Bacterial stress response
बैक्टीरियल तनाव प्रतिक्रिया बैक्टीरिया को अपने आसपास की प्रतिकूल और उतार-चढ़ाव वाली स्थितियों में जीवित रहने में सक्षम बनाती है। विभिन्न जीवाणु तंत्र विभिन्न पर्यावरणीय परिवर्तनों को पहचानते हैं और एक उचित प्रतिक्रिया स्थापित करते हैं। एक जीवाणु कोशिका विभिन्न प्रकार के तनावों के लिए एक साथ प्रतिक्रिया कर सकती है और विभिन्न तनाव प्रतिक्रिया प्रणालियाँ वैश्विक नियामक नेटवर्क के एक समूह द्वारा एक दूसरे के साथ बातचीत करती हैं। बैक्टीरिया विविध पर्यावरणीय परिस्थितियों में जीवित रह सकते हैं और इन प्रतिकूल और बदलती स्थितियों को दूर करने के लिए, बैक्टीरिया को परिवर्तनों को महसूस करना चाहिए और जीन अभिव्यक्ति और प्रोटीन गतिविधि में उचित प्रतिक्रियाओं को बढ़ाना चाहिए। बैक्टीरिया में तनाव प्रतिक्रिया में तत्वों का एक जटिल नेटवर्क शामिल होता है जो बाहरी उत्तेजना का प्रतिकार करता है। बैक्टीरिया विभिन्न प्रकार के तनावों के लिए एक साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं और विभिन्न तनाव प्रतिक्रिया प्रणालियाँ एक दूसरे के साथ बातचीत (क्रॉस-टॉक) करती हैं। वैश्विक नियामक प्रणालियों का एक जटिल नेटवर्क एक समन्वित और प्रभावी प्रतिक्रिया की ओर ले जाता है। ये नियामक प्रणालियाँ अधिक प्रभावकों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करती हैं जो विभिन्न स्थितियों में कोशिकीय संतुलन की स्थिरता बनाए रखती हैं। इन प्रणालियों में चैपरोन जैसी तत्काल प्रतिक्रियाओं के साथ-साथ प्रोटीन उत्पादन, विलंबता और अन्य को नियंत्रित करने के लिए प्रतिलेखन विनियमन जैसी धीमी प्रतिक्रियाएं शामिल हो सकती हैं। तनाव प्रतिक्रिया प्रणाली रोगजनक जीवों के विषाक्तता में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है। उनकी तनाव प्रतिक्रिया प्रणालियाँ, जैसे कि एक अव्यक्त अवस्था में प्रवेश करना, उन्हें मेजबान या अन्य परिवेश के अंदर तनावपूर्ण स्थितियों से बचने की अनुमति दे सकता है। ऐसी नियामक प्रणालियाँ हैं जो तापमान, पी. एच., पोषक तत्वों, लवणों और ऑक्सीकरण में परिवर्तन का जवाब देती हैं। प्रतिक्रिया स्तर पर्यावरण में होने वाले परिवर्तन की मात्रा पर आधारित है। जब तनाव की स्थिति में परिवर्तन होते हैं तो प्रतिक्रिया सबसे अधिक होती है, इस मामले में नियंत्रण नेटवर्क को तनाव प्रतिक्रिया प्रणाली कहा जाता है। ये प्रणालियाँ प्रोकैरियोट्स के भीतर बहुत समान हैं और कुछ प्रणालियाँ, विशेष रूप से गर्मी के झटके की प्रतिक्रिया, यूकेरियोट्स और आर्किया में संरक्षित हैं। जबकि प्रणालियाँ बेहद समान हैं, जिन स्थितियों के तहत वे सक्रिय होते हैं, वे जीव से जीव में बहुत भिन्न होते हैं। पर्यावरण परिवर्तन के प्रति प्रतिक्रिया को सक्रिय करने वाली प्रणालियों में कई नियंत्रण तत्व होते हैं। ये नियंत्रण तत्व एक जीन के लिए