo nos da una mejor comprensión de los mecanismos de la síntesis de aminoácidos, sino que también amplía nuestra comprensión del ciclo de nitrógeno en las especies de las archaea halófilas. Esta investigación podría conducir a futuros avances en la biorremediación.

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Elevator Pitch Transcript: Oh, why hello there! I didn’t expect you to be early. Please, please! Make yourself at home and take a seat. My name is Noah Linskey and I am a biology and spanish modern languages major with a minor in chemistry. Starting last August, I had the remarkable opportunity to study abroad in Alicante, Spain, a small city on the south eastern coast of the country within the community of Valencia. I lived in Alicante for almost eight months and had the privilege of working in a biochemistry laboratory for the second half of my study abroad experience until I was advised to return home due to COVID 19. I will be presenting my research findings at the IGP summit on the 9th of November. Below, I am excited to include a summary of my research abroad, along with how this research is biologically and environmentally relevant.

I performed my research through the University of Alicante, located about an hour away from the shore by tram. My laboratory investigated amino acid synthesis and the nitrogen cycle within the species of archaea Haloferax mediterranei. The nitrogen cycle is a series of processes by which nitrogenous compounds are exchanged between certain species and the environment. Archaea are microscopic, single celled organisms that often live in extreme areas of high salt concentration, high temperature, or high acidity. These organisms, like all life forms, create amino acids (the building blocks of proteins) with help from their personal contribution to the nitrogen cycle. This species is predominantly found living in stagnant pools of very high saline concentration along the Mediterranean, and therefore needs a very acidic environment in order to survive.

Haloferax mediterranei participates in the nitrogen cycle through “the assimilation of nitrogen” which is the conversion of nitrate (NO3-) into ammonia (NH4+). With the help of specific enzymes and natural energy sources, this species uses the assimilation of nitrogen in order to create amino acids. Enzymes are proteins that have the ability to speed up chemical reactions and are essential to the continued existence of all organisms. Even You! My team and I specifically studied the synthesis of glutamine, a polar amino acid with an uncharged side chain that can be incorporated into a variety of metabolically necessary proteins. Using various forms of biotechnology, my laboratory researched the function of two specific genes (glnA2 and glnA3) present within the enzyme glutamine synthetase. Genes are segments of DNA that encode the synthesis of proteins. This enzyme, glutamine synthetase, has the ability to catalyze the breakdown of the compound glutamate, along with ammonia from the nitrogen cycle in order to create the essential amino acid glutamine. This research not only gives us better insight regarding the mechanisms of amino acid synthesis, it also expands our understanding of the nitrogen cycle in species of halophilic archaea, which could lead to future advancements in bioremediation; which employs the use of living organisms in order to clean up contaminated areas.

Now, thank you for listening. Given your extensive familiarity with halophilic microbiology, I would definitely recommend this presentation to you and anyone else you know. Just kidding, you don’t need to know anything about microbiology and you will still have a wonderfully enlightening time. I hope to see you all at the IGP summit on the 9th of November, and I am excited for all of the IGP students who are ready to go abroad. Thank you again for your time. Now, please, if you could excuse us, my friend and I have plenty of work to do.

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Full-Length Video Transcript: Diapositiva 1:

Buenos días profesores, consejeros y estudiantes de IGP, y bienvenidos a este evento. Me llamo Noah Linskey y estudio la biología y el español. En esta presentación, quiero hablar de la investigación que realicé en Alicante, las diferencias lingüísticas de la provincia y la cultura de la región.

Diapositiva 2:

Realicé mi práctica de investigación en la universidad de Alicante en un laboratorio de bioquímica. Este laboratorio ha investigado una amplia gama de organismos y procesos bioquímicos usando diferentes formas de biotecnología. Nuestra sección del lab estudié la síntesis de aminoácidos, que son los monómeros de las proteínas, y el ciclo de nitrógeno dentro de la especia de archaea Haloferax mediterranei. Esta especie es unicelular y necesita altas concentraciones de sal extracelular para sobrevivir. Curiosamente, esta especie es nativa al Mediterráneo y se encuentra en los lagos salados cerca de la costa. Haloferax mediterranei es una de las únicas especies mediterráneas que puede sobrevivir en este ambiente natural.

Diapositiva 3:

Las archaea son microorganismos que pueden sintetizar aminoácidos utilizando la asimilación de nitrógeno, otras moléculas naturales y enzimas de sintetasa, que son proteínas que pueden catalizar reacciones bioquímicas. La asimilación de nitrógeno es una parte del ciclo de nitrógeno en que el nitrato (NO3-) se convierte en amonio (NH4+) a través de vías de reducción. El diagrama en la parte izquierda de la diapositiva demuestra la asimilación de nitrógeno completa empezando con nitrato y terminando con el amonio. Las otras secciones del diagrama representan las otras partes del ciclo del nitrógeno. En general, el ciclo de nitrógeno es el intercambio de nitrógeno entre organismos y el medio ambiente. Con la combinación de los productos de la asimilación de nitrógeno, los compuestos naturales dentro de las archaea y las enzimas de sintetasa, la especie Haloferax mediterranei puede sintetizar aminoácidos. El gráfico a la derecha representa la estructura de una enzima de sintetasa.

Diapositiva 4:

Específicamente, mis compañeras y yo habíamos estudiado dos genes dentro de la enzima glutamina sintetasa. En la biología, los genes son segmentos de ADN que codifican para proteínas específicas. Con la presencia de los productos de la asimilación de nitrógeno, y con la descomposición de los compuestos orgánicos, la glutamina sintetasa puede catalizar la formación del aminoácido glutamina. La estructura de glutamina se presenta en la parte derecha de esta diapositiva, y el diagrama a la izquierda describe la síntesis de glutamina en una célula de Haloferax mediterranei. En la membrana celular a la izquierda, podemos imaginarnos el nitrato entrando en la célula y la conversión eventual al amonio. Si seguimos la flecha que apunta hacia arriba del amonio, podemos ver la formación de la glutamina a través de la glutamina sintetasa, o GS en el diagrama. Este camino específico es el foco de nuestra investigación.

Diapositiva 5:

Las expresiones de los genes glnA2 y glnA3 junto con los mecanismos funcionarios de la glutamina sintetasa son relativamente desconocidos en las archaea. En nuestro experimento, estábamos preguntando: ¿cuales son los mecanismos funcionales de la glutamina sintetasa? y ¿cómo afectan las expresiones de estos dos genes a la función de la enzima glutamina sintetasa?

Diapositiva 6:

Para contestar estas preguntas, habíamos insertado un marcador dentro de un plásmido que contuvo uno de los dos genes que codifican para glutamina sintetasa. Hicimos este procedimiento dos veces, una vez por cada gen. Usando plásmidos, que son segmentos pequeños de ADN encontrados dentro de los organismos unicelulares, podíamos seguir las acciones de la enzima glutamina sintetasa para descubrir cómo la expresión genética impactó a las funciones de la enzima. La imagen de abajo muestra un marcador y un gen adentro de un plásmido. Desafortunadamente, no podía quedarme en España debido al coronavirus. Por lo tanto, no tenía la oportunidad de terminar mi investigación, y mis compañeras en el laboratorio están muy atrasadas en la finalización del experimento como resultado del cierre de la universidad. Aunque me sentía muy triste porque no podía terminar la investigación, ahora estoy agradecido que haya aprendido a adaptarme a situaciones caóticas e inesperadas. Todavía me comunico con mis jefas y compañeros en el lab, y ellos me enviarán las respuestas de nuestras preguntas de investigación cuando terminen nuestros experimentos.

