Zjawisko Quorum Sensing (w polskiej literaturze znane też m.in. jako „wyczuwanie liczebności”) występuje wśród drobnoustrojów i polega przede wszystkim na chemicznej komunikacji mikroorganizmów między sobą oraz między różnymi ich populacjami. Pozwala ono na koordynację konsorcjum tworzącego tzw. biofilm (trójwymiarowej populacji bakterii zawartych w macierzy zewnątrzkomórkowych polimerów), powstanie infekcji wewnątrz organizmu, a także szybką odpowiedź całej grupy komórek na zmiany w otoczeniu. Podobne możliwości komunikacji w świecie makrobiologicznym wykazują owady żyjące w społecznościach.

Pierwsza publikacja opisująca QS została wydana przez K.H. Nelsona w „Journal of Bacteriology” w 1970 roku i dotyczyła zjawiska fluorescencji u bakterii Vibrio fischeri i Vibrio harveyi. Wykazywały ją one wyłącznie wewnątrz organizmów morskich (m.in. kałamarnicy Eupryma scopoles ), nigdy zaś jako organizmy wolnożyjące w wodach morskich. Podczas hodowli in vitro tych bakterii okazały się one emitować światło przy dużym zagęszczeniu komórek. Szybko zarejestrowano obecność sygnałów chemicznych (autoinduktorów), których stężenie zależało od liczebności danych populacji. Można stąd było wywnioskować, że populacja w ten sposób informuje wszystkie składające się na nią organizmy o konieczności ograniczenia namnażania. Od tego czasu wykazano obecność zjawiska Quorum Sensing podczas procesów bioremediacji, syntez biotechnologicznych czy nawet psucia się żywności. Wykazano jego zachodzenie między bakteriami a tkankami roślinnymi i zwierzęcymi, zaś od 2008 regularnie pojawiają się badania (prowadzone m.in. pod kierunkiem S. Raina) wskazujące na istnienie podobnego systemu komunikacji u grzybów strzępkowych i drożdżowych.

Występują różnice wykorzystywanych w ramach wyczuwania quorum substancjach chemicznych. Zależą one przede wszystkim od różnic w budowie struktur ścian komórkowych bakterii je wytwarzających. W przypadku komórek gramdodatnich powszechnie wykorzystywane jako autoinduktory są cząsteczki peptydowe, powstające przez trawienie prekursorów białkowych i aktywnie transportowane poza komórkę, które następnie uruchamiają kaskadę reakcji fosforylacji i defosforylacji aż do ostatecznego akceptora.U komórek gramujemnych (wszystkich z ponad 25, u których wykryto Quorum Sensing) zaś cząsteczką sygnałową są laktony N-acylohomoserynowe (skrót angielski AHL).

W zastosowaniu praktycznym największe zainteresowanie budzi powiązanie znaczenie zjawiska quorum sensing w procesach wirulencji przez patogenne mikroorganizmy oraz w proceasch biokorozji. W przypadku tego pierwszego chemiczna komunikacja między bakteriami głównie ma wpływ na wydzielanie substancji mających negatywny wpływ na organizm gospodarza. Co do biokorozji, jest ona w silnej korelacji z istnieniem biofilmu, którego procesy powstawania, syntezy i utrzymania struktury są kontrolowane prawie w całości przez substancje wynikające z istnienia zjawiska QS.

Czy możliwe będzie tzw. quorum quenching, czyli m.in. blokowanie systemów wyczuwania quorum u bakterii ? Moja rozmówczyni, profesor dr hab. Zdzisława Libudzisz z Politechniki Łódzkiej, potwierdza, że jest to możliwe, jednak w przypadku na przykład biokorozji mało prawdopodobne w związku z symbiotycznym charakterem oddziaływań mikroorganizmów w biofilmie. Można by było analizować konsorcjum pod kątem poszukiwania mniej agresywnych korozyjnie gatunków, które namnożone, niejako zajęłyby miejsce gatunków bardziej agresywnych, ale zaburzenia w strukturze i proporcjach składników biofilmu doprowadziłoby nawet do niewytworzenia się matrycy, na której miałby on powstać. W takiej sytuacji bardziej opłacalnymi metodami pozostaną materiały blokujące powstawanie pierwotnej matrycy biofilmu i wywoływanie warunków głodowych. Co do innych procesów związanych z QS, przypominała ona, że zjawisko to jest już wykorzystywane przy leczeniu pacjentów probiotykami, gdzie „dobre” drobnoustroje zajmują w układzie pokarmowym miejsce, gdzie mogłyby się osadzić mikroorganizmy o negatywnym wpływie na zdrowie.

Martyna Łogin

Źródła :

M. Matejczyk, M. Suchowierska „Charakterystyka zjawiska Quorum sensing i jego znaczenie w aspekcie formowania i funkcjonowania biofilmu w inżynierii środowiska, budownictwie, medycynie oraz gospodarstwie domowym ” strona www.biswbis.pb.edu.pl, stan na 6.11.2012

C.M.Waters, B.L.Bassler „Quorum Sensing: Cell-to-Cell Communication in Bacteria”, www.cellbio.annualreviews.org, stan na 6.11.2012

K.Czaczyk, K.Myszka „Charakterystyka zjawiska quorum sensing i jego znaczenie w procesach mikrobiologicznych” „Ochrona przed Korozją” 9s/A/2012