Respons Bakteri terhadap Stres Lingkungan

Bakteri menghadapi perubahan suhu, keasaman, osmolaritas, pasokan nutrisi, dan kondisi oksidatif yang sering, dan mereka bertahan hidup dengan melakukan respons stres terkoordinasi yang memprogram ulang ekspresi gen dan fisiologi. Respons ini berkisar dari sistem spesifik untuk satu pemicu stres, seperti stres osmotik atau panas, hingga respons stres umum yang luas yang melindungi sel dari banyak kondisi merugikan sekaligus.

Definition

Respons stres bakteri adalah perubahan yang diatur dalam ekspresi gen dan fisiologi di mana bakteri merasakan kondisi lingkungan yang merugikan dan menyesuaikan diri untuk bertahan hidup, mulai dari sistem spesifik pemicu stres hingga program perlindungan yang luas dan multi-pemicu stres.

Scope

Topik ini mencakup respons utama bakteri terhadap stres lingkungan: respons stres umum (fase stasioner), osmoregulasi, respons stres panas dan asam, respons stres oksidatif, respons ketat pembatasan nutrisi, dan fenomena sel persister yang toleran stres. Ini adalah topik referensi dalam fisiologi mikroba dan tidak memberikan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana bakteri merasakan dan merespons perubahan di lingkungannya?
• Apa itu respons stres umum dan terhadap apa ia melindungi?
• Bagaimana bakteri mengatasi stres osmotik, oksidatif, dan nutrisi?
• Mengapa beberapa sel bakteri yang stres menjadi persister dorman?

Key concepts

• Respons stres umum dan faktor sigma RpoS
• Osmoregulasi dan zat terlarut yang kompatibel
• Respons kejutan panas dan stres asam
• Respons stres oksidatif
• Respons ketat dan (p)ppGpp
• Sel persister dan dormansi

Mechanisms

Bakteri mendeteksi stres melalui sensor yang mengubah aktivitas regulator yang mengendalikan gen pelindung. Pada banyak bakteri, respons stres umum, yang diatur oleh faktor sigma alternatif RpoS, mengaktifkan program pelindung yang luas saat sel memasuki fase stasioner atau menghadapi kondisi yang merugikan (Battesti et al., 2011). Respons spesifik meliputi akumulasi zat terlarut yang kompatibel untuk mengatasi stres osmotik (Csonka, 1991), menginduksi chaperon selama kejutan panas, dan mendetoksifikasi spesies oksigen reaktif selama stres oksidatif. Pembatasan nutrisi memicu respons ketat melalui (p)ppGpp, yang memperlambat pertumbuhan dan mengarahkan kembali sumber daya (Potrykus & Cashel, 2008). Sebagian kecil sel dapat memasuki keadaan persister dorman yang toleran stres yang bertahan dalam kondisi yang mematikan bagi sel yang tumbuh (Lewis, 2010).

Clinical relevance

Respons stres membantu bakteri bertahan hidup dalam kondisi yang tidak bersahabat, termasuk yang ditemui selama infeksi, dan sel persister dorman dikaitkan dengan kesulitan memberantas beberapa infeksi kronis dan berulang. Respons stres asam dan oksidatif relevan dengan bagaimana bakteri menahan pertahanan inang. Topik ini menjelaskan mekanisme bertahan hidup ini untuk pemahaman dan tidak memberikan rekomendasi diagnostik atau pengobatan.

History

Penelitian sejak tahun 1980-an mengungkapkan bahwa bakteri memiliki sistem regulasi khusus untuk mengatasi stres spesifik seperti panas, asam, dan osmolaritas tinggi (Csonka, 1991), dan mengidentifikasi respons stres umum yang luas yang dikoordinasikan oleh faktor sigma RpoS (Battesti et al., 2011). Konsep sel persister dorman, yang pertama kali dicatat pada pertengahan abad ke-20, dihidupkan kembali sebagai fenomena bertahan hidup stres yang berbeda dalam mikrobiologi modern (Lewis, 2010), menghubungkan fisiologi stres dengan persistensi infeksi.

Key figures

• Susan Gottesman
• Laszlo Csonka
• Kim Lewis

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apa itu respons stres umum bakteri?

Ini adalah program perlindungan yang luas, pada banyak bakteri dikendalikan oleh faktor sigma alternatif RpoS, yang mengaktifkan banyak gen untuk mempertahankan sel dari berbagai kondisi yang merugikan, biasanya saat sel berhenti tumbuh atau menghadapi stres.

Apa itu sel persister?

Sel persister adalah subpopulasi bakteri kecil yang dorman yang mentolerir stres, termasuk kondisi yang membunuh sel yang tumbuh aktif, tanpa resisten secara genetik; mereka dikaitkan dengan kesulitan membersihkan beberapa infeksi kronis.