A kvórumérzékelés a génexpresszió szabályozásának képessége mikroorganizmusokban (főleg baktériumokban ), válaszul a sejtpopuláció-sűrűség ingadozásaira. A kvórumérzékelés az autoinduktoroknak nevezett kémiai jelátviteli molekulák előállításán és észlelésén alapul, amelyek koncentrációja a környező sejtek számától függően változik.
A Gram-pozitív és Gram -negatív baktériumok a kvórumérzékelés segítségével metabolikus hálózatokat használnak a fiziológiai tevékenységek szabályozására: szimbiózis , virulencia , konjugáció , antibiotikum -termelés , mozgékonyság, sporuláció és biofilmképződés . [egy]
A kvórumérzékelést először Kenneth Nilson és John Hastings fedezte fel és írta le 1979- ben két világító tengeri baktériumfajban, a Vibrio fischeriben és a Vibrio harveyiben . Azt találták, hogy a baktériumok fényemissziója csak a sejtpopuláció nagy sűrűségénél fordul elő specifikus autoinduktorok hatására.
Everett Greenberg kutatásáig a mikrobiológusok nagyrészt nem ismerték fel a baktériumok közötti kapcsolatot: mindegyik baktériumot különálló sejtnek tekintették, amely független a többiektől. Kutatásai leírták azt a mechanizmust, amellyel a baktériumok kölcsönhatásba lépnek egymással; 1994-ben Greenberg kollégáival együtt javasolta a kvórumérzékelés kifejezést – a baktériumok közötti kommunikáció folyamatát. [2] 2015 júniusától Greenberg a Washingtoni Egyetem professzora, laboratóriuma pedig a kvórumérzékeléssel és a biofilmekkel kapcsolatos kutatásokat végez . [3]
A kvórum értelmének felfedezéséért Greenberg 2015 -ben Shao-díjat kapott Bonnie Basslerrel [4] .
A kvórumérzék célja, hogy összehangolja az azonos fajhoz vagy alfajhoz tartozó baktériumok bizonyos viselkedését vagy cselekvéseit, populációsűrűségüktől függően. Például a Pseudomonas aeruginosa opportunista patogén baktériumok elszaporodhatnak a gazdaszervezetben anélkül, hogy károsítanák a gazdát, amíg nem érnek el egy bizonyos koncentrációt. De akkor válnak agresszívvé, ha számuk elegendő ahhoz, hogy legyőzze a gazdaszervezet immunrendszerét, ami a betegség kialakulásához vezet. Ennek érdekében a baktériumoknak biofilmeket kell kialakítaniuk a gazdaszervezet testének felületén. Lehetséges, hogy a jelátviteli molekulák terápiás enzimatikus lebontása megakadályozza az ilyen biofilmek kialakulását. A jelzési folyamat ilyen módon történő megsemmisítése a kvórumérzet elnyomása.
A kvórumérzékelést először a Vibrio fischeri baktériumnál figyelték meg , amely biolumineszcens baktérium egy hawaii tintahalfaj fényszerveiben szimbiontaként él. Amikor a Vibrio fischeri sejtek szabadon élnek, az autoinduktorok alacsony koncentrációban vannak jelen, ezért a sejtek nem lumineszcensek. A tintahal fényszervében (fotoforok) rendkívül koncentráltak (kb. 10 11 sejt/ml), ezért luciferáz transzkripció indukálódik, ami biolumineszcenciához vezet.
Az AI-2 alapú kvórumérzékelés által E. coliban szabályozott vagy részben szabályozott folyamatok közé tartozik a sejtosztódás. Más fajoknál, mint például a Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa ), a kvórumérzékeléssel kapcsolatos folyamatok közé tartozik a biofilm fejlődése, az exopoliszacharid termelés és a sejtaggregáció. Azt találták, hogy az AI-2 fokozza az sdiA gén expresszióját, amely az ftsQ gént szabályozó promoter transzkripciós szabályozója, amely a sejtosztódás szempontjából fontos ftsQAZ operon része.
A Streptococcus pneumoniae ( pneumococcus ) kvórumérzékelést használ a sejtek kompetenssé tételére. Ez fontos lehet a mutációk számának növeléséhez túlnépesedés körülményei között, amikor szükségessé válik új környezetek kolonizálása.