Was ist Bakterienhomöostase?

Homöostase bezeichnet selbstregulierende Prozesse, die lebende Organismen nutzen, um ihre innere Stabilität aufrechtzuerhalten und so ihr Überleben zu sichern. Bakterien können sich auch selbst regulieren und sich an die sich ständig ändernden Umweltbedingungen, die sie umgeben, anpassen. Zu den wichtigsten homöostatischen Prozessen, die das Überleben von Bakterien garantieren, gehören die Eisen- und Metallhomöostase, die pH-Homöostase und die Membranlipidhomöostase.

Eisen ist für die meisten Bakterien lebenswichtig, kann aber in großen Mengen giftig sein. Bakterien können sogar in Umgebungen mit geringen Mengen dieses Elements eine Eisenhomöostase erreichen. In dieser Situation verwenden einige Bakterien spezialisierte Proteine, die die Aufnahme von Eisen maximieren. Pathogene Bakterien, die im menschlichen Blut leben, können ihre Eisenhomöostase aufrechterhalten, indem sie das Hämoglobin des Wirts oder andere Eisenkomplexe verwenden. Bakterien besitzen auch Proteine ​​wie Ferritin, mit denen sie Eisen als intrazelluläre Reserve speicherten. In Umgebungen mit giftigen Eisenwerten verwenden Bakterien ihre Eisenentgiftungsproteine ​​(Dps), die ihr Chromosom vor Schäden schützen.

Neben Eisen können Bakterien auch die äußeren Werte anderer Elemente wie Blei, Cadmium und Quecksilber wahrnehmen. Metallsensoren sind komplexe Proteine, die in einigen Bakterien vorkommen und die den internen Gehalt an toxischen Schwermetallen und nützlichen Metallionen erfassen und regulieren können. Der humanpathogene Mycobacterium tuberculosis und der im Boden lebende Streptomyces coelicolor verfügen über mehr als zehn Metallsensoren.

Der Säuregehalt eines Stoffes wird über seinen pH-Wert gemessen. Obwohl die meisten Bakterienarten externe pH-Werte nahe neutral oder 7 benötigen, können Bakterien, die Extremophile genannt werden, in Umgebungen mit pH-Werten unter 3 oder sauer oder über 11 oder alkalisch leben. Bakterien haben Mechanismen, um externe pH-Änderungen zu erkennen. Die komplexe pH-Homöostase der meisten Bakterien ermöglicht es ihnen, externe pH-Werte zu tolerieren, die sich von ihrem internen Säuregehalt unterscheiden.

Die Membran von Bakterien enthält verschiedene Arten von Proteinen und Lipiden. Bakterien können die Lipidzusammensetzung ihrer Membranen anpassen und so ihre Permeabilität verändern. Die Fähigkeit von Bakterien, die Lipidkonstitution ihrer Membranen zu kontrollieren, wird als Membranlipidhomöostase bezeichnet und ermöglicht es ihnen, in einer Vielzahl von Umgebungen zu überleben.