विशिष्ट हो सकते हैं या वे जीन के एक बड़े समूह को नियंत्रित कर सकते हैं। जब नियंत्रण तत्व जीन के एक बड़े समूह को नियंत्रित करते हैं तो इसे रेगुलेन कहा जाता है। एक रेगुलेन जीन का एक समूह है जो सभी एक ही नियंत्रण पैटर्न द्वारा नियंत्रित होते हैं। एक उत्तेजक वे सभी जीन हैं जो एक ही स्थिति के प्रति प्रतिक्रिया व्यक्त करते हैं। नियंत्रण तत्व भुखमरी, स्पोरोलेशन और अन्य सहित विभिन्न पर्यावरणीय स्थितियों के दौरान जीन की अभिव्यक्ति को भी नियंत्रित करते हैं। तनाव के प्रकार एक तनाव कारक जो बैक्टीरिया में तनाव प्रतिक्रिया को प्रेरित कर सकता है, जीवित रहने के लिए आदर्श स्थितियों के बाहर कोई भी स्थिति हो सकती है। कोशिका को नुकसान पहुँचाने वाले तनाव कारक ही सबसे मजबूत प्रतिक्रियाओं को अवैध बनाते हैं। ऐसा ही एक दबावक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों और प्रतिक्रियाशील क्लोरीन प्रजातियों के रसायनों के संपर्क में है जिनका उपयोग कीटाणुनाशक के रूप में किया जाता है। इस श्रेणी में सोडियम हाइपोक्लोराइट (एन. ए. ओ. सी. एल.), या घरेलू ब्लीच शामिल है। ये रसायन विभिन्न प्रणालियों को व्यापक रूप से कोशिकीय क्षति पहुँचाते हैं जैसे कि जीवाणु झिल्ली, प्रोटीन का विकृतीकरण, और अमीनो एसिड, न्यूक्लिक एसिड और लिपिड जैसे जैव अणुओं के साथ हस्तक्षेप। एक अन्य प्रकार का दबावक कोशिकीय श्वसन के लिए एक अनुकूल इलेक्ट्रॉन स्वीकारक की अनुपस्थिति हो सकती है। कोशिका आकृति विज्ञान और कोशिकीय झिल्ली की संरचना को बदलने के लिए एक अध्ययन में अधिक अनुकूल ऊर्जा उत्पादन से नाइट्रेट जैसे कम अनुकूल ऊर्जा उत्पादन में बदलाव दिखाया गया है। अन्य प्रकार के तनाव कारकों में ऑक्सीडेंट, पोषक तत्वों की कमी, हाइपो/हाइपर-ऑस्मोलरिटी, अत्यधिक पीएच, अत्यधिक तापमान और रोगाणुरोधी पदार्थ शामिल हैं। स्ट्रेसर्स की यह सूची व्यापक नहीं है, क्योंकि परिभाषा के अनुसार स्ट्रेसर्स कुछ भी और सब कुछ हो सकते हैं जो एक कोशिका के लिए अनुकूल नहीं हो सकते हैं। प्रतिक्रियाओं के प्रकार एक प्रारंभिक तनाव प्रतिक्रिया प्रणाली जो संभवतः बैक्टीरियल कोशिका के लिए हानिकारक स्थितियों के खिलाफ प्रभावी होगी, वह है चैपरोन। चैपरोन प्रोटीन होते हैं जो अन्य प्रोटीनों को उनके साथ बांधकर उनके उचित अनुरूपण में रखने के लिए जिम्मेदार होते हैं। रक्षा की पहली पंक्ति के रूप में चैपरोन के बिना, अन्य तनाव प्रतिक्रिया प्रणालियाँ प्रोटीन को समय पर विकृत होने से रोकने के लिए पर्याप्त तेजी से प्रतिक्रिया करने में सक्षम नहीं होंगी। जबकि एक प्रोटीन विकृतीकरण कर रहा है, यह अपने आप में मध्यवर्ती संरचनाओं का उत्पादन करेगा, और ये मध्यवर्ती हैं जो चैपरोन प्रोटीन को सक्रिय करते हैं। एक अन्य प्रमुख तनाव प्रतिक्रिया प्रणाली प्रतिलेखन विनियमन है। कई प्रतिलेखन विनियमन प्रणालियाँ अच्छी तरह से परिभाषित हैं, जबकि