Sygnalizacja bakteryjna może zachodzić w obrębie bakterii (wewnątrzkomórkowo) lub między bakteriami (międzykomórkowo). Czasami grupa bakterii zachowuje się jak społeczność. Aby to osiągnąć, angażują się w quorum sensing, czyli postrzeganie większej gęstości komórek, która powoduje zmiany w ekspresji genów. Quorum sensing obejmuje zarówno sygnalizację zewnątrzkomórkową, jak i wewnątrzkomórkową. Kaskada sygnalizacyjna zaczyna się od cząsteczki zwanej autoinduktorem (AI). Poszczególne bakterie wytwarzają sztuczną inteligencję, która przemieszcza się z błony komórkowej bakterii do przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Sztuczna inteligencja może przemieszczać się pasywnie wzdłuż gradientu stężeń na zewnątrz komórki lub być aktywnie transportowana przez błonę bakteryjną.

Stężenie zewnątrzkomórkowe AI daje sygnały bakteriom

Gdy gęstość komórek w populacjach bakterii jest niska, AIs dyfundują z dala od bakterii, utrzymując stężenie SI w środowisku na niskim poziomie. Gdy bakterie rozmnażają się i nadal wydzielają sztuczną inteligencję, stężenie sztucznej inteligencji wzrasta, ostatecznie osiągając stężenie progowe. Próg ten pozwala sztucznej inteligencji wiązać receptory błonowe na bakteriach, wywołując zmiany w ekspresji genów w całej społeczności bakteryjnej. Przykłady fenotypów indukowanych przez quorum sensing obejmują bioluminescencję, ruchliwość, tworzenie biofilmów i ekspresję czynników wirulencji.

Sygnalizacja u bakterii, która wytwarza światło

Bakterie bioluminescencyjne, takie jak Photorhabdus luminescens, wytwarzają światło w wyniku złożonego procesu sygnalizacji. Bakterie te wykorzystują quorum sensing, który pozwala im koordynować produkcję bioluminescencji. Na przykład P. luminescens wytwarza autoinduktor 2 (AI-2) jako sygnał quorum sensing i jako sygnał wewnątrzkomórkowy. Bakterie uwalniają AI-2 do środowiska. Kiedy AI-2 osiąga poziomy progowe poza komórkami bakteryjnymi, AI-2 wiąże się z transporterem kasety wiążącej ATP (ABC) na błonie bakteryjnej i jest ponownie internalizowany przez transporter ABC. Następnie kinaza wewnątrzkomórkowa, LsrK, fosforyluje samą AI-2. Po aktywacji w ten sposób AI-2 może działać jako czynnik transkrypcyjny, aktywując geny kodujące enzym lucyferazy. Lucyferazy wytwarza światło po katalizowaniu określonych reakcji. W rezultacie bioluminescencję obserwuje się tylko wtedy, gdy populacja P. luminescens osiąga gęstość krytyczną.

Sygnalizacja kworum i infekcje bakteryjne wszczepionych urządzeń medycznych

Rozprzestrzenianie się bakterii po powierzchni implantów medycznych odbywa się poprzez sygnalizację kworum i może powodować zagrażające życiu infekcje. Obecnie prowadzonych jest wiele badań nad powstrzymywaniem tworzenia się biofilmów bakteryjnych w warunkach medycznych. Wiele z tych badań koncentruje się na opracowywaniu nowych materiałów, które hamują rozwój bakterii.