Bacterial stress response
બેક્ટેરિયાના તણાવની પ્રતિક્રિયા બેક્ટેરિયાને તેમની આસપાસના વિસ્તારોમાં પ્રતિકૂળ અને વધઘટની પરિસ્થિતિઓમાં ટકી રહેવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. વિવિધ બેક્ટેરિયલ મિકેનિઝમ્સ વિવિધ પર્યાવરણીય ફેરફારોને ઓળખે છે અને યોગ્ય પ્રતિસાદ આપે છે. બેક્ટેરિયલ કોષ વિવિધ પ્રકારના તણાવ સામે એક સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે અને વિવિધ તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ વૈશ્વિક નિયમનકારી નેટવર્કના સંકુલ દ્વારા એકબીજા સાથે સંપર્ક કરે છે. બેક્ટેરિયા વિવિધ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓમાં ટકી શકે છે અને આ પ્રતિકૂળ અને બદલાતી પરિસ્થિતિઓને દૂર કરવા માટે, બેક્ટેરિયાએ ફેરફારોને સમજવા જોઈએ અને જનીન અભિવ્યક્તિ અને પ્રોટીન પ્રવૃત્તિમાં યોગ્ય પ્રતિક્રિયાઓ સ્થાપિત કરવી જોઈએ. બેક્ટેરિયામાં તણાવ પ્રતિક્રિયામાં તત્વોનું એક જટિલ નેટવર્ક સામેલ હોય છે જે બાહ્ય ઉત્તેજનાનો પ્રતિકાર કરે છે. બેક્ટેરિયા વિવિધ તણાવ સામે એક સાથે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે અને વિવિધ તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે (ક્રોસ-ટોક). વૈશ્વિક નિયમનકારી પ્રણાલીઓનું જટિલ નેટવર્ક સંકલિત અને અસરકારક પ્રતિસાદ તરફ દોરી જાય છે. આ નિયમનકારી પ્રણાલીઓ વધુ પ્રભાવકોની અભિવ્યક્તિનું સંચાલન કરે છે જે વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં સેલ્યુલર સંતુલનની સ્થિરતા જાળવી રાખે છે. આ પ્રણાલીઓમાં ચેપરોન જેવા તાત્કાલિક પ્રતિસાદો તેમજ પ્રોટીન ઉત્પાદન, વિલંબતા અને અન્યને નિયંત્રિત કરવા માટે અનુલેખન નિયમન જેવા ધીમા પ્રતિસાદોનો સમાવેશ થઈ શકે છે. સ્ટ્રેસ રિસ્પોન્સ સિસ્ટમ્સ પેથોજેનિક સજીવોના વાઈરલન્સમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે. તેમની તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ, જેમ કે સુપ્ત સ્થિતિમાં પ્રવેશ કરવો, તેમને યજમાનની અંદર અથવા અન્ય આસપાસના તણાવપૂર્ણ પરિસ્થિતિઓમાં ટકી રહેવાની મંજૂરી આપી શકે છે. ત્યાં નિયમનકારી પ્રણાલીઓ છે જે તાપમાન, પીએચ, પોષક તત્ત્વો, ક્ષાર અને ઓક્સિડેશનમાં ફેરફારોને પ્રતિસાદ આપે છે. પ્રતિક્રિયાનું સ્તર પર્યાવરણમાં થતા પરિવર્તનની માત્રા પર આધારિત છે. જ્યારે તણાવની સ્થિતિમાં ફેરફારો થાય છે ત્યારે પ્રતિક્રિયા સૌથી વધુ હોય છે, આ કિસ્સામાં નિયંત્રણ નેટવર્કને તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ કહેવામાં આવે છે. આ પ્રણાલીઓ પ્રોકેરીયોટ્સમાં ખૂબ સમાન હોય છે અને કેટલીક પ્રણાલીઓ, ખાસ કરીને હીટ શોક રિસ્પોન્સ, યુકેરીયોટ્સ અને આર્કિયામાં સંરક્ષિત હોય છે. જ્યારે પ્રણાલીઓ અત્યંત સમાન હોય છે, ત્યારે જે પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તેઓ સક્રિય થાય છે તે જીવતંત્રથી જીવતંત્રમાં ઘણો અલગ હોય છે. જે પ્રણાલીઓ પર્યાવરણીય પરિવર્તનના પ્રતિભાવને સક્રિય કરે છે તેમાં ઘણા નિયંત્રણ તત્વો હોય છે. આ નિયંત્રણ તત્વો એક જનીન માટે વિશિષ્ટ હોઈ શકે છે અથવા તેઓ જનીનોના મોટા જૂથને નિયંત્રિત કરી શકે છે. જ્યારે નિયંત્રણ તત્વો જનીનોના મોટા જૂથને નિયંત્રિત કરે છે ત્યારે તેને નિયમન કહેવામાં આવે છે. રેગ્યુલોન એ જનીનોનું એક જૂથ છે જે બધા સમાન નિયંત્રણ પેટર્ન દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. સ્ટિમ્યુલોન એ બધા જનીનો છે જે સમાન સ્થિતિ પ્રત્યે પ્રતિક્રિયા વ્યક્ત કરે છે. નિયંત્રણ તત્વો ભૂખમરો, સ્પોર્યુલેશન અને અન્ય સહિત વિવિધ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ દરમિયાન જનીનોની અભિવ્યક્તિને પણ નિયંત્રિત કરે છે. તણાવના પ્રકાર એક તણાવકારક કે જે બેક્ટેરિયામાં તણાવના પ્રતિભાવને પ્રેરિત કરી શકે છે તે અસ્તિત્વ માટે આદર્શ પરિસ્થિતિઓની બહારની કોઈપણ સ્થિતિ હોઈ શકે છે. તાણકર્તાઓ કે જે કોષને નુકસાન પહોંચાડે છે તે સૌથી મજબૂત પ્રતિક્રિયાઓને ગેરકાયદેસર બનાવે છે. આવા એક તાણકારક પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ અને પ્રતિક્રિયાશીલ ક્લોરિન પ્રજાતિઓના રસાયણોના સંપર્કમાં છે જેનો ઉપયોગ જંતુનાશકો તરીકે થાય છે. આ શ્રેણીમાં સોડિયમ હાયપોક્લોરાઇટ (એન. એ. ઓ. સી. એલ.) અથવા ઘરગથ્થુ બ્લીચનો સમાવેશ થાય છે. આ રસાયણો બેક્ટેરિયલ પટલ, પ્રોટીનનું વિકૃતિકરણ અને એમિનો એસિડ, ન્યુક્લિક એસિડ અને લિપિડ જેવા બાયોમોલેક્યુલ્સ સાથે દખલગીરી જેવી વિવિધ પ્રણાલીઓને વ્યાપક સેલ્યુલર નુકસાન પહોંચાડે છે. અન્ય પ્રકારનો તણાવ કોષીય શ્વસન માટે અનુકૂળ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનારની ગેરહાજરી હોઈ શકે છે. કોષીય પટલની રચના અને કોષીય આકારવિજ્ઞાનમાં ફેરફાર કરવા માટે કરવામાં આવેલા એક અભ્યાસમાં વધુ અનુકૂળ ઊર્જા ઉત્પાદનમાંથી નાઇટ્રેટ જેવા ઓછા અનુકૂળ ઉત્પાદન તરફનું પરિવર્તન દર્શાવવામાં આવ્યું છે. અન્ય પ્રકારના તણાવકારકોમાં