Τι είναι η ομοιόσταση βακτηρίων;

Η ομοιόσταση αναφέρεται σε διαδικασίες αυτορρύθμισης που χρησιμοποιούν οι ζωντανοί οργανισμοί για να διατηρήσουν την εσωτερική τους σταθερότητα, διασφαλίζοντας έτσι την επιβίωσή τους. Τα βακτήρια μπορούν επίσης να αυτορυθμιστούν, προσαρμόζοντας τις συνεχώς μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες που τα περιβάλλουν. Οι κύριες ομοιοστατικές διεργασίες που εγγυώνται την επιβίωση των βακτηρίων περιλαμβάνουν ομοιόσταση σιδήρου και μετάλλου, ομοιόσταση pH και ομοιόσταση λιπιδικών μεμβρανών.

Ο σίδηρος είναι ζωτικής σημασίας για τα περισσότερα βακτήρια, αλλά σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να είναι τοξικός. Τα βακτήρια μπορούν να επιτύχουν ομοιόσταση σιδήρου ακόμη και σε περιβάλλοντα με χαμηλές ποσότητες αυτού του στοιχείου. Σε αυτήν την περίπτωση, ορισμένα βακτήρια χρησιμοποιούν εξειδικευμένες πρωτεΐνες, οι οποίες μεγιστοποιούν την απορρόφηση του σιδήρου. Τα παθογόνα βακτήρια που ζουν στο ανθρώπινο αίμα μπορούν να διατηρήσουν την ομοιόσταση του σιδήρου τους χρησιμοποιώντας την αιμοσφαιρίνη του ξενιστή ή άλλα σύμπλοκα σιδήρου. Τα βακτήρια έχουν επίσης πρωτεΐνες, όπως η φερριτίνη, τις οποίες χρησιμοποιούσαν για την αποθήκευση του σιδήρου ως ενδοκυτταρικό απόθεμα. Όταν σε περιβάλλοντα με τοξικά επίπεδα σιδήρου, τα βακτήρια χρησιμοποιούν τις πρωτεΐνες αποτοξίνωσης σιδήρου (Dps), οι οποίες προστατεύουν το χρωμόσωμά τους από βλάβες.

Εκτός από τον σίδηρο, τα βακτήρια μπορούν να ανιχνεύσουν τα εξωτερικά επίπεδα άλλων στοιχείων, όπως ο μόλυβδος, το κάδμιο και ο υδράργυρος. Οι αισθητήρες μετάλλων είναι σύνθετες πρωτεΐνες που βρίσκονται σε ορισμένα βακτήρια, τα οποία μπορούν να ανιχνεύσουν και να ρυθμίσουν τα εσωτερικά επίπεδα τόσο των τοξικών βαρέων μετάλλων όσο και των ωφέλιμων μεταλλικών ιόντων. Το ανθρώπινο παθογόνο Mycobacterium tuberculosis και το έδαφος που κατοικεί Streptomyces coelicolor έχουν περισσότερους από δέκα μεταλλικούς αισθητήρες.

Το επίπεδο οξύτητας μιας ουσίας μετράται μέσω του pH της. Αν και τα περισσότερα είδη βακτηρίων απαιτούν εξωτερικά επίπεδα pH κοντά στο ουδέτερο ή 7, τα βακτήρια που ονομάζονται extremeophiles μπορούν να ζουν σε περιβάλλοντα με τιμές pH κάτω από 3, ή όξινες, ή πάνω από 11, ή αλκάλια. Τα βακτήρια έχουν μηχανισμούς για την ανίχνευση εξωτερικών αλλαγών στο pH. Η σύνθετη ομοιόσταση του pH των περισσότερων βακτηρίων τους επιτρέπει να ανέχονται εξωτερικές τιμές pH που διαφέρουν από τα εσωτερικά επίπεδα οξύτητάς τους.

Η μεμβράνη των βακτηρίων περιέχει διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών και λιπιδίων. Τα βακτήρια μπορούν να προσαρμόσουν τη λιπιδική σύνθεση των μεμβρανών τους, αλλάζοντας έτσι τη διαπερατότητά τους. Η ικανότητα των βακτηρίων να ελέγχουν τη σύνθεση των λιπιδίων των μεμβρανών τους ονομάζεται ομοιόσταση λιπιδικών μεμβρανών και τους επιτρέπει να επιβιώσουν σε ένα μεγάλο εύρος περιβαλλόντων.