Détection du quorum - Définition

Introduction

La « détection du quorum » (quorum sensing ou QS pour les anglophones), est le nom donné à des mécanisme régulateurs qui contrôlent l'expression coordonnée de certains gènes bactériens au sein d'une même population bactérienne.

Histoire de la découverte de la détection du quorum

Elle a été observée pour la première fois chez Vibrio fisheri, une bactérie bioluminescente, symbiotique vivant dans l'organe lumineux de certains céphalopodes comme la sépiole ; quand les vibrions sont sous forme planctonique (à l'état libre), la concentration d'auto-inducteurs est faible, et les cellules ne sont pas luminescentes. Au contraire, dans l'organe lumineux de la sépiole, où les vibrions sont très nombreux (environ 10¹¹ cellules par mL), l'auto-inducteur stimule la transcription du gène de la luciférase, qui produit une enzyme (luciférase) capable de produire de la lumière à partir d'ATP.

Mécanisme de la détection du quorum

Les bactéries qui utilisent la détection du quorum produisent des signaux moléculaires dits « 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 : ont dit alors que le quorum est atteint.
• Cette perception active alors 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 certaines séquences d'ADN, spécifiques des gènes régulés par détection du quorum et active ou réprime leur expression.

Sans que l'on puisse véritablement parler de superorganisme, la population peut alors localement réagir un peu comme une colonie cohérente, plus que comme une simple somme d'individus

Les auto-inducteurs fonctionnent un peu comme des hormones ; ils sont perçus par les bactéries 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.

Principes Généraux

La détection du quorum se réfère au mécanisme de synchronisation de l'expression (ou de la répression) de gènes particuliers, au sein d'une population bactérienne et en fonction de la densité de cette population (mesurée en nombre de cellules par unité de volume).

Elle implique la capacité de bactéries à communiquer avec leurs congénères via des signaux moléculaires, et éventuellement (pour certaines espèces (archées) à disposer d'une horloge biologique endogène (Rythme circadien bactérien).

Le Quorum sensing renseigne chaque bactérie sur la densité de population d'individus, de sa propre espèce ou d'autres espèces, permettant alors des comportements éventuellement symbiotiques ou multi-espèces.

Exemples de fonctions régulées par détection du quorum

Les fonctions régulées par détection du quorum sont très diverses chez les bactéries. Elles incluent :

• la virulence, le pouvoir pathogène (ex : chez Erwinia carotovora) ;
• le transfert conjugatif de plasmides (ex : chez Agrobacterium ou chez différents rhizobiums) ;
• la production d'antibiotiques ou d'antifongiques (ex : chez Chromobacterium violaceum ; Pseudomonas aureofaciens et P. fluorescens) ;
• l'apparition de la compétence, c'est à dire la capacité d'une cellule à absorber une molécule d'ADN libre dans son environnement (ex : chez Bacillus) ;
• la mise en place de flagelles (ex : chez Burkholderia).

Cette liste n'est pas du tout exhaustive.