ઓક્સિડન્ટ્સ, પોષક તત્ત્વોનો અભાવ, હાયપો/હાયપર-ઓસ્મોલારિટી, આત્યંતિક પીએચ, આત્યંતિક તાપમાન અને એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે. તાણકર્તાઓની આ સૂચિ વ્યાપક નથી, કારણ કે વ્યાખ્યા મુજબ તણાવકર્તાઓ કંઈપણ અને બધું હોઈ શકે છે જે કોષ માટે અનુકૂળ ન પણ હોય. પ્રતિક્રિયાના પ્રકાર પ્રારંભિક તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ કે જે સંભવતઃ બેક્ટેરિયાના કોષને નુકસાન પહોંચાડે તેવી પરિસ્થિતિઓ સામે અમલમાં આવશે તે ચેપરોન છે. ચેપરોન એ પ્રોટીન છે જે અન્ય પ્રોટીનને તેમની સાથે બાંધીને તેમની યોગ્ય રચનામાં રાખવા માટે જવાબદાર છે. સંરક્ષણની પ્રથમ પંક્તિ તરીકે ચેપરોન વિના, અન્ય તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ પ્રોટીનને સમયસર વિકૃતિકરણ કરતા રોકવા માટે પૂરતી ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપી શકશે નહીં. જ્યારે પ્રોટીન વિકૃતિકરણ કરી રહ્યું હોય, ત્યારે તે પોતાની મધ્યવર્તી રચનાઓ ઉત્પન્ન કરશે, અને આ મધ્યસ્થીઓ જ ચેપરોન પ્રોટીનને સક્રિય કરે છે. અન્ય મુખ્ય તણાવ પ્રતિક્રિયા પ્રણાલી ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેશન છે. ઘણી અનુલેખન નિયમન પ્રણાલીઓ સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત છે, જ્યારે અન્ય ઓછી સમજી શકાય છે, પરંતુ તેઓ વિવિધ માર્ગો અને ઉત્તેજના દ્વારા સક્રિય થઈ શકે છે, અને મોટાભાગના ઉત્તેજના માટે સામાન્ય પ્રતિક્રિયા છે. આમાં જે સામેલ છે તે ડીએનએના પ્રમોટર પ્રદેશોને બંધનકર્તા પ્રોટીન છે જે આરએનએમાં કયા વિભાગોને અનુલેખન કરવામાં આવે છે તેનું નિયમન કરે છે. ત્યારબાદ વિવિધ આર. એન. એ. લખાણોની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરવામાં આવે છે જેથી તે પ્રોટીનનું ઉત્પાદન કરી શકે જે ઉત્તેજનાની અસરોને ઘટાડશે. જો કે, આ પ્રણાલી કોષની અનુવાદ ક્ષમતા દ્વારા મર્યાદિત હોઈ શકે છે. ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ ફેરફારો ત્યારે જ અસરકારક બની શકે છે જ્યારે એમ. આર. એન. એ. ને પ્રોટીનમાં અનુવાદિત કરવા માટે રિબોસોમલ ઝડપ પૂરતી ઝડપી હોય. આ બેક્ટેરિયાની સ્ટ્રેસર્સ પર ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરવાની ક્ષમતામાં અવરોધ હોઈ શકે છે, અને કેટલાક સ્ટ્રેસર્સ, જેમ કે ઓક્સિડેટીવ સ્ટ્રેસ, રાઇબોસોમ્સના કાર્યને અવરોધી શકે છે. તણાવની પ્રતિક્રિયા જે બિન-ફાયદાકારક, પણ બિન-જીવલેણ પરિસ્થિતિઓમાં થઈ શકે છે, તે બાયોફિલ્મની રચના છે. આ પ્રતિક્રિયામાં, બેક્ટેરિયાના કોષો બાહ્યકોષીય પોલિમરીક પદાર્થોને એક ફિલ્મ બનાવવા માટે સ્ત્રાવ કરી શકે છે જે બેક્ટેરિયાની વસાહતને ટેકો પૂરો પાડી શકે છે, જેમ કે સપાટીને વળગી રહેવાની તેમની ક્ષમતામાં સુધારો કરીને. અન્ય સામાન્ય તણાવ પ્રતિભાવ વિલંબ છે. સુપ્ત અવસ્થામાં, કોષ તેના ચયાપચયને ધીમું કરશે અને લગભગ નિષ્ક્રિય બની જશે. આનાથી કોષને એન્ટીબેક્ટેરિયલ એજન્ટો, ભૂખમરો, હાયપોક્સિયા અને એસિડિટી જેવા તણાવથી ઘણી ઓછી અસર થાય છે. કેટલાક બેક્ટેરિયા સુપ્ત સ્થિતિમાં પ્રવેશી શકે છે અને સક્રિય સ્થિતિમાં પાછા ફરતા પહેલા વર્ષો સુધી ત્યાં રહે છે. સેલ્યુલર પટલની પ્રવાહીતા ઘટાડવા માટે કોષ અસંતૃપ્ત ફેટી એસિડ્સના ઉત્પાદનમાંથી સંતૃપ્ત ફેટી એસિડ્સમાં પણ બદલાઈ શકે છે. જો તાણકારક અણુ હોય, તો તે કોષમાં પ્રવેશવાનું વધુ મુશ્કેલ બનાવશે. તણાવના પ્રતિભાવમાં એકંદર સેલ્યુલર મોર્ફોલોજીમાં પણ ફેરફાર કરી શકાય છે. બેક્ટેરિયામાં કેટલીક અન્ય મહત્વપૂર્ણ સ્ટ્રેસ રિસ્પોન્સ સિસ્ટમો છેઃ હીટ શોક રિસ્પોન્સ, સિગ્મા ફેક્ટર સિગ્મા 32 એન્વલપ સ્ટ્રેસ રિસ્પોન્સ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, જે મુખ્યત્વે સિગ્મા ફેક્ટર સિગ્મા ઇ અને સીપીએક્સ ટુ-કોમ્પોનન્ટ સિસ્ટમ કોલ્ડ શોક રિસ્પોન્સ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, જે આરએનએ ચેપરોન અને રાઇબોસોમલ ફેક્ટર્સ (પી) પીપીજીપીપી-આધારિત કડક રિસ્પોન્સની અભિવ્યક્તિને નિયંત્રિત કરે છે, જે સેલ્યુલર પ્રોટીન સંશ્લેષણ ક્ષમતાને ઘટાડે છે અને ન્યુટ્રિશનલ ડાઉનશિફ્ટ હીટ શોક રિસ્પોન્સ પર વધુ વૈશ્વિક પ્રતિક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરે છે. બેક્ટેરિયામાં હીટ-શોક રિસ્પોન્સ ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિમાં સેલ્યુલર પ્રક્રિયાઓને થતા કોઈપણ નુકસાનને રોકવામાં મદદ કરે છે. ઊંચા તાપમાનના પ્રતિભાવમાં, બેક્ટેરિયાની અંદર પ્રોટીનના વિકૃતિકરણ સામે રક્ષણ આપવા માટે ચેપરોન અને પ્રોટીએઝ સહિત હીટ-શોક પ્રોટીન ઝડપથી પ્રેરિત થાય છે. આ ચેપરોન વધતા તાપમાન સામે રક્ષણ આપવા માટે કોષની અંદર પ્રોટીનને ફોલ્ડ કરવામાં મદદ કરે છે. મોટાભાગના બેક્ટેરિયાના તાણમાં, સિગ્મા પરિબળ-32 (32) ગરમી-આંચકાના પ્રતિભાવને નિયંત્રિત કરવા માટે જવાબદાર છે. સિગ્મા પરિબળ-32 આર. પી. ઓ. એચ. જનીન દ્વારા એન્કોડ કરવામાં આવે છે અને હીટ-શોક જનીનોના ઉપરના ભાગમાં બેસે