Quorum sensing je schopnost regulovat genovou expresi v mikroorganismech (zejména bakteriích ) v reakci na kolísání hustoty buněčné populace. Quorum sensing je založen na produkci a vnímání chemických signálních molekul nazývaných autoinduktory, jejichž koncentrace se mění v závislosti na počtu okolních buněk.
Gram-pozitivní a gramnegativní bakterie využívají metabolické sítě využívající snímání kvora k regulaci fyziologických aktivit: symbióza , virulence , konjugace , produkce antibiotik , pohyblivost, sporulace a tvorba biofilmu . [jeden]
Quorum sensing poprvé objevili a popsali v roce 1979 Kenneth Nilson a John Hastings u dvou světelných druhů mořských bakterií, Vibrio fischeri a Vibrio harveyi . Bylo zjištěno, že k emisi světla bakteriemi dochází pouze při vysoké hustotě buněčné populace v reakci na specifické autoinduktory.
Až do výzkumu Everetta Greenberga mikrobiologové většinou nerozpoznali vztah mezi bakteriemi: každá bakterie byla považována za samostatnou buňku s nezávislým chováním od ostatních. Jeho výzkum popsal mechanismus, kterým se bakterie vzájemně ovlivňují; V roce 1994 Greenberg spolu s kolegy navrhl termín quorum sensing – proces komunikace mezi bakteriemi. [2] Od června 2015 je Greenberg profesorem na Washingtonské univerzitě a jeho laboratoř provádí výzkum snímání kvora a biofilmů . [3]
Za svůj objev smyslu pro kvorum byl Greenberg oceněn v roce 2015 cenou Shao s Bonnie Bassler [4] .
Účelem quorum sense je koordinovat určité chování nebo akce mezi bakteriemi stejného druhu nebo poddruhu v závislosti na hustotě jejich populace. Například oportunní patogenní bakterie Pseudomonas aeruginosa se mohou množit v hostiteli bez poškození hostitele, pokud nedosáhnou určité koncentrace. Ale stávají se agresivními, když se jejich počet stane dostatečným k překonání imunitního systému hostitele, což vede k rozvoji onemocnění. Aby to bylo možné, musí bakterie vytvořit biofilmy na povrchu těla hostitele. Je možné, že terapeutická enzymatická degradace signálních molekul brání tvorbě takových biofilmů. Zničení procesu signalizace tímto způsobem je potlačením smyslu pro usnášeníschopnost.
Quorum sensing byl poprvé pozorován u bakterie Vibrio fischeri , bioluminiscenční bakterie žijící jako symbiont ve světelných orgánech druhu havajské chobotnice. Když jsou buňky Vibrio fischeri volně žijící, autoinduktory jsou v nízké koncentraci, a proto buňky nejsou luminiscenční. Ve světelném orgánu chobotnice (fotofory) jsou extrémně koncentrované (asi 10 11 buněk/ml), a proto je indukována transkripce luciferázy vedoucí k bioluminiscenci.
Procesy, které jsou regulovány nebo částečně regulovány snímáním kvora na bázi AI-2 v E. coli , zahrnují buněčné dělení. U jiných druhů, jako je Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ), procesy spojené se snímáním kvora zahrnují vývoj biofilmu, produkci exopolysacharidů a agregaci buněk. Bylo zjištěno, že AI-2 zvyšuje expresi genu sdiA, transkripčního regulátoru promotoru, který reguluje gen ftsQ, část operonu ftsQAZ důležitého pro buněčné dělení.
Streptococcus pneumoniae ( pneumokok ) používá snímání kvora k tomu, aby byly buňky kompetentní. To může být důležité pro zvýšení počtu mutací v podmínkách přelidnění, kdy je nutné kolonizovat nová prostředí.