Kemotaksis pada bakteri
Apa itu kemotaksis?
Kemotaksis didefinisikan sebagai orientasi atau pergerakan suatu organisme atau sel yang bergerak sebagai respons terhadap adanya bahan kimia tertentu di lingkungan sekitarnya. Gerakan bisa menuju sumber stimulus kimia atau melawannya, yaitu menjauh darinya.
“Kemotaksis” adalah istilah majemuk: taksi mendefinisikan pergerakan organisme atau sel sebagai respons terhadap jenis rangsangan tertentu (cahaya, suhu, benda, senyawa kimia) dan kemo mengacu pada zat kimia yang, dengan demikian, memiliki karakteristik dan properti tertentu.
Di alam, dapat dikatakan bahwa semua organisme dan sel bergerak yang memiliki kapasitas untuk bergerak bebas menunjukkan beberapa jenis gerakan kemotaksis (dengan kemotaksis), dan gerakan ini telah dipelajari secara ekstensif, terutama pada organisme uniseluler, prokariotik, dan eukariotik.
Pengamatan pertama kemotaksis pada prokariota, misalnya, dilakukan pada bakteri pada akhir abad ke-19, ketika sekelompok ahli biologi (termasuk Engelmann dan Pfeffer) menemukan pergerakan bakteri ke arah oksigen, unsur mineral tertentu dan berbagai nutrisi organik.
Molekul yang menarik dan penolak
Kemotaksis, atau pergerakan sel atau organisme dalam kaitannya dengan stimulus kimia, dapat terjadi sebagai gerakan menuju sumber stimulus atau melawannya (menjauh), tergantung pada karakteristik kimia dan sifat tertentu dari stimulus.
Dengan demikian, penulis yang berbeda telah mendefinisikan dua jenis zat, atraktan dan penolak, yang, seperti dapat dipahami dari namanya, masing-masing memicu respons kemotaktik positif atau negatif.
Namun, harus dikatakan bahwa gerakan menuju atau melawan suatu penarik atau penolak adalah relatif terhadap jenis sel, karena untuk beberapa mikroorganisme atau sel tubuh hewan, misalnya, adalah penolak, untuk yang lain mungkin menarik dan sebaliknya.
Demikian juga, secara umum telah ditentukan bahwa gerakan sebanding dengan gradien kimia zat yang berfungsi sebagai “sumber stimulus”, artinya, itu tergantung pada konsentrasi mereka dan jarak di mana mereka berada sehubungan dengan dia.
Gerakan kemotaktik
Baik sel-sel yang merupakan bagian dari jaringan dan organ hewan, tumbuhan dan jamur, serta sel-sel yang membentuk populasi berbagai spesies organisme uniseluler, eukariotik, dan prokariotik, terus-menerus mengamati lingkungan yang mengelilinginya.
Sensus ini memungkinkan mereka, terutama organisme uniseluler, untuk mengidentifikasi kemungkinan sumber makanan atau potensi bahaya dan merespons rangsangan spesifik ini: Salah satu respons yang paling umum adalah gerakan, sehingga sel-sel ini bergerak mendekati atau menjauh dari sumber stimulus dengan kecepatan tertentu, tergantung kasusnya.
Terlepas dari jenis sel atau jenis stimulus kimia yang bersangkutan, semua respons kemotaktik bergantung pada sistem yang terdiri dari ligan, reseptor, dan, dalam banyak kasus, pembawa pesan kimia yang mentransmisikan informasi ke komponen intraseluler yang bertanggung jawab untuk membawa keluar respon.
Reseptor dikenal sebagai kemoreseptor , karena mereka mengkhususkan diri untuk persepsi konsentrasi kecil dari molekul kimia tertentu, yang bertindak sebagai ligan , dan pembawa pesan intraseluler bervariasi dari satu sel ke sel lainnya.
Kemotaksis pada eukariota
Pada semua sel eukariotik, termasuk organisme eukariotik uniseluler, pergerakan dalam menghadapi segala jenis stimulus bergantung pada serangkaian mekanisme yang tersebar luas, yang berkaitan dengan regulasi komponen sitoskeleton.
Sitoskeleton adalah jaringan intraseluler kompleks yang berpartisipasi dalam komunikasi intraseluler, pergerakan organel dan vesikel intraseluler, dll., Dan itu terdiri dari tiga jenis filamen yang dikenal sebagai mikrofilamen , mikrotubulus , dan filamen menengah .
Sel eukariotik hewan
Mikrofilamen terdiri dari protein yang disebut aktin, mikrotubulus adalah polimer tubulin, dan filamen menengah mewakili kelompok yang lebih heterogen, terdiri dari beberapa jenis protein yang berbeda.
Dengan demikian, polimerisasi dan depolimerisasi unsur-unsur yang membentuk sitoskeleton adalah apa yang memungkinkan atau memulai pergerakan sel eukariotik dalam menghadapi stimulus apa pun, termasuk rangsangan kemotaktik.
Pada gilirannya, fenomena polimerisasi dan depolimerisasi ini dikendalikan secara genetik, karena kondisi tertentu ditetapkan untuk ekspresi enzim yang mengontrol proses ini setelah menerima stimulus kimia.
