Quorum sensing är förmågan att reglera genuttryck i mikroorganismer (främst bakterier ) som svar på fluktuationer i cellpopulationstäthet. Quorum sensing baseras på produktion och uppfattning av kemiska signalmolekyler som kallas autoinducerare, vars koncentration varierar beroende på antalet omgivande celler.
Gram-positiva och Gram -negativa bakterier använder metaboliska nätverk med hjälp av kvorumavkänning för att reglera fysiologiska aktiviteter: symbios , virulens , konjugation , antibiotikaproduktion , motilitet, sporbildning och biofilmbildning . [ett]
Quorum sensing upptäcktes och beskrevs första gången 1979 av Kenneth Nilson och John Hastings i två lysande arter av marina bakterier, Vibrio fischeri och Vibrio harveyi . Det visade sig att emission av ljus från bakterier endast sker vid en hög täthet av cellpopulationen som svar på specifika autoinducerare.
Fram till Everett Greenbergs forskning var förhållandet mellan bakterier i stort sett inte känt av mikrobiologer: varje bakterie sågs som en separat cell med oberoende beteende från andra. Hans forskning beskrev mekanismen genom vilken bakterier interagerar med varandra; 1994 föreslog Greenberg tillsammans med kollegor termen quorum sensing - processen för kommunikation mellan bakterier. [2] Från och med juni 2015 är Greenberg professor vid University of Washington, och hans labb forskar om kvorumavkänning och biofilmer . [3]
För sin upptäckt av kvorumkänslan belönades Greenberg med 2015 års Shao-pris med Bonnie Bassler [4] .
Syftet med kvorumkänslan är att koordinera vissa beteenden eller handlingar mellan bakterier av samma art eller underart, beroende på deras befolkningstäthet. Till exempel kan den opportunistiska patogena bakterien Pseudomonas aeruginosa föröka sig inom värden utan att skada värden, så länge de inte når en viss koncentration. Men de blir aggressiva när deras antal blir tillräckligt för att övervinna värdens immunsystem, vilket leder till utvecklingen av sjukdomen. För att göra detta måste bakterierna bilda biofilmer på ytan av värdens kropp. Det är möjligt att terapeutisk enzymatisk nedbrytning av signalmolekyler förhindrar bildandet av sådana biofilmer. Förstörelse av signaleringsprocessen på detta sätt är undertryckande av känslan av kvorum.
Kvorumavkänning observerades först i bakterien Vibrio fischeri , en bioluminescerande bakterie som lever som en symbiont i ljusorganen hos en art av hawaiisk bläckfisk. När Vibrio fischeri -celler är frilevande är autoinduktorer i låg koncentration och därför är cellerna inte självlysande. I bläckfiskens ljusorgan (fotoforer) är de extremt koncentrerade (cirka 1011 celler/ml), och därför induceras luciferastranskription, vilket leder till bioluminescens.
Processer som regleras eller delvis regleras av AI-2-baserad kvorumavkänning i E. coli inkluderar celldelning. Hos andra arter, såsom Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ), inkluderar processer associerade med kvorumavkänning biofilmutveckling, exopolysackaridproduktion och cellaggregation. AI-2 visade sig öka uttrycket av sdiA-genen, en transkriptionell regulator av promotorn som reglerar ftsQ-genen, en del av ftsQAZ-operonen som är viktig för celldelning.
Streptococcus pneumoniae ( pneumococcus ) använder kvorumavkänning för att göra celler kompetenta. Detta kan vara viktigt för att öka antalet mutationer i överbefolkningsförhållanden, när det blir nödvändigt att kolonisera nya miljöer.