Quorum sensing, mécanisme par lequel les bactéries régulent l’expression des gènes en fonction de la densité de la population grâce à des molécules de signalisation. Le quorum sensing permet aux populations de bactéries de communiquer et de coordonner le comportement de groupe et est couramment utilisé par les pathogènes (organismes pathogènes) dans les processus de maladie et d’infection. L’activité bactérienne impliquant le quorum sensing a été observée pour la première fois au milieu des années 1960 par le microbiologiste d’origine hongroise Alexander Tomasz dans ses études sur la capacité du Pneumococcus (connu plus tard sous le nom de Streptococcus pneumoniae) à prendre de l’ADN libre dans son environnement.
A.W. Rakosy/Encyclopædia Britannica, Inc.
Les voies standard de détection du quorum se composent de populations de bactéries, de molécules de signal et de gènes comportementaux. Les molécules de signal, appelées autoinducteurs, sont sécrétées dans l’environnement par les bactéries et leur concentration augmente progressivement au fur et à mesure que la population bactérienne croît. Après avoir atteint un certain seuil de concentration, les molécules deviennent détectables par les populations de bactéries, qui activent alors les gènes de réponse correspondants qui régulent divers comportements, tels que la virulence, le transfert horizontal de gènes, la formation de biofilms et la compétence (la capacité à absorber de l’ADN). Étant donné que nombre de ces processus ne sont efficaces qu’à certaines tailles de population, la détection du quorum est un mécanisme clé de coordination des comportements chez de nombreux microbes.
Bien que la détection du quorum soit commune aux bactéries, le système de détection précis et la classe de composés de détection du quorum utilisés peuvent différer. En outre, la manière dont les différents types de bactéries appliquent le quorum sensing varie considérablement. Par exemple, la bactérie Pseudomonas aeruginosa, qui peut provoquer des pneumonies et des infections sanguines, utilise la détection du quorum pour réguler les mécanismes de la maladie. En restant relativement inoffensive jusqu’à ce que la taille de la population soit suffisante, la bactérie est capable de submerger les défenses de l’hôte par l’activation de gènes régulant la formation de biofilms et la virulence. Chez d’autres organismes, le quorum sensing est utilisé pour les processus symbiotiques et la croissance cellulaire ; un exemple est le mécanisme de fixation de l’azote de la bactérie Rhizobium leguminosarum.
Les capacités de communication offertes par le quorum sensing sont très utiles pour les bactéries car elles permettent aux populations de bactéries d’acquérir des traits que l’on retrouve chez les plantes, les animaux et d’autres organismes de niveau supérieur. Ces capacités, notamment la communication de groupe et la synchronisation des comportements, permettent aux populations de bactéries de se développer plus rapidement, d’avoir accès à davantage de ressources et de s’assurer de meilleures chances de survie. Les agents pathogènes dotés de voies de détection du quorum peuvent également infecter plus efficacement les organismes hôtes, ce qui entraîne des maladies plus mortelles. Par conséquent, pour aider à tuer ou à prévenir l’infection par des microbes qui utilisent des stratégies de détection du quorum, il faut identifier de nouvelles façons de compléter les défenses de l’hôte.
À l’échelle macroscopique, des mécanismes similaires à la détection du quorum peuvent être observés chez des organismes tels que les fourmis et les abeilles. Les stratégies de détection du quorum peuvent également être appliquées à la robotique et à l’informatique dans les capteurs, les réseaux auto-organisés et les essaims de robots. Ces technologies peuvent être utilisées pour diverses applications, notamment la coordination des nanorobots médicaux dans les traitements et l’organisation des robots humanoïdes pour la fabrication et d’autres processus.