છે. આવરણ તણાવ પ્રતિભાવ બે-ઘટક સિગ્નલ ટ્રાન્સડક્શન (2CST) પ્રણાલી બેક્ટેરિયલ કોષને પ્રણાલીની અંદર તણાવ અનુભવવાની મંજૂરી આપે છે. હિસ્ટિડાઇન કિનેઝ કે જે કોષના આંતરિક પટલમાં મળી શકે છે તે તણાવને શોધી કાઢે છે. હિસ્ટિડાઇન કિનેઝ ઓટોફોસ્ફોરાયલેશનને કારણે તણાવને શોધી કાઢે છે જે શરૂઆતમાં શોધ પર થાય છે. એકવાર તણાવની જાણ થઈ જાય પછી, સિસ્ટમ સાયટોપ્લાઝમિક રિસ્પોન્સ રેગ્યુલેટરમાં જાય છે. આ કોષ ફોસ્ફેટ જૂથમાં હોવાના કારણે છે, પરંતુ આ નવું પ્રતિસાદ નિયમનકાર ટ્રાન્સક્રિપ્શન પરિબળની જેમ કાર્ય કરવાનું શરૂ કરશે. આનો અર્થ એ છે કે જનીનોને જોતા તે જે વ્યક્ત થાય છે તે બદલવાનું શરૂ કરશે. આ ખાસ કરીને સાચું છે જ્યારે સી. પી. એક્સ. પ્રોટીનને જોવામાં આવે છે જે પ્રોટીનને ખોટી રીતે ફોલ્ડ થતું અટકાવવામાં મદદ કરે છે કે નહીં. સી. પી. એક્સ. પ્રોટીન એ સુનિશ્ચિત કરવામાં પણ મદદ કરે છે કે અન્ય સેલ્યુલર પ્રક્રિયાઓને જોતા અન્ય કોઈ નુકસાન નહીં થાય. કોલ્ડ શોક રિસ્પોન્સ જ્યારે બેક્ટેરિયા ખૂબ જ નીચા અને ઠંડા તાપમાનના વિસ્તારમાં હોય, ત્યારે તેમનો પાંચ કલાક લાંબો તબક્કો હશે જે તેમને બિલકુલ ન વધવા દેશે. બેક્ટેરિયા જે રીતે અનુકૂલન કરવાનો પ્રયાસ કરે છે તે ચાઈલ્ડ શોક પ્રોટીન બનાવવાનો છે જે ટ્રાન્સક્રિપ્શન પરિબળો હશે જે પાંચ કલાકના તબક્કા દરમિયાન નિયમન કરવામાં આવશે. એકવાર આ પાંચ કલાકનો સમયગાળો સમાપ્ત થઈ જાય પછી, બેક્ટેરિયા ફરીથી વધવા લાગશે, પરંતુ તે ખૂબ જ ધીમા દરે હશે. આ પ્રોટીન બેક્ટેરિયાને વધવા અને નીચા તાપમાને ટકી રહેવા માટે મદદ કરશે. સી. એસ. પી. એ. નામનું પ્રોટીન મૂળરૂપે ઇ. કોલીમાં જોવા મળ્યું હતું અને તે શોધાયેલ પ્રથમ કોલ્ડ શોક પ્રોટીનમાંથી એક તરીકે જાણીતું છે અને તે સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ આર. એન. એ. તરીકે જાણીતું છે. આ અનુલેખન અને અનુવાદની પ્રક્રિયાઓમાં મદદ કરે છે, ત્યાં રંગસૂત્રનું ઘનીકરણ પણ થઈ શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે કોષો અકાળે મિટોસિસના ઇન્ટરફેઝ તબક્કા પર જશે. ન્યુક્લિયોઇડની એક સંસ્થા પણ હશે જે કોષમાં ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર અને એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર પરિબળો હોય છે. અને છેલ્લે, જ્યારે બેક્ટેરિયાના અસ્તિત્વની વાત આવે છે ત્યારે તેમાં વધારો થાય છે જે કોષને જીવંત રહેવા માટે જરૂરી ખોરાક અને પોષક તત્ત્વો મેળવવામાં મદદ કરે છે.