קרום התא, וכן הקרומים העוטפים את אברוני התא, מכילים חלבונים רבים. מקצת החלבונים האלה הם חלבוני העברה, המעבירים חומרי הזנה לתוך התא או מוציאים את פסולת התאים החוצה. חלבוני הקרום למיניהם מהווים כ-30% מכלל חלבוני התא, והם הכרחיים לחיים, שכן הם המקשרים בין תוך התא לבין סביבתו. ואמנם, חלבוני הקרום מהווים כ-60% מהמטרות שאליהן מכוונות תרופות. קבוצתנו חוקרת חלבון קרומי חיידקי המכונה NhaA, המעביר פרוטון (יון מימן) לצד אחד של הקרום תוך העברת יון נתרן לצדו האחר. חלבונים המבצעים החלפה כזו של יונים – מכניסים יון אחד תוך הוצאה של יון אחר – נקראים משחלפים. חלבון זה, המבצע שחלוף של יוני מימן ונתרן, הוא חיוני ביותר לבקרת רמת הנתרן והחומציות בתא. קבוצתנו שיבטה את הגן לחלבון זה, בודדה וניקתה את החלבון וקבעה את המבנה האטומי שלו, בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' הרטמוט מישל במכון מקס פלנק לביופיזיקה בגרמניה. בכך ביצענו פריצת דרך במחקר זה. פענוח המבנה מאפשר לזהות נקודות מפתח במנגנון הפעולה והבקרה של החלבון NhaA בפרט, ושל חלבונים משחלפים בכלל. כמו כן, הוא פתח דרכי מחקר חדשות. מחקרנו הניב תובנות מבניות ותובנות תפקודיות. התובנות המבניות הן: המבנה של NhaA הוא ייחודי. החלבון בנוי מ-12 סלילים החוצים את קרום התא 12 פעמים. בשניים מן הסלילים האלה יש אזור חסר סלסול במרכז הקרום, שבו הם חוצים זה את זה. מבנה זה יוצר אזור טעון חשמלית במרכז הקרום, שיש לו חשיבות רבה לפעילות החלבון. בשנים האחרונות מצאו חוקרים כי חלבוני העברה רבים הם בעלי מבנה דומה, כך ש-NhaA הוא דוגמה חשובה למבנה של חלבונים מסוג זה. התובנות התפקודיות הן: NhaA הוא "ננו-מכונה" המעבירה יון פרוטון כנגד יון נתרן בין שני צדדיו של קרום התא. לכן, תוך כדי פעולתו עליו לשנות את מבנהו. כדי להבין את המנגנון הזה, היה עלינו לשלב בין שטחי מחקר שונים, ובהם ביולוגיה מבנית, גישות מולקולריות שונות וחישוביוּת (חישוביוּת היא התחום המתמטי המאפשר ליצור מודלים של החלבון במצבים שונים). כך גילינו את הממצאים האלה: (א) על ידי בידוד ואפיון גרסאות מוטנטיות רבות של החלבון, זיהינו את תפקידן של החומצות האמיניות השונות בחלבון זה. בחלבון יש שני אזורים תפקודיים עיקריים: האחד הוא האתר הפעיל, כלומר האתר המעביר יונים דרך הקרום, והשני הוא אתר בקרה הרגיש למידת החומציות של פנים התא. (ב) על ידי הכנסת חיישנים למקומות שונים בחלבון, גילינו את האזורים הייחודיים המשנים את מבנם בעת פעילות החלבון. (ג) לאחרונה הצלחנו לאמץ שיטה חדשה (סוקר מסות) המאפשרת לעקוב אחר תנועת החלבון, לכל אורכו, בעת פעולתו. (ד) על סמך המבנה המפוענח של NhaA, הצלחנו לבנות מודל של שני חלבונים משחלפים של אדם, המעורבים במחלות לב ובהפרעות בלחץ הדם. בכך נסללה הדרך לייצור תרופות למחלות אלה. על עבודה זו החוקרת איתנה פדן זכתה בפרס ומדלית מיטשל במסגרת הכינוס EBEC European Bioenergetics Conference Budapest August 25-30 2018.