Molecular basis of quorum sensing signal-response systems in bacteria

Bacteria use quorum sensing (QS) to conduct gene expression programmes connected with collective behaviors. QS indicates on the capacity of bacteria to monitor their population density and regulate gene expression. QS activates from tens to hundreds of genes that underlie different biological processes. The QS-regulated processes organize horizontal gene transfer, the formation of biofilms, multicellular behaviors, microbe–host and microbe–microbe relations. The QS signaling requires the production, release, detection, exchange and perception of bacterial compounds, known as autoinducers or QS signals. Recently, new autoinducers have been discovered in bacteria and it has been shown how these molecules are recognized by the respective receptors. Autoinducers belong to three major classes: acyl-homoserine lactones (AHLs) used by Gram-negative bacteria, specific oligopeptides used by Gram-positive bacteria and universal autoinducers. The aim of this paper is to provide an overview of molecular basis of the QS phenomenon, characterization of intra- and interspecies QS signaling molecules and biological processes regulated by these molecules.

Bakterie używają quorum sensing (QS) do przeprowadzania programów ekspresji genów związanych z zachowaniami grupowymi. QS oznacza zdolność bakterii do monitorowania gęstości swojej populacji i regulacji ekspresji genów. QS aktywuje od dziesiątek do setek genów, które są związane z różnymi procesami biologicznymi. Procesy regulowane przez QS są związane z horyzontalnym przepływem genów, tworzeniem biofilmów, zachowań wielokomórkowych, oraz relacji bakteria–żywiciel i bakteria–bakteria. Sygnalizacja QS wymaga wytwarzania, uwalniania, wykrywania, wymiany i percepcji komponentów nazywanych autoinduktorami lub sygnałami QS. Ostatnio u bakterii zostały odkryte nowe autoinduktory oraz wykazano jak te cząsteczki są rozpoznawane przez odpowiednie receptory. Autoinduktory należą do trzech głównych klas: do acylowanych laktonów homoseryny (AHLs) używanych przez bakterie Gram-ujemne, specyficznych oligopeptydów używanych przez bakterie Gram dodatnie i do autoinduktorów uniwersalnych. Celem artykułu jest przegląd bazy molekularnej zjawiska QS, w tym wewnątrz i międzygatunkowych cząsteczek sygnałowych QS oraz procesów biologicznych regulowanych przez te cząsteczki