استجابات البكتيريا للإجهاد البيئي

تواجه البكتيريا تغيرات متكررة في درجة الحرارة، والحموضة، والأسمولية، وإمدادات المغذيات، وظروف الأكسدة، وتنجو من خلال إظهار استجابات منسقة للإجهاد تعيد برمجة التعبير الجيني والفسيولوجيا. تتراوح هذه الاستجابات من أنظمة محددة لمسبب إجهاد واحد، مثل الإجهاد الأسموزي أو الحراري، إلى استجابة إجهاد عامة واسعة تحمي الخلية من العديد من الظروف المعاكسة في وقت واحد.

Definition

استجابة الإجهاد البكتيري هي تغيير منظم في التعبير الجيني والفسيولوجيا تستشعر من خلاله البكتيريا حالة بيئية معاكسة وتتكيف للبقاء على قيد الحياة، وتتراوح من أنظمة خاصة بمسبب الإجهاد إلى برامج حماية واسعة متعددة مسببات الإجهاد.

Scope

يغطي هذا الموضوع الاستجابات البكتيرية الرئيسية للإجهاد البيئي: استجابة الإجهاد العام (المرحلة الثابتة)، وتنظيم الأسموزية، واستجابات الإجهاد الحراري والحمضي، واستجابة الإجهاد التأكسدي، والاستجابة الصارمة لنقص المغذيات، وظاهرة الخلايا الباقية المتحملة للإجهاد. إنه موضوع مرجعي في فسيولوجيا الميكروبات ولا يقدم أي إرشادات سريرية.

Core questions

• كيف تستشعر البكتيريا التغيرات في بيئتها وتستجيب لها؟
• ما هي استجابة الإجهاد العامة وماذا تحمي منه؟
• كيف تتعامل البكتيريا مع الإجهاد الأسموزي والتأكسدي والمغذيات؟
• لماذا تصبح بعض الخلايا البكتيرية المجهدة كامنة وباقية؟

Key concepts

• استجابة الإجهاد العامة وعامل سيجما RpoS
• تنظيم الأسموزية والمذيبات المتوافقة
• استجابات الصدمة الحرارية والإجهاد الحمضي
• استجابة الإجهاد التأكسدي
• الاستجابة الصارمة و (p)ppGpp
• الخلايا الباقية والكمون

Mechanisms

تكتشف البكتيريا الإجهاد من خلال مستشعرات تغير نشاط المنظمات التي تتحكم في الجينات الوقائية. في العديد من البكتيريا، تقوم استجابة الإجهاد العامة، التي يحكمها عامل سيجما البديل RpoS، بتشغيل برنامج وقائي واسع عندما تدخل الخلايا المرحلة الثابتة أو تواجه ظروفًا معاكسة (Battesti et al., 2011). تشمل الاستجابات المحددة تراكم المذيبات المتوافقة لمواجهة الإجهاد الأسموزي (Csonka, 1991)، وتحفيز الشابرونات أثناء الصدمة الحرارية، وإزالة سمية أنواع الأكسجين التفاعلية أثناء الإجهاد التأكسدي. يؤدي نقص المغذيات إلى استجابة صارمة من خلال (p)ppGpp، مما يبطئ النمو ويعيد توجيه الموارد (Potrykus & Cashel, 2008). يمكن لنسبة صغيرة من الخلايا أن تدخل حالة باقية كامنة ومتحملة للإجهاد تنجو من الظروف المميتة للخلايا النامية (Lewis, 2010).

Clinical relevance

تساعد استجابات الإجهاد البكتيريا على البقاء على قيد الحياة في الظروف المعادية، بما في ذلك تلك التي تواجهها أثناء العدوى، وترتبط الخلايا الباقية الكامنة بصعوبة القضاء على بعض العدوى المزمنة والمتكررة. استجابات الإجهاد الحمضي والتأكسدي ذات صلة بكيفية مقاومة البكتيريا لدفاعات المضيف. يصف هذا الموضوع آليات البقاء هذه للفهم ولا يقدم توصيات تشخيصية أو علاجية.

History

كشفت الأبحاث منذ الثمانينيات فصاعدًا أن البكتيريا تمتلك أنظمة تنظيمية مخصصة للتعامل مع الإجهادات المحددة مثل الحرارة والحمض والأسمولية العالية (Csonka, 1991)، وحددت استجابة إجهاد عامة واسعة النطاق ينسقها عامل سيجما RpoS (Battesti et al., 2011). تم إحياء مفهوم الخلايا الباقية الكامنة، الذي لوحظ لأول مرة في منتصف القرن العشرين، كظاهرة مميزة للبقاء على قيد الحياة من الإجهاد في علم الأحياء الدقيقة الحديث (Lewis, 2010)، مما يربط فسيولوجيا الإجهاد باستمرار العدوى.

Key figures

• Susan Gottesman
• Laszlo Csonka
• Kim Lewis

Seminal works

• battesti-2011
• csonka-1991
• lewis-2010

Frequently asked questions

ما هي استجابة الإجهاد البكتيرية العامة؟

إنه برنامج وقائي واسع النطاق، يتم التحكم فيه في العديد من البكتيريا بواسطة عامل سيجما البديل RpoS، والذي يشغل العديد من الجينات للدفاع عن الخلية ضد مجموعة من الظروف المعاكسة، عادةً عندما تتوقف الخلايا عن النمو أو تواجه الإجهاد.

ما هي الخلايا الباقية؟

الخلايا الباقية هي مجموعة فرعية صغيرة وكامنة من البكتيريا تتحمل الإجهادات، بما في ذلك الظروف التي تقتل الخلايا النامية بنشاط، دون أن تكون مقاومة وراثيًا؛ وهي مرتبطة بصعوبة القضاء على بعض العدوى المزمنة.