Quorum sensing

Quorum sensing (QS) – mechanizm komunikacji między komórkami bakterii polegający na wytwarzaniu, wydzielaniu i rozpoznawaniu cząsteczek sygnałowych (tzw. autoinduktorów), których stężenie w środowisku rośnie wraz z zagęszczeniem populacji i prowadzi do skoordynowanej regulacji ekspresji genów w całej społeczności bakteryjnej^[1][2]. W polskojęzycznej literaturze naukowej najczęściej spotyka się nazwę angielską (quorum sensing) i skrót QS, zwykle objaśniane opisowo jako chemiczne „porozumiewanie się” komórek w populacjach bakterii^[1][3].

Do najczęściej opisywanych klas autoinduktorów należą m.in. N-acylo-L-homoserynolaktony (AHL; typowe dla wielu bakterii Gram-ujemnych), oligopeptydy (częste u bakterii Gram-dodatnich) oraz autoinduktor AI-2 opisywany jako sygnał o znaczeniu międzygatunkowym^[1][4][3].

Pierwszymi organizmami, u których zaobserwowano to zjawisko, były bakterie z rzędu: Myxobacteria oraz Streptomyces.

Historia

Pierwsze badania nad quorum sensing prowadzili w latach 70. XX wieku naukowcy na Uniwersytecie Harvarda. W 1979 roku Nealson i Hastings opisali regulację bioluminescencji zależną od zagęszczenia populacji u świecących bakterii morskich (wówczas określanych m.in. jako Vibrio fischeri i Vibrio harveyi), wskazując na rolę sygnału chemicznego kumulującego się w hodowli wraz ze wzrostem liczby komórek^[5][1].

Badali oni szczepy bakterii Vibrio fischeri oraz Vibrio harveyi, pospolite drobnoustroje mórz i oceanów. Zauważyli, że podczas hodowli w pewnym momencie bakterie zaczynają świecić, a efekt ten ujawnia się przy wysokiej gęstości komórek – gdy stężenie cząsteczek sygnałowych w pożywce przekracza wartość progową i uruchamia ekspresję genów związanych z luminescencją^[5][2].

Pojęcie quorum sensing upowszechniło się w literaturze po 1994 roku, kiedy Fuqua, Winans i Greenberg użyli tego terminu dla określenia regulacji ekspresji genów zależnej od zagęszczenia populacji bakterii^[6][1]. Wcześniej opisywano także inne przykłady sygnalizacji zależnej od zagęszczenia, m.in. u Streptomyces (związanej np. z biosyntezą antybiotyków) oraz u Myxococcus xanthus (w kontekście tworzenia ciałek owocowych)^[1].

Występowanie

Inne bakterie, u których odkryto to zjawisko to między innymi:

• Escherichia coli^[1][2]
• Yersinia pestis – wywołująca dżumę; u gatunku tego opisano funkcjonalne układy QS oparte m.in. o sygnały AHL i AI-2^[7][8]
• Pseudomonas aeruginosa^[1][2]
• Staphylococcus aureus^[1][2]
• Bacillus subtilis^[1]

Quorum sensing bywa opisywany również w kontekście komunikacji międzygatunkowej oraz oddziaływań bakterii z organizmami wyższymi (np. wpływu sygnałów QS na relacje bakteria–żywiciel)^[3][4].

Znaczenie biologiczne

Procesy, w których wykorzystywane jest przez bakterie zjawisko quorum sensing:

• bioluminescencja
• wzrost rozpełzliwy (ang. swarming)
• biosynteza antybiotyków
• transferowanie plazmidów
• wytwarzanie biofilmu
• wirulencja
• kompetencja i inne formy koordynacji zachowań populacyjnych^[2][4][3].

Zobacz też

• Sieci mykoryzowe