Enfin, le troisième type de bioluminescence, est celle qui implique la symbiose entre un organisme pluricellulaire et des bactéries bioluminescentes. Les bactéries produisant la lumière appartiennent principalement à la famille des Vibrio et des Photobacterium. Elles peuvent entrer en symbiose avec différentes espèces de poissons, céphalopodes, ou de crustacés. Elles peuvent être contenues dans des photophores situés à divers endroits tels que la nageoire caudale, le tour de l’œil, ou dans un appendice, comme celui de la sympathique baudroie des abysses. Pour les crustacés et les céphalopodes, il s'agit le plus souvent de bactéries faisant partie de la flore intestinale de ceux-ci, ou dans divers organes, ils nous apparaissent alors translucides, comme certaines espèces de crevettes abyssales. Chacun dans cette relation trouve son compte : une protection contre les prédateurs est offerte aux bactéries, et en contrepartie, l’espèce hôte peut user de cette faculté de bioluminescence à sa guise.

Mais comment ?

Exemple : la seiche naine de Hawaï (Euprymna Scolopes)

Cette espèce de céphalopode vit en harmonie avec des bactéries, les Vibrio Fischeri. Elles auraient un contrôle sur le rythme circadien de leur hôte, choisissant le moment de l'activation d'un gène codant une protéine entrant en compte dans la régulation de ce rythme. Ces bactéries ne sont pas luminescentes quand elles sont réparties sur une grande surface dans l'eau de mer, celle-ci ne sera induite que lorsque les bactéries se trouvent dans l'organe lumineux de la seiche, situé sous son ventre. Alors, l'intensité lumineuse de celui-ci sera déterminée par la quantité de lumière visible depuis la surface. La lumière émise par cet organe est de couleur vert bleuté (environ 500 nm). La lumière produite imite celle de la surface, le seiche efface ainsi son ombre, et ses prédateurs potentiels qui nagent en dessous d'elle sont ainsi incapables de la repérer. Cette cohabitation permet à la fois aux bactéries de se nourrir des composés nutritifs ingérés par la seiche et d'être protégées, tandis que la seiche elle profite du camouflage offert par celles-ci.

La seiche expulse 95 % des bactéries chaque matin quand elle est sur le point d’aller dormir dans les fonds marins. Ce faisant, la seiche assure à sa progéniture un accès à de nouvelles bactéries et elle s’arrête d’émettre de la lumière lorsqu’elle dort. Les bactéries restantes se repeuplent tous les jours. Ce procédé utilise un type de communication de cellule à cellule appelée détection du quorum ou quorum sensing. Il est induit lorsque les bactéries individuelles libèrent des auto-inducteurs chimiques pour avertir les autres de leur présence, et lorsque le niveau d’auto-inducteurs atteint une certaine densité les bactéries activent le gène codant la luciférase. C'est pourquoi les bactéries n’émettent pas de lumière à l’extérieur de l’organe du calamar, car dans l’océan les auto-inducteurs ne s’accumulent jamais à une densité assez élevée pour stimuler le gène.

Schéma expliquant le processus du quorum sensing

Dans un espace confiné, la multiplication de la population bactérienne entraîne une augmentation de la concentration d'auto-inducteurs (chez la Vibrio Fischeri, c'est l'acylhomoserine lactose, que l'on peut abréger en AHL, produite par une enzyme appelée Luxl), qui est perçue par les bactéries une fois qu'elle a atteint un certain seuil critique, on dit alors que le quorum est atteint. L'AHL se fixe alors sur une protéine, appelée LuxR, qui est une sorte de capteur. La détection stimule alors le gène codant la luciférase pour enclencher le phénomène recherché, à savoir la luminescence, mais aussi celui codant l'enzyme Luxl, qui à son tour produit de l'AHL. On a donc un système d'auto-amplification, ou de rétroaction positive!

Schéma de la réaction enzymatique à l'origine du quorum sensing

Plus généralement, le quorum sensing chez les bactéries ou même encore chez les archées est une sorte de système de communication et synchronisation de la colonie, il sert à organiser le comportement de celle-ci comme un groupe et non pas comme un individu seul. Il coordonne les actions de la colonie, comme l'ordre d'attaquer un système immunitaire par exemple. La colonie agit alors comme un sorte de super organisme.