Estudios recientes han explorado el modo de acción de los proteobióticos y sus beneficios potenciales en el mantenimiento de la proporción de bacterias beneficiosas, la disminución del desequilibrio bacteriano y la mejora de la función intestinal, sin embargo, ninguna de las afirmaciones basadas en la investigación ha sido evaluada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos.

A diferencia de otras moléculas producidas por las bacterias probióticas, como los ácidos orgánicos y las bacteriocinas, los proteobióticos son metabolitos naturales que interfieren con la detección de quórum, las comunicaciones de célula a célula que se producen entre las células bacterianas, principalmente al interferir con el sistema de detección de quórum LuxS. Estos sistemas de detección de quórum permiten a las bacterias responder a los cambios en su entorno y desempeñan un papel en la capacidad de los patógenos para evadir los mecanismos de defensa del huésped. Al interferir en la detección del quórum, los proteobióticos inhiben la cascada de acontecimientos que conducen a la adhesión y la invasión de las células del huésped. Esto se consigue mediante la reducción de la expresión de genes de virulencia específicos (que suelen encontrarse en las islas de patogenicidad) que facilitan el proceso de infección. En concreto, los proteobióticos inhiben los genes de virulencia implicados en la producción de toxinas, la formación de biopelículas, la adhesión celular y la invasión. En E. coli enterohemorrágica y Salmonella spp., los genes asociados a los sistemas de secreción de tipo 3 parecen ser los principales objetivos.

El grado en que los proteobióticos pueden reducir la expresión de los genes de virulencia depende del patógeno y de la fuente de los proteobióticos. Los proteobióticos derivados del Lactobacillus acidophilus regulan a la baja los genes de virulencia en Escherichia coli enterohemorrágica, Clostridium difficile, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes y Campylobacter jejuni. Mientras que los producidos por Bifidobacterium spp. han demostrado tener un impacto en la expresión de genes de virulencia en Campylobacter jejuni, Escherichia coli enterohemorrágica, Clostridium difficile, Clostridium perfringens y Salmonella Typhimurium.