Réponses bactériennes au stress environnemental

Les bactéries sont fréquemment confrontées à des changements de température, d'acidité, d'osmolarité, de disponibilité des nutriments et de conditions oxydatives. Elles survivent en mettant en œuvre des réponses coordonnées au stress qui reprogramment l'expression génique et la physiologie. Ces réponses vont de systèmes spécifiques pour un seul facteur de stress, tel que le stress osmotique ou thermique, à une réponse générale au stress de grande ampleur qui protège la cellule contre de nombreuses conditions défavorables simultanément.

Definition

Une réponse bactérienne au stress est un changement régulé de l'expression génique et de la physiologie par lequel une bactérie détecte une condition environnementale défavorable et s'adapte pour y survivre, allant de systèmes spécifiques à un facteur de stress à des programmes de protection étendus, multi-stress.

Scope

Ce sujet couvre les principales réponses bactériennes au stress environnemental : la réponse générale au stress (phase stationnaire), l'osmorégulation, les réponses au stress thermique et acide, la réponse au stress oxydatif, la réponse stringente à la limitation des nutriments, et le phénomène des cellules persistantes tolérantes au stress. Il s'agit d'un sujet de référence en physiologie microbienne et ne fournit aucune orientation clinique.

Core questions

• Comment les bactéries détectent-elles et répondent-elles aux changements de leur environnement ?
• Qu'est-ce que la réponse générale au stress et contre quoi protège-t-elle ?
• Comment les bactéries font-elles face au stress osmotique, oxydatif et nutritionnel ?
• Pourquoi certaines cellules bactériennes stressées deviennent-elles des persistantes dormantes ?

Key concepts

• Réponse générale au stress et le facteur sigma RpoS
• Osmorégulation et solutés compatibles
• Réponses au choc thermique et au stress acide
• Réponse au stress oxydatif
• Réponse stringente et (p)ppGpp
• Cellules persistantes et dormance

Mechanisms

Les bactéries détectent le stress via des capteurs qui modifient l'activité des régulateurs contrôlant les gènes protecteurs. Chez de nombreuses bactéries, une réponse générale au stress, gouvernée par le facteur sigma alternatif RpoS, active un vaste programme de protection lorsque les cellules entrent en phase stationnaire ou rencontrent des conditions défavorables (Battesti et al., 2011). Les réponses spécifiques incluent l'accumulation de solutés compatibles pour contrer le stress osmotique (Csonka, 1991), l'induction de chaperonnes lors d'un choc thermique, et la détoxification des espèces réactives de l'oxygène lors du stress oxydatif. La limitation des nutriments déclenche la réponse stringente via (p)ppGpp, ce qui ralentit la croissance et redirige les ressources (Potrykus & Cashel, 2008). Une petite fraction de cellules peut entrer dans un état persistant dormant et tolérant au stress qui survit à des conditions létales pour les cellules en croissance (Lewis, 2010).

Clinical relevance

Les réponses au stress aident les bactéries à survivre à des conditions hostiles, y compris celles rencontrées lors d'une infection, et les cellules persistantes dormantes sont associées à la difficulté d'éradiquer certaines infections chroniques et récurrentes. Les réponses au stress acide et oxydatif sont pertinentes pour la manière dont les bactéries résistent aux défenses de l'hôte. Ce sujet décrit ces mécanismes de survie à des fins de compréhension et ne fournit pas de recommandations diagnostiques ou thérapeutiques.

History

La recherche à partir des années 1980 a révélé que les bactéries possèdent des systèmes régulateurs dédiés pour faire face à des stress spécifiques tels que la chaleur, l'acide et une osmolarité élevée (Csonka, 1991), et a identifié une réponse générale au stress de grande ampleur coordonnée par le facteur sigma RpoS (Battesti et al., 2011). Le concept de cellules persistantes dormantes, noté pour la première fois au milieu du XXe siècle, a été relancé en tant que phénomène distinct de survie au stress en microbiologie moderne (Lewis, 2010), liant la physiologie du stress à la persistance de l'infection.

Key figures

• Susan Gottesman
• Laszlo Csonka
• Kim Lewis

Seminal works

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

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la réponse générale au stress bactérien ?

C'est un vaste programme de protection, chez de nombreuses bactéries, contrôlé par le facteur sigma alternatif RpoS, qui active de nombreux gènes pour défendre la cellule contre une gamme de conditions défavorables, généralement lorsque les cellules cessent de croître ou rencontrent un stress.

Que sont les cellules persistantes ?

Les cellules persistantes sont une petite sous-population dormante de bactéries qui tolèrent les stress, y compris les conditions qui tuent les cellules en croissance active, sans être génétiquement résistantes ; elles sont associées à la difficulté d'éliminer certaines infections chroniques.