Quorum Sensing

La détection du quorum, appelée quorum sensing en anglais, est un mécanisme de régulation contrôlant l'expression de certains gènes bactériens. La détection du quorum 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). Elle repose sur la capacité de bactéries à communiquer avec leurs congénères en utilisant des signaux moléculaires.

Mécanisme de la détection du quorum

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

La présence des auto-inducteurs est perçue par des récepteurs protéiques intracellulaires. Ces récepteurs fixent l'auto-inducteur dont la concentration intracellulaire reflète la concentration extracellulaire. Le récepteur ainsi activé reconnait des séquences d'ADN spécifiques des gènes régulés par détection du quorum et active ou réprime leur expression.

Les auto-inducteurs sont perçus à des concentrations très faibles - de l'ordre de 1 pmol à 1 µmol.

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 de la détection du quorum

Le rôle de la détection du quorum est de coordonner certains comportements ou certaines actions entre bactéries de la même espèce en fonction de la densité de leur population. Par exemple, les bactéries opportunistes comme Pseudomonas aeruginosa peuvent croître 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 la maladie.

La détection du quorum 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. Lorsque les vibrions sont sous forme planctonique (à l'état libre), la concentration d'auto-inducteurs est faible, et les cellules ne sont pas luminescentes. Dans l'organe lumineux de la sépiole, les vibrions sont très nombreux (environ 10¹¹ cellules par mL) et l'auto-inducteur stimule la transcription du gène de la luciférase, une enzyme capable de produire de la lumière à partir d'ATP.

Les fonctions régulées par détection du quorum sont très diverses chez les bactéries. Elles incluent le pouvoir pathogène chez Erwinia carotovora, le transfert conjugatif de plasmides chez Agrobacterium ou chez différents rhizobiums, 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. Cette liste n'est pas exhaustive.

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