Bakterilerin Çevresel Strese Yanıtları
Bakteriler sıcaklık, asitlik, ozmolarite, besin tedariki ve oksidatif koşullarda sık sık değişikliklerle karşılaşmaktadır ve gen ekspresyonunu ile fizyolojiyi yeniden programlayan koordineli stres yanıtları geliştirerek hayatta kalmaktadırlar. Bu yanıtlar, ozmotik veya ısı stresi gibi tek bir stres faktörüne yönelik spesifik sistemlerden, hücreyi aynı anda birçok olumsuz koşula karşı koruyan geniş bir genel stres yanıtına kadar çeşitlilik göstermektedir.
Tanım
Bakteriyel stres yanıtı, bir bakterinin olumsuz bir çevresel koşulu algılaması ve hayatta kalmak için uyum sağlamasıyla ortaya çıkan, gen ekspresyonu ve fizyolojideki düzenlenmiş bir değişikliktir; stres faktörüne özgü sistemlerden, geniş, çoklu stres faktörüne karşı koruyucu programlara kadar çeşitlilik göstermektedir.
Kapsam
Bu konu, bakterilerin çevresel strese karşı başlıca yanıtlarını kapsamaktadır: genel (durağan faz) stres yanıtı, ozmoregülasyon, ısı ve asit stresi yanıtları, oksidatif stres yanıtı, besin kısıtlılığına bağlı stringent yanıt ve strese toleranslı persister hücreler (persister cells) fenomenini ele almaktadır. Bu, mikrobiyal fizyolojide bir referans konusudur ve klinik rehberlik sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Bakteriler çevrelerindeki değişiklikleri nasıl algılar ve bunlara nasıl yanıt verir?
- Genel stres yanıtı nedir ve neye karşı koruma sağlar?
- Bakteriler ozmotik, oksidatif ve besin stresiyle nasıl başa çıkar?
- Bazı stres altındaki bakteriyel hücreler neden uykudaki persister hücrelere dönüşür?
Anahtar kavramlar
- Genel stres yanıtı ve sigma faktörü RpoS
- Ozmoregülasyon ve uyumlu çözünen maddeler (compatible solutes)
- Isı şoku ve asit stresi yanıtları
- Oksidatif stres yanıtı
- Stringent yanıt ve (p)ppGpp
- Persister hücreler (persister cells) ve dormansi
Mekanizmalar
Bakteriler, koruyucu genleri kontrol eden regülatörlerin aktivitesini değiştiren sensörler aracılığıyla stresi algılamaktadır. Birçok bakteride, alternatif sigma faktörü RpoS tarafından yönetilen genel bir stres yanıtı, hücreler durağan faza girdiğinde veya olumsuz koşullarla karşılaştığında geniş bir koruyucu programı devreye sokmaktadır (Battesti et al., 2011). Spesifik yanıtlar arasında ozmotik stresi dengelemek için uyumlu çözünen maddelerin (compatible solutes) biriktirilmesi (Csonka, 1991), ısı şoku sırasında şaperonların indüklenmesi ve oksidatif stres sırasında reaktif oksijen türlerinin detoksifiye edilmesi yer almaktadır. Besin kısıtlılığı, büyümeyi yavaşlatan ve kaynakları yeniden yönlendiren (p)ppGpp aracılığıyla stringent yanıtı tetiklemektedir (Potrykus & Cashel, 2008). Hücrelerin küçük bir kısmı, büyüyen hücreler için ölümcül koşullarda hayatta kalabilen, uykuda, strese toleranslı bir persister durumuna (persister state) girebilmektedir (Lewis, 2010).
Klinik önem
Stres yanıtları, bakterilerin enfeksiyon sırasında karşılaşılanlar da dahil olmak üzere düşmanca koşullarda hayatta kalmasına yardımcı olmaktadır ve uykudaki persister hücreler, bazı kronik ve tekrarlayan enfeksiyonların ortadan kaldırılmasındaki zorlukla ilişkilendirilmektedir. Asit ve oksidatif stres yanıtları, bakterilerin konak savunmalarına nasıl direndiğiyle ilgili önem taşımaktadır. Bu konu, bu hayatta kalma mekanizmalarını anlama amacıyla tanımlamaktadır ve tanı veya tedavi önerileri sunmamaktadır.
Tarihçe
1980'lerden itibaren yapılan araştırmalar, bakterilerin ısı, asit ve yüksek ozmolarite gibi spesifik streslerle başa çıkmak için özel düzenleyici sistemlere sahip olduğunu ortaya koymuştur (Csonka, 1991) ve sigma faktörü RpoS tarafından koordine edilen geniş bir genel stres yanıtını tanımlamıştır (Battesti et al., 2011). Yirminci yüzyılın ortalarında ilk kez fark edilen uykudaki persister hücreler kavramı, modern mikrobiyolojide ayrı bir stres-hayatta kalma fenomeni olarak yeniden canlandırılmıştır (Lewis, 2010), stres fizyolojisini enfeksiyonun kalıcılığına bağlamaktadır.
Öne çıkan isimler
- Susan Gottesman
- Laszlo Csonka
- Kim Lewis
İlgili konular
Temel eserler
- battesti-2011
- csonka-1991
- lewis-2010
Sıkça sorulan sorular
- Bakteriyel genel stres yanıtı nedir?
- Bu, birçok bakteride alternatif sigma faktörü RpoS tarafından kontrol edilen, hücreler büyümeyi durdurduğunda veya stresle karşılaştığında, hücreyi çeşitli olumsuz koşullara karşı savunmak için çok sayıda geni aktive eden geniş bir koruyucu programdır.
- Persister hücreler nedir?
- Persister hücreler (persister cells), aktif olarak büyüyen hücreleri öldüren koşullar da dahil olmak üzere streslere genetik olarak dirençli olmadan tolerans gösteren, küçük, uykudaki bir bakteri alt popülasyonudur; bunlar, bazı kronik enfeksiyonların temizlenmesindeki zorlukla ilişkilendirilmektedir.