Le « quorum sensing » est un mécanisme de régulation contrôlant l'expression de certains gènes bactériens. Le quorum sensing contribue à la synchronisation de l'expression (ou de la répression) de gènes particuliers au sein d'une population bactérienne en fonction de la densité de celle-ci (nombre de cellules par unité de volume). Il repose sur la capacité de bactéries à communiquer avec leurs congénères en utilisant des signaux moléculaires.

Mécanisme du quorum sensing

Les bactéries qui utilisent le quorum sensing produisent des signaux moléculaires appelés autoinducteurs. A basse densité de population bactérienne, la diffusion réduit rapidement la concentration de l’autoinducteur dans l'environnement. Au contraire, avec la multiplication cellulaire dans un espace confiné la densité de la population augmente et la concentration de l'autoinducteur dépasse un seuil critique qui est alors perçu par les bactéries qui le produisent. Cette perception active très souvent la surproduction du signal autoinducteur, conduisant ainsi à une boucle de Rétroaction positive permettant de synchroniser sa perception au sein de la population microbienne.

La présence des autoinducteurs est perçue par des récepteurs protéiques intracellulaires. Ces récepteurs fixent l'autoinducteur dont la concentration intracellulaire reflète la concentration extracellulaire. Le récepteur ainsi activé reconnait des séquences d'ADN spécifiques des gènes régulés par quorum sensing, et active ou reprime leur expression.

Les autoinducteurs sont perçus à des concentrations très faibles, du pico au micromolaire, d'ou leur dénomination "quoromone". Parmi les signaux connus, on peut citer les N-acyl homosérine lactones (AHLs), les butyrolactones, des peptides cycliques tels ComX, ou l'autoinducteur 2 (AI-2), un des seuls composés biologiques connus contenant du Bore.

Rôles du quorum sensing

le rôle du quorum sensing est de coordonner certains comportements ou actions entre bactéries de la même espèce et ce en fonction de la densité de leur population. Par exemple, les bactéries opportunistes comme Pseudomonas aeruginosa peuvent croitre dans l’organisme hôte sans effets pathogènes jusqu’à ce qu’elles atteignent une certaine concentration. Ces bactéries deviennent alors agressives et leur nombre suffit à dépasser le système immunitaire hôte et à former un Biofilm, amenant à la maladie.

Le quorum sensing a été observé pour la première fois chez Vibrio fisheri, une bactérie bioluminescente qui vit de manière symbiotique dans l'organe lumineux de certains céphalopodes comme la Sépiole. Quand les vibrions sont sous forme planctonique (à l'état libre), la concentration d'autoinducteur est faible et les cellules ne sont pas luminescentes. Dans l'organe lumineux de la sépiole, les vibrions sont très nombreux (environ 10¹¹ cellules/ml) et l'autoinducteur stimule la transcription du gène de la Luciférase, une enzyme capable de produire de la lumière à partir d'ATP.

Les fonctions régulées par quorum-sensing sont très diverses chez les bactéries. Elles incluent le pouvoir Pathogène chez Erwinia carotovora, le transfert conjugatif de plasmides chez Agrobacterium ou chez différents Rhizobium, la production d'antibiotiques ou d'antifongiques chez Chromobacterium violaceum, Pseudomonas aureofaciens et P. fluorescens, l'apparition de la Compétence chez Bacillus, ou la mise en place de flagelles chez Burkholderia (liste non exhaustive).