अन्य कम समझी जाती हैं, लेकिन उन्हें विभिन्न मार्गों और उत्तेजनाओं द्वारा सक्रिय किया जा सकता है, और अधिकांश उत्तेजनाओं के लिए एक सामान्य प्रतिक्रिया है। आर. एन. ए. में किन वर्गों को प्रतिलेखित किया जाता है, इसे विनियमित करने के लिए डी. एन. ए. के प्रवर्तक क्षेत्रों से प्रोटीन को बांधना इसमें शामिल है। विभिन्न आर. एन. ए. प्रतिलेखों की सांद्रता को उन लोगों के उत्पादन के पक्ष में बदला जाता है जो प्रोटीन का उत्पादन करेंगे जो उत्तेजना के प्रभाव को कम करेंगे। हालाँकि, यह प्रणाली कोशिका की अनुवाद क्षमता से सीमित हो सकती है। प्रतिलेखन परिवर्तन केवल तभी प्रभावी हो सकते हैं जब एम. आर. एन. ए. को प्रोटीन में परिवर्तित करने के लिए राइबोसोमल गति काफी तेज हो। यह बैक्टीरिया की तनावकर्ताओं पर जल्दी प्रतिक्रिया करने की क्षमता में एक अड़चन हो सकती है, और कुछ तनावकर्ता, जैसे ऑक्सीडेटिव तनाव, राइबोसोम के कार्य को बाधित कर सकते हैं। एक तनाव प्रतिक्रिया जो गैर-फायदेमंद, लेकिन गैर-घातक स्थितियों में भी हो सकती है, एक बायोफिल्म का निर्माण है। इस प्रतिक्रिया में, जीवाणु कोशिकाएं एक फिल्म बनाने के लिए बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थों का स्राव कर सकती हैं जो जीवाणु कॉलोनी को सहायता प्रदान कर सकती हैं, जैसे कि सतह से चिपकने की उनकी क्षमता में सुधार करके। एक अन्य सामान्य तनाव प्रतिक्रिया विलंबता है। एक अव्यक्त अवस्था में, एक कोशिका अपने चयापचय को धीमा कर देगी और लगभग निष्क्रिय हो जाएगी। यह कोशिका को जीवाणुरोधी एजेंटों, भुखमरी, हाइपोक्सिया और अम्लता जैसे तनावों से बहुत कम प्रभावित करता है। कुछ बैक्टीरिया एक अव्यक्त अवस्था में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं और सक्रिय अवस्था में लौटने से पहले वर्षों तक वहाँ रहते हैं। कोशिकीय झिल्ली की तरलता को कम करने के लिए एक कोशिका असंतृप्त वसा अम्ल के उत्पादन से संतृप्त वसा अम्ल में भी स्थानांतरित हो सकती है। यदि दबावक एक अणु है, तो इससे कोशिका में प्रवेश करना अधिक कठिन हो जाएगा। कुल मिलाकर कोशिकीय आकृति विज्ञान को भी एक तनाव के जवाब में बदला जा सकता है। बैक्टीरिया में कुछ अन्य महत्वपूर्ण तनाव प्रतिक्रिया प्रणालियाँ हैंः गर्मी के झटके की प्रतिक्रिया, सिग्मा कारक सिग्मा 32 लिफाफा तनाव प्रतिक्रिया द्वारा नियंत्रित, मुख्य रूप से सिग्मा कारक सिग्मा ई और सीपीएक्स दो-घटक प्रणाली शीत झटके प्रतिक्रिया द्वारा नियंत्रित, जो आरएनए चैपरोन और राइबोसोमल कारकों (पी) पीपीजीपीपी-निर्भर कठोर प्रतिक्रिया की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है, जो सेलुलर प्रोटीन संश्लेषण क्षमता को कम करता है और पोषण में गिरावट पर आगे वैश्विक प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करता है। उच्च तापमान के जवाब में, बैक्टीरिया के भीतर प्रोटीन