Bacteriën hebben een verscheidenheid aan mechanismen ontwikkeld om met stress om te gaan, waardoor ze kunnen overleven en volharden in diverse en uitdagende omgevingen. Deze mechanismen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdstrategieën:stressvermijding en stressreactie.

1. Stressvermijding:

Stressvermijding omvat het voorkomen of minimaliseren van de impact van stressvolle omstandigheden voordat deze aanzienlijke schade aan de bacteriecellen veroorzaken. Enkele veel voorkomende strategieën om stress te vermijden zijn:

- Sporenvorming: Bepaalde bacteriën, zoals Bacillus en Clostridium, vormen beschermende endosporen wanneer ze worden geconfronteerd met zware omstandigheden. Deze sporen zijn zeer goed bestand tegen extreme temperaturen, uitdroging, straling en chemicaliën.

- Biofilmvorming: Veel bacteriën kunnen biofilms vormen, dit zijn gemeenschappen van cellen die aan oppervlakken zijn gehecht en zijn ingesloten in een zelfgeproduceerde matrix van extracellulaire stoffen. Biofilms vormen een beschermende barrière tegen omgevingsfactoren, waaronder uitdroging, UV-straling en antimicrobiële stoffen.

- Effluxpompen: Bacteriën gebruiken effluxpompen om giftige stoffen, zoals antibiotica en zware metalen, actief uit hun cellen te transporteren. Deze pompen helpen de intracellulaire homeostase te behouden en voorkomen de ophoping van schadelijke stoffen.

- Antioxidantproductie: Reactieve zuurstofsoorten (ROS) en andere vrije radicalen die onder stressomstandigheden worden gegenereerd, kunnen oxidatieve schade aan cellulaire componenten veroorzaken. Om dit te bestrijden produceren bacteriën antioxiderende enzymen, zoals superoxide-dismutase, catalase en peroxidasen, die deze schadelijke moleculen opruimen en neutraliseren.

- DNA-reparatiemechanismen: DNA-schade veroorzaakt door omgevingsstressoren, zoals UV-straling en chemische mutagenen, kan schadelijk zijn voor de overleving van bacteriën. Bacteriën beschikken over geavanceerde DNA-reparatiemechanismen, zoals herstel van base-excisie, herstel van mismatches en homologe recombinatie, om beschadigd DNA te repareren en de genomische integriteit te behouden.

2. Stressreactie:

Wanneer bacteriën onvermijdelijke stressomstandigheden tegenkomen, activeren ze verschillende stressreactieroutes om de schade te beperken en de cellulaire homeostase te herstellen. Deze reacties worden vaak gereguleerd door specifieke op stress reagerende genen en signaalroutes.

- Reactie op hitteschokken: Heat shock-eiwitten (HSP's) worden gesynthetiseerd als reactie op verhoogde temperaturen en andere stressomstandigheden. HSP's fungeren als moleculaire begeleiders en helpen ongevouwen eiwitten te stabiliseren, eiwitaggregatie te voorkomen en eiwitreparatie te vergemakkelijken.

- Reactie op koude schokken: Cold shock-eiwitten (CSP's) worden geproduceerd wanneer bacteriën worden blootgesteld aan lage temperaturen. CSP's helpen bij het handhaven van de vloeibaarheid van het membraan, het stabiliseren van RNA-structuren en het reguleren van genexpressie om zich aan te passen aan koude omstandigheden.

- Zuurtolerantiereactie: Zure omgevingen kunnen stressvol zijn voor bacteriën. Om met een lage pH om te gaan, kunnen bacteriën de zuurtolerantiereactie (ATR) activeren, wat de productie van specifieke eiwitten inhoudt die de protonenefflux versterken, de cytoplasmatische pH handhaven en door zuur geïnduceerde schade herstellen.

- SOS-reactie: De SOS-reactie wordt geactiveerd wanneer de DNA-schade een kritiek niveau bereikt. Het omvat de activering van verschillende genen, waaronder de lexA- en recA-genen, die DNA-reparatieprocessen, controlepunten van de celcyclus en mutagenese coördineren om de overleving te verbeteren en de genetische diversiteit te bevorderen.

- Tweecomponenten signaaltransductiesystemen: Bacteriën maken gebruik van tweecomponenten signaaltransductiesystemen om een ​​breed scala aan omgevingssignalen, waaronder stressoren, waar te nemen en erop te reageren. Deze systemen bestaan ​​uit een membraangebonden sensoreiwit dat het stresssignaal detecteert en de informatie doorgeeft aan een cytoplasmatische responsregulator, wat leidt tot de juiste cellulaire reacties.

Samenvattend maken bacteriën gebruik van zowel stressvermijdings- als stressresponsmechanismen om het hoofd te bieden aan milieu-uitdagingen en om de cellulaire homeostase te behouden. Deze mechanismen zorgen ervoor dat bacteriën in diverse habitats kunnen blijven bestaan ​​en zich kunnen aanpassen aan veranderende omstandigheden, wat bijdraagt ​​aan hun evolutionaire succes en veerkracht.