Diapositiva 7:

Aunque no tenía la oportunidad de terminar el experimento, el proceso de investigar mecanismos desconocidos en las archaea es relevante para otros estudios que pueden usar nuestra información. Muchas organizaciones científicas están empezando a investigar diferentes opciones ambientales para detener el cambio climático. Organismos (como las archaea y las plantas) que participan en el ciclo de nitrógeno tienen la habilidad de deshacerse de formas tóxicas de nitrógeno en zonas contaminadas. Por lo tanto, el proceso de aprender más sobre el ciclo de nitrógeno dentro de diferentes especies de archaea puede llevar a futuros avances en la biorremediación. Por definición, la biorremediación es el proceso de usar organismos específicos para descontaminar nuestro mundo. El diagrama abajo describe diferentes maneras en que las haloarchaea pueden contribuir a los procesos de biorremediación. Ahora, me gustaría hablar de mi investigación y mis experiencias con la lingüística de la provincia de Alicante.

Diapositiva 8:

La sociolingüística estudia una lengua en un contexto social, y específicamente compara las diferencias lingüísticas entre diferentes regiones, géneros, edades, razas y clases sociales (Silva-Corvalán, 2001). En la comunidad de Valencia, donde existe la provincia de Alicante, el valenciano es una lengua hablada por personas tradicionales que normalmente viven afuera de las ciudades principales. Durante de la dictadura franquista (empezando en 1936 y terminando en 1975), el dictador Francisco Franco empezó la castellanización de Valencia que involucró la desaparición del valenciano (Burgess, 2017). Después del muerto de Franco en 1975, la revitalización del valenciano comenzó en un intento de enseñar la lengua a los jóvenes de la comunidad de Valencia (Ferrer, 2010). Aunque la lengua ya no está oprimida, los esfuerzos de revitalización no han tenido éxito porque el castellano está muy arraigado en la vida normal de la región. Por lo tanto, es improbable que el valenciano pueda compararse con el castellano en la provincia de Alicante.

Diapositiva 9:

La morfologí­a estudia la formación de las palabras, la creación de palabras nuevas y la variación de palabras en diferentes contextos gramaticales (Lieber, 2009). Curiosamente, a diferencia de otros países hispanohablantes, la mayoría de España usa el pronombre de la segunda persona plural vosotros con más frecuencia que el pronombre ustedes. La comunidad de Andalucía es la única zona que usa el ustedes con más frecuencia que el pronombre vosotros. Recuerdo que la gente en España me dijo que normalmente, el uso de los pronombres usted y ustedes en lugar de tu y vosotros puede comunicar misterio y desconfianza. El mapa en esta diapositiva representa el pronombre de la segunda persona plural más usado en diferentes zonas ibéricas (Lara Bermejo, 2011).

Diapositiva 10:

En una lengua, las reglas de la sintaxis gobiernan las estructuras de las frases (Varela Ortega, 1999). El leísmo es una forma de hablar que involucra el uso del pronombre le (un pronombre indirecto) en lugar del pronombre lo (el pronombre directo masculino) para satisfacer un complemento directo. Curiosamente, el uso del leísmo es más común en las regiones norteñas de España, y cuando estaba en Alicante, solo conocí a una persona de Madrid que lo utilizaba (Salgado-Robles, 2014). Se piensa en España que en general, las zonas del sur del país conservan el valor original de los pronombres (Oudot, 2012). El mapa aquí demuestra las zonas donde generalmente existe el leísmo. Para ustedes que todavía están decidiendo la ciudad dónde quieren estudiar a través de IGP, la comunidad de Valencia tiene la forma de Español más tradicional en todo el país según investigadores y los ciudadanos de Valencia.

Diapositiva 11:

La fonologí­a es el estudio de los sistemas de sonidos de las lenguas (Burquest, 2006). El yeísmo, la variante fonológica más difundido en el español, es una forma de pronunciar que involucra la utilización del aproximante lateral palatal y el aproximante palatal sonora para crear estos dos morfemas: [ʎ] y [j] (Zheí­smo y Sheísmo - La Lingüí­stica Española). Esta forma de pronunciar está presente en México, Centroamérica y partes de América del Sur. Actualmente, el yeísmo está empezando a incorporarse en muchas regiones españolas, incluyendo la comunidad de Valencia. Curiosamente, en Valencia, estudios han mostrado que las mujeres, los jóvenes y los individuos más educados usan el yeísmo con más frecuencia que otras poblaciones (Gómez Molina y Gómez Deví­s, 2016). Este mapa demuestra que el yeísmo se ha propagado a la mayoría de España, y que el yeísmo es más común en las zonas del sur.

