Quorum sensing, ein Mechanismus, mit dem Bakterien die Genexpression in Abhängigkeit von der Populationsdichte durch den Einsatz von Signalmolekülen regulieren. Quorum sensing ermöglicht es Bakterienpopulationen, miteinander zu kommunizieren und ihr Gruppenverhalten zu koordinieren, und wird häufig von Pathogenen (krankheitsverursachenden Organismen) bei Krankheits- und Infektionsprozessen eingesetzt. Die bakterielle Aktivität des Quorum Sensing wurde erstmals Mitte der 1960er Jahre von dem in Ungarn geborenen Mikrobiologen Alexander Tomasz beobachtet, als er die Fähigkeit von Pneumokokken (später als Streptococcus pneumoniae bekannt) untersuchte, freie DNA aus ihrer Umgebung aufzunehmen.
A.W. Rakosy/Encyclopædia Britannica, Inc.
Standardmäßige Quorum-Sensing-Wege bestehen aus Bakterienpopulationen, Signalmolekülen und Verhaltensgenen. Die Signalmoleküle, die so genannten Autoinduktoren, werden von den Bakterien in die Umwelt abgegeben und ihre Konzentration steigt allmählich an, wenn die Bakterienpopulation wächst. Nach Erreichen einer bestimmten Konzentrationsschwelle werden die Moleküle für die Bakterienpopulationen nachweisbar, die dann entsprechende Antwortgene aktivieren, die verschiedene Verhaltensweisen wie Virulenz, horizontalen Gentransfer, Biofilmbildung und Kompetenz (die Fähigkeit zur DNA-Aufnahme) regulieren. Da viele dieser Prozesse nur bei bestimmten Populationsgrößen wirksam sind, ist Quorum Sensing ein wichtiger Mechanismus zur Verhaltenskoordinierung bei vielen Mikroben.
Obwohl Quorum Sensing bei Bakterien weit verbreitet ist, können sich das genaue Erkennungssystem und die Klasse der verwendeten Quorum-Sensing-Verbindungen unterscheiden. Auch die Art und Weise, wie die verschiedenen Bakterienarten das Quorum Sensing anwenden, ist sehr unterschiedlich. Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa zum Beispiel, das Lungenentzündungen und Blutinfektionen verursachen kann, nutzt Quorum Sensing, um Krankheitsmechanismen zu regulieren. Indem es relativ harmlos bleibt, bis die Population groß genug ist, kann das Bakterium die Wirtsabwehr überwältigen, indem es Gene aktiviert, die die Biofilmbildung und Virulenz regulieren. In anderen Organismen wird Quorum Sensing für symbiotische Prozesse und Zellwachstum genutzt; ein Beispiel ist der Stickstofffixierungsmechanismus des Bakteriums Rhizobium leguminosarum.
Die Kommunikationsfähigkeiten, die das Quorum Sensing bietet, sind für Bakterien sehr nützlich, da sie es Bakterienpopulationen ermöglichen, Eigenschaften zu erwerben, die bei Pflanzen, Tieren und anderen höheren Organismen zu finden sind. Diese Fähigkeiten, einschließlich Gruppenkommunikation und Verhaltenssynchronisation, ermöglichen es Bakterienpopulationen, sich schneller zu entwickeln, Zugang zu mehr Ressourcen zu erhalten und sich bessere Überlebenschancen zu sichern. Krankheitserreger mit Quorum-Sensing-Systemen können auch Wirtsorganismen effektiver infizieren, was zu tödlicheren Krankheiten führt. Um Infektionen durch Mikroben, die Quorum-Sensing-Strategien verwenden, abzutöten oder zu verhindern, müssen daher neue Wege zur Ergänzung der Wirtsabwehr gefunden werden.
Auf makroskopischer Ebene können ähnliche Mechanismen wie das Quorum Sensing bei Organismen wie Ameisen und Bienen beobachtet werden. Quorum-Sensing-Strategien können auch in der Robotik und Computertechnik in Sensoren, selbstorganisierenden Netzwerken und Roboterschwärmen eingesetzt werden. Diese Technologien können für verschiedene Anwendungen genutzt werden, z. B. zur Koordinierung medizinischer Nanoroboter bei Behandlungen und zur Organisation humanoider Roboter für die Fertigung und andere Prozesse.