Кворум-сенсинг в многоклеточных образованиях

Способность бактерий образовывать биоплёнки интересна ввиду того, что представители патогенных для человека и животных возбудителей проявляют устойчивость к действию антимикробных веществ при их росте в биоплёнках. Биоплёнки - высокоупорядоченные бактериальные сообщества, которые позволяют бактериям жить в прикреплённом состоянии. Биоплёнки могут состоять из одного или нескольких видов бактерий. Их пронизывает сеть водных каналов, обеспечивающих доставку питательных веществ членам сообщества и удаляющих продукты метаболизма. В одной биоплёнке можно наблюдать различные образцы генной экспрессии, что говорит о том, что индивидуальные члены сообщества имеют «специфические обязанности», которые, комбинируясь с другими, усиливают жизнеспособность всего консорциума.

Биоплёнки формируются в лёгких патогенным микроорганизмом P.aeruginosa. Толщина такой биоплёнки составляет несколько сотен микрометров. Микроколонии в зрелой биоплёнке расположены во внеклеточном полисахаридном матриксе. Внутри биоплёнки обнаруживается неоднородность: в ней существует кислородный градиент - уменьшение концентрации кислорода от периферии вглубь. Предполагается, что сходные градиенты будут обнаружены для рН и питательных веществ. Эти градиенты обеспечивают физиологическую вариабельность среди индивидуальных клеток биоплёнки: так, в глубине клетки растут гораздо медленнее, чем на периферии. Бактерия в такой зрелой биоплёнке фенотипически устойчива к бактерицидным агентам. Таким образом, биоплёнки вызывают различные типы хронических бактериальных инфекций. Формирование биоплёнки у P.aeruginosa находится под контролем реакций кворум-сенсинга. Мутации гена lasI нарушает созревание биоплёнки, так как белок LasI не синтезирует 3-oкco-C12-HSL, и после стадии микроколонии формирование микропленки не продолжается. Роль C4-HSL в процессах формирования остаётся неизвестной. Биоплёнки, образуемые мутантами по LasI-белку, восприимчивы к детергентам, в то время как нормальные биоплёнки устойчивы. Это дает повод думать, что терапия, нацеленная на нарушение регуляции механизма кворум-сенсинга у P.aeruginosa, может привести к остановке формирования биоплёнки, что повысит чувствительность этой бактерии к антимикробным агентам.

Формирование биоплёнки у патогенной бактерии Burkholderia cepacia также определяется «чувством кворума». При росте в биоплёнках данный микроорганизм подобно P.aeruginosa обнаруживает значительную устойчивость к антимикробным агентам.