Diapositiva 12:

Para la última parte de mi presentación, me gustaría hablar sobre la idea de la competencia cultural. Según Fantini, la competencia cultural se define como “la habilidad de comportarse efectivamente y apropiadamente en interacciones con otras personas que tienen diferencias culturales y lingüísticas” (Fantini, 2009, p. 458). Hay una variedad de modelos que podemos utilizar para estimar la competencia cultural de una persona. Para analizar mi propia competencia cultural después de mi viaje a Alicante, utilicé el modelo de Bennett.

Diapositiva 13:

El modelo de Bennett es un modelo lineal que tiene seis etapas. Las primeras etapas de negación, defensa y minimización describen una cosmovisión culturalmente etnocéntrica cuando los finales tres niveles de aceptación, adaptación e integración demuestran una mentalidad más culturalmente relativa (Bennett, 1993). Cuando empecé mi experiencia en el extranjero, estaba en la etapa de aceptación. Cuando llegue a España, aunque tení­a la habilidad de aceptar la cultura española sin juzgarla, no tení­a la habilidad de acostumbrarme a esa cultura, y no tení­a mucho interés en integrarme. La etapa de aceptación se define como la habilidad de “reconocer y valorar las diferencias culturales, y operar con éxito dentro de una otra cultura” (Bennett Model of Cultural Competency, 2017). Después de casi ocho meses acostumbrándome a la cultura española, creo que volví­ a los Estados Unidos entre las etapas de adaptación e integración. La etapa de la adaptación se define como la habilidad de “adaptarse cognitiva y conductualmente a las diferencias culturales y operar con éxito dentro de una otra cultura” (Bennett Model of Cultural Competency, 2017). Aunque creo que había aprendido muchí­simo sobre la competencia cultural en mi experiencia en el extranjero, no creo que pueda decir que esté completamente en el nivel más alto del modelo, el nivel de integración. La etapa de integración se define como la habilidad de “interactuar cómodamente con una variedad de culturas e integrar la conciencia cultural en las interacciones cotidianas” (Bennett Model of Cultural Competency, 2017). Tengo la habilidad de interactuar cómodamente en la cultura de Alicante, pero no creo que haya tenido bastante experiencia con otras culturas afueras de España y los Estados Unidos para decir que estoy en el nivel de integración. Aunque adquirí­ cómo adaptarme a la cultura de Alicante, todaví­a no entiendo todos los elementos de esa cultura, y todaví­a necesito más experiencia en ese escenario. Si tuviera uno o dos meses más en Alicante, creo que estarí­a completamente en el nivel de integración. Con más experiencia en otros entornos culturales, y con una mentalidad culturalmente relativa, yo sé que podrí­a cumplir los requisitos del nivel de la integración eventualmente. Cuando ustedes empiecen nuestras experiencias en el extranjero, les recomendaría que intenten entrar la cultura anfitriona con una mentalidad abierta, y con el conocimiento que sus culturas son igualmente relevantes que cada otra cultura en el mundo. Para convertirse en un individuo culturalmente competente, ustedes tienen que participar en la cultura anfitriona, tienen que entender la importancia de los rasgos culturales del país y tienen que respetar e intentar de entender los valores y prácticas de personas en diferentes culturas.

Diapositiva 14:

Gracias por venir a esta presentación, aquí están mis fuentes. Estoy emocionado de contestar sus preguntas en algunos momentos. Hasta luego!

Keywords

Microbiology, Archaea, Bioremediation, Enzymes, Amino acids, Biotechnology