Studii recente au explorat modul de acțiune al proteobioticelor și beneficiile potențiale ale acestora în menținerea raportului de bacterii benefice, reducerea dezechilibrului bacterian și îmbunătățirea funcției intestinale, cu toate acestea, niciuna dintre afirmațiile bazate pe cercetare nu a fost evaluată de Food and Drug Administration, SUA.

Dincolo de alte molecule produse de bacteriile probiotice, cum ar fi acizii organici și bacteriocinele, proteobioticele sunt metaboliți naturali care interferează cu quorum sensing, comunicările de la celulă la celulă care au loc între celulele bacteriene, în principal prin interferarea cu sistemul de quorum sensing LuxS. Aceste sisteme de quorum-sensing permit bacteriilor să răspundă la schimbările din mediul lor și joacă un rol în capacitatea agenților patogeni de a se sustrage mecanismelor de apărare ale gazdei. Prin interferența cu quorum sensing, proteobioticele inhibă cascada de evenimente care duc la aderarea la celulele gazdă și la invazia acestora. Acest lucru se realizează prin exprimarea redusă a unor gene de virulență specifice (care se găsesc de obicei în insulele de patogenitate) care facilitează procesul de infectare. În mod specific, proteobioticele inhibă genele de virulență implicate în producerea de toxine, formarea biofilmului, aderența celulară și invazia. La E. coli enterohemoragică și Salmonella spp, genele asociate cu sistemele de secreție de tip 3 par a fi principalele ținte.

Durata în care proteobioticele pot reduce expresia genelor de virulență depinde de agentul patogen și de sursa proteobioticelor. Proteobioticele derivate din Lactobacillus acidophilus reduc reglarea genelor de virulență la Escherichia coli enterohemoragică, Clostridium difficile, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes și Campylobacter jejuni. În timp ce s-a demonstrat că cele produse de Bifidobacterium spp. au un impact asupra expresiei genelor de virulență la Campylobacter jejuni, Escherichia coli enterohemoragică, Clostridium difficile, Clostridium perfringens și Salmonella Typhimurium.