Fenomena ini bergantung, khususnya pada serangkaian enzim, yang lebih dikenal sebagai kinase atau protein kinase: serin kinase, treonin kinase atau tirosin kinase.
Fungsi kemotaksis pada eukariota multiseluler
Gerakan kemotaktik pada organisme multisel sangat penting untuk pencapaian perkembangan dan fungsi tubuh yang tepat.
Faktanya, selama perkembangan patologi tertentu seperti kanker (pada hewan vertebrata ), gangguan atau cacat pada mekanisme yang mengontrol respons kemotaktiklah yang mengarah pada metastasis, yaitu pelepasan sel tumor dan distribusinya ke berbagai tempat. bagian tubuh.
Di sisi lain, banyak fungsi sistem kekebalan bergantung pada beberapa sel dalam tubuh yang memproduksi molekul “kemotaksis” yang disebut sitokin dan kemokin, yang menarik sel-sel bergerak, seperti sel T, satu sama lain untuk melakukan fungsi khusus.
Kemotaksis pada prokariota
Bakteri dan archaea, seperti dua kelompok perwakilan organisme prokariotik, juga menunjukkan gerakan kemotaktik dan mereka, pada kenyataannya, termasuk yang paling banyak dipelajari di alam.
Gerakan flagela pada bakteri flagellata polar. Sumber: Brudersohn, CC BY-SA 2.0 DE <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de/deed.en>, melalui Wikimedia Commons
Bakteri memiliki seperangkat protein pengatur yang mengarahkan dan mengontrol pergerakan sel yang terjadi di bawah kondisi lingkungan yang berbeda, dan mekanisme kontrol untuk pergerakan ini tidak bergantung pada keberadaan flagela atau silia pada permukaan sel, atau apakah pergerakan terjadi dengan meluncur.
Sistem ini berpartisipasi dalam kontrol gerakan terhadap berbagai jenis rangsangan kimia, baik terhadap nutrisi seperti peptida, gula atau asam amino, atau terhadap rangsangan yang agak negatif seperti adanya zat beracun atau asam.
Penting untuk disebutkan bahwa set protein pengatur yang sama berpartisipasi dalam kontrol gerakan sebagai respons terhadap konsentrasi oksigen (aerotaksis), terhadap suhu (termotaksis), terhadap tekanan osmotik (osmotaksis), dan terhadap cahaya (fototaksis), yang mana kita dapat menyimpulkan pentingnya.
Untuk mencapai gerakan sebagai respons terhadap keberadaan senyawa kimia tertentu , bakteri melepaskan serangkaian proses molekuler yang saling terkait, sebanding dengan ” memori ” dan “belajar” yang mencirikan sistem sensorik motorik dan regulasinya neuronal pada organisme “lebih tinggi”.
Sistem fosfotransferase histidin-aspartat
Pada bakteri, jalur sensorik yang paling umum adalah yang termasuk dalam sistem fosfotransferase histidin-aspartat, yang memiliki setidaknya dua komponen: protein histidin kinase dimer dan pengatur respons.
Sekitar 600 sistem ini telah dideskripsikan dan beberapa spesies mungkin memiliki lebih dari 100, yang mereka gunakan untuk memediasi respons gerakan mereka terhadap berbagai jenis rangsangan lingkungan.
Fungsi kemotaksis pada bakteri
Meskipun kemotaksis mungkin tampak sebagai proses respons spontan terhadap stimulus kimia, pada bakteri umumnya merupakan bagian dari jalur pensinyalan intraseluler yang berbeda dan kompleks yang memiliki implikasi penting dalam:
- patogenisitas karena kemotaksis adalah penting bagi banyak spesies patogen untuk menjajah dan menyerang tuan rumah mereka, yang mendapatkan recensusing perubahan pH, konsentrasi nutrisi, konsentrasi oksigen, osmolalitas, dll Melalui kemotaksis mereka dapat dipandu ke situs tertentu di inang mereka di mana mereka dapat berkembang biak.
- Pembentukan asosiasi simbiosis , karena sangat mungkin bahwa beberapa bakteri tanah yang hidup bebas (rhizobacteria) mencapai rambut akar tanaman legum yang berasosiasi berkat pengenalan senyawa kimia menarik yang mereka hasilkan dalam eksudat radikalnya .
- Pembentukan biofilm (area besar bakteri yang “terhubung” satu sama lain melalui jaringan polisakarida), yang memerlukan sensus dan pergerakan bakteri menuju wilayah yang sama, diarahkan, antara lain, oleh mekanisme yang berkaitan dengan kimia komunikasi.
Referensi
- Adler, J. (1966). Kemotaksis pada bakteri. Sains, 153 (3737), 708-716.
- Keller, EF, & Segel, LA (1971). Model untuk kemotaksis. Jurnal biologi teoretis, 30 (2), 225-234.
- Mukherjee, A., & Sadler, PJ Wiley Ensiklopedia Biologi Kimia. 2008. Logam dalam Kedokteran: Tinjauan Pendahuluan. di tekan.
- Saham, JB, & Baker, MD (2009). kemotaksis. Dalam Encyclopedia of Microbiology (hlm. 71-78). Elsevier Inc.
- Wadhams, GH, & Armitage, JP (2004). Memahami semuanya: kemotaksis bakteri. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler, 5 (12), 1024-1037.