Respuestas bacterianas al estrés ambiental

Las bacterias se enfrentan a cambios frecuentes en la temperatura, la acidez, la osmolaridad, el suministro de nutrientes y las condiciones oxidativas, y sobreviven mediante la activación de respuestas coordinadas al estrés que reprograman la expresión génica y la fisiología. Estas respuestas van desde sistemas específicos para un único factor estresante, como el estrés osmótico o térmico, hasta una respuesta general amplia al estrés que protege a la célula contra muchas condiciones adversas a la vez.

Definition

Una respuesta bacteriana al estrés es un cambio regulado en la expresión génica y la fisiología mediante el cual una bacteria detecta una condición ambiental adversa y se ajusta para sobrevivir a ella, abarcando desde sistemas específicos para un factor estresante hasta programas protectores amplios y multifactoriales.

Scope

Este tema abarca las principales respuestas bacterianas al estrés ambiental: la respuesta general al estrés (fase estacionaria), la osmorregulación, las respuestas al estrés térmico y ácido, la respuesta al estrés oxidativo, la respuesta estricta a la limitación de nutrientes y el fenómeno de las células persistentes tolerantes al estrés. Es un tema de referencia en fisiología microbiana y no proporciona orientación clínica.

Core questions

• ¿Cómo detectan y responden las bacterias a los cambios en su entorno?
• ¿Qué es la respuesta general al estrés y contra qué protege?
• ¿Cómo hacen frente las bacterias al estrés osmótico, oxidativo y nutricional?
• ¿Por qué algunas células bacterianas estresadas se convierten en persistentes latentes?

Key concepts

• Respuesta general al estrés y el factor sigma RpoS
• Osmorregulación y solutos compatibles
• Respuestas al choque térmico y al estrés ácido
• Respuesta al estrés oxidativo
• Respuesta estricta y (p)ppGpp
• Células persistentes y latencia

Mechanisms

Las bacterias detectan el estrés a través de sensores que alteran la actividad de los reguladores que controlan los genes protectores. En muchas bacterias, una respuesta general al estrés, gobernada por el factor sigma alternativo RpoS, activa un amplio programa protector a medida que las células entran en fase estacionaria o encuentran condiciones adversas (Battesti et al., 2011). Las respuestas específicas incluyen la acumulación de solutos compatibles para contrarrestar el estrés osmótico (Csonka, 1991), la inducción de chaperonas durante el choque térmico y la desintoxicación de especies reactivas de oxígeno durante el estrés oxidativo. La limitación de nutrientes desencadena la respuesta estricta a través de (p)ppGpp, lo que ralentiza el crecimiento y redirige los recursos (Potrykus & Cashel, 2008). Una pequeña fracción de células puede entrar en un estado persistente latente y tolerante al estrés que sobrevive a condiciones letales para las células en crecimiento (Lewis, 2010).

Clinical relevance

Las respuestas al estrés ayudan a las bacterias a sobrevivir en condiciones hostiles, incluidas las que se encuentran durante la infección, y las células persistentes latentes se asocian con la dificultad de erradicar algunas infecciones crónicas y recurrentes. Las respuestas al estrés ácido y oxidativo son relevantes para la forma en que las bacterias resisten las defensas del huésped. Este tema describe estos mecanismos de supervivencia con fines de comprensión y no proporciona recomendaciones de diagnóstico o tratamiento.

History

La investigación a partir de la década de 1980 reveló que las bacterias poseen sistemas reguladores dedicados para hacer frente a estreses específicos como el calor, el ácido y la alta osmolaridad (Csonka, 1991), e identificó una respuesta general amplia al estrés coordinada por el factor sigma RpoS (Battesti et al., 2011). El concepto de células persistentes latentes, observado por primera vez a mediados del siglo XX, fue revivido como un fenómeno distinto de supervivencia al estrés en la microbiología moderna (Lewis, 2010), vinculando la fisiología del estrés con la persistencia de la infección.

Key figures

• Susan Gottesman
• Laszlo Csonka
• Kim Lewis

Seminal works

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

Frequently asked questions

¿Qué es la respuesta general bacteriana al estrés?

Es un amplio programa protector, en muchas bacterias controlado por el factor sigma alternativo RpoS, que activa numerosos genes para defender la célula contra una variedad de condiciones adversas, típicamente cuando las células dejan de crecer o encuentran estrés.

¿Qué son las células persistentes?

Las células persistentes son una subpoblación pequeña y latente de bacterias que toleran el estrés, incluidas las condiciones que matan a las células en crecimiento activo, sin ser genéticamente resistentes; se asocian con la dificultad de eliminar algunas infecciones crónicas.