Quorum-sensing

Définition

Certaines bactéries disposent d’un mécanisme de communication basé sur des signaux chimiques appelé quorum-sensing. (ou détection de quorum en français) On peut comparer ces signaux chimiques à des « mots » que s’échangent les bactéries. Le vocabulaire utilisé pour le quorum-sensing se limite à un seul mot. Cette méthode de communication ne permet pas de longs monologues, des débats enflammés ou des déclarations d’amour mais juste d’indiquer sa présence à d’autres bactéries.

Communication entre bactéries : quorum-sensing

La communication par quorum-sensing peut être comparée à un recensement auquel participent les bactéries. Elles indiquent leur présence pour estimer la taille de la population. Une fois que la population a atteint un certain seuil, les bactéries changent de comportement pour entreprendre des actions qui sont peu avantageuses en faible nombre. Par exemple pour une bactérie pathogène qui se trouve seule, il est peu rentable de produire une toxine pour infecter un humain. Par contre, une fois que la population de cette bactérie sera suffisamment grande, l’infection aura plus de probabilité de réussite. La production de la toxine sera alors plus avantageuse.

Le *quorum-sensing* permet aux bactéries de changer de comportement une fois que la population a atteint un certain seuil. La production de molécule de communication est proportionnelle à la population bactérienne. Plus il y a de bactéries et plus la production est importante.

Mécanisme moléculaire du quorum-sensing

Le mécanisme moléculaire de quorum-sensing peut être divisé en trois étapes : la production d’une molécule de communication, sa détection par une autre bactérie et enfin un changement de comportement.

Une fois que la molécule de communication a été produite, elle est libérée dans l’environnement autour de la bactérie. À ce moment d’autres bactéries peuvent détecter cette molécule. Lorsque la concentration de la molécule de communication (et donc la population bactérienne) a atteint un certain seuil, elle va être détectée via un récepteur cellulaire. Cette reconnaissance peut être comparée à une « clé » qui ouvre une « serrure ». Une fois lié avec la molécule le récepteur va avoir un effet régulateur au niveau de l’ADN pour changer le comportement de la bactérie. Plusieurs mécanismes cellulaires peuvent ainsi être régulés par le quorum-sensing :

virulence des bactéries pathogènes
formation de biofilms (communauté de micro-organismes fixés à une surface)
production de métabolites secondaires (métabolites non essentiel à la croissance)
production de flagelles et mobilités
échange d’ADN entre bactéries (transfert conjugatif)

Un système complexe dans l’environnement

Le quorum-sensing repose sur un ensemble de molécules de communications. Elles ont toutes le même rôle de « recensement » mais sont produites et détectées par des espèces bactériennes différentes.

Exemples de molécules de *quorum-sensing* de la famille homosérine lactone. À partir d’une structure chimique de base commune, il existe plusieurs molécules reconnues ou non par des bactéries. (inspirée de la figure 2 de Liu *et al*., 2018)

Le quorum-sensing peut servir pour synchroniser le comportement de bactéries de la même espèce. Mais d’autres cas de figures sont possibles dans des écosystèmes avec de nombreux micro-organismes différents. Certaines bactéries vont communiquer entre elles en produisant un type (ou plusieurs) de molécule(s) de quorum-sensing. D’autres bactéries vont détecter des molécules de quorum-sensing et se synchroniser avec leur voisines mais sans produire elles-mêmes de molécules.

La communication par quorum-sensing peut se faire entre des bactéries de la même espèces ou d’espèces différentes. Dans des écosystèmes complexes, plusieurs cas peuvent avoir lieu en même temps.

Quorum quenching : bloquer le quorum sensing

Le quorum quenching correspond à l’ensemble des mécanismes capables d’inhiber le quorum sensing. Par exemple en dégradant les molécules de communications impliquées dans le quorum sensing ou en bloquant les récepteurs à ces mêmes molécules. Ces mécanismes sont mis en place par certains organismes, comme des plantes par exemple, pour limiter le quorum sensing et les comportements associés comme la virulence ou la formation de biofilms.

Certaines bactéries peuvent produire des enzymes capables de dégrader leur propres molécules de quorum-sensing. Ce mécanisme permet un recyclage des molécules de communications.

Références bibliographiques

Grandclément, C., Tannières, M., Moréra, S., Dessaux, Y., & Faure, D. (2015). Quorum quenching: Role in nature and applied developments. FEMS Microbiology Reviews, 40(1), 86–116. doi:10.1093/femsre/fuv038 (lien)

Liu, J., Fu, K., Wu, C., Qin, K., Li, F., & Zhou, L. (2018). “In-Group” Communication in marine Vibrio: A Review of N-acyl homoserine lactones-driven quorum sensing. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 8. doi:10.3389/fcimb.2018.00139 (lien)

Mukherjee, S., & Bassler, B. L. (2019). Bacterial quorum sensing in complex and dynamically changing environments. Nature Reviews Microbiology. doi:10.1038/s41579-019-0186-5 (lien)