के विकृतीकरण से बचाने के लिए चैपरोन और प्रोटीज सहित हीट-शॉक प्रोटीन तेजी से प्रेरित होते हैं। ये चैपरोन बढ़ते तापमान से बचाने के लिए कोशिका के भीतर प्रोटीन को मोड़ने में मदद करते हैं। अधिकांश जीवाणु उपभेदों में, सिग्मा कारक-32 (32) गर्मी-झटके की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार है। सिग्मा कारक-32 आर. पी. ओ. एच. जीन द्वारा कूटबद्ध किया जाता है और ऊष्मा-आघात जीन के ऊपर की ओर बैठता है। लिफाफा तनाव प्रतिक्रिया दो-घटक संकेत पारगमन (2सीएसटी) प्रणाली जीवाणु कोशिका को प्रणाली के भीतर तनाव को महसूस करने की अनुमति देती है। कोशिका की आंतरिक झिल्ली में पाया जाने वाला एक हिस्टिडीन किनेज तनाव का पता लगाता है। हिस्टिडाइन काइनेज ऑटोफॉस्फोराइलेशन के कारण तनाव का पता लगाता है जो शुरू में पता चलने पर होता है। एक बार जब तनाव का पता चल जाता है, तो सिस्टम एक साइटोप्लाज्मिक प्रतिक्रिया नियामक के पास चला जाता है। यह कोशिका के फॉस्फेट समूह में होने के कारण है, लेकिन यह नया प्रतिक्रिया नियामक प्रतिलेखन कारक की तरह कार्य करना शुरू कर देगा। इसका मतलब है कि यह जीन को देखते समय जो व्यक्त किया जाता है उसे बदलना शुरू कर देगा। यह विशेष रूप से तब सच होता है जब सी. पी. एक्स. प्रोटीन को देखा जाता है जो प्रोटीन को गलत तरीके से मोड़ने या बिल्कुल नहीं करने से रोकने में मदद करते हैं। सी. पी. एक्स. प्रोटीन यह सुनिश्चित करने में भी मदद करते हैं कि अन्य कोशिकीय प्रक्रियाओं को देखते समय कोई अन्य क्षति नहीं होगी। कोल्ड शॉक रेस्पॉन्स जब बैक्टीरिया बहुत कम और ठंडे तापमान वाले क्षेत्र में होते हैं, तो उनका पांच घंटे लंबा चरण होगा जिससे वे बिल्कुल भी नहीं बढ़ेंगे। जिस तरह से बैक्टीरिया अनुकूलन करने की कोशिश करता है वह है चाइल्ड शॉक प्रोटीन बनाना जो प्रतिलेखन कारक होंगे जिन्हें पांच घंटे के चरण के दौरान विनियमित किया जाएगा। एक बार जब यह पाँच घंटे की अवधि समाप्त हो जाएगी, तो बैक्टीरिया फिर से बढ़ने लगेंगे, लेकिन यह बहुत धीमी गति से होगा। ये प्रोटीन बैक्टीरिया को बढ़ते रहने और कम तापमान पर जीवित रहने में मदद करेंगे। सी. एस. पी. ए. नामक एक प्रोटीन मूल रूप से ई. कोलाई में पाया गया था और इसे खोजे गए पहले कोल्ड शॉक प्रोटीन में से एक माना जाता है और इसे सिंगल-स्ट्रैंडेड आर. एन. ए. के रूप में जाना जाता है। यह प्रतिलेखन और अनुवाद की प्रक्रियाओं में सहायता करता है, गुणसूत्र का संघनन भी हो सकता है। इसका मतलब है कि कोशिकाएं समय से पहले माइटोसिस के अंतर-चरण चरण में चली जाएंगी। नाभिक का एक संगठन भी होगा जो तब होता है जब कोशिका में अंतःकोशिकीय और बाह्यकोशिकीय कारक होते हैं। और अंत में, जब बैक्टीरिया के जीवित रहने की बात आती है तो एक वृद्धि होती है जो कोशिका को जीवित रहने के लिए आवश्यक भोजन और पोषक तत्व प्राप्त करने में मदद करती है।