Diversité des bactériophages infectant la bactérie lactique Oenococcus oeni, responsable de la fermentation malolactique des vins

Diversity of bacteriophages infecting Oenococcus oeni, the lactic acid bacteria responsible for the wine malolactic fermentation

• Auteur / Autrice : Fety Jaomanjaka
• Direction : Claire Le Marrec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oenologie
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-II (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche oenologie
• Jury : Président / Présidente : Gilles de Revel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Schneider
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mireille Ansaldi, Catherine Fontagné-Faucher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oenococcus

Lactobacillales

Fermentation malolactique

Lysogénie

Mots clés libres

Bactéries lactiques

Oenococcus oeni

Bactériophages

Lysogénie

Fermentation

Vin

Lactic acid bacteria

Oenococcus oeni

Bacteriophages

Lysogeny

Fermentation

Wine

Résumé

Les bactériophages sont de puissants prédateurs bactériens. Leur développement est généralement redouté dans les industries agro-alimentaires mettant en oeuvre des fermentations, car les phages sont responsables d’accidents de fabrication affectant la qualité finale du produit. Leur impact lors de la vinification est moins bien défini. Le procédé comporte une étape de fermentation malolactique (FML), qui est assurée par la bactérie lactique Oenococcus oeni. La maîtrise de la FML est un moyen efficace pour protéger la qualité et la typicité des vins, vecteurs de commercialisation. Jusqu’à présent, cette étape fondamentale du processus de vinification n’est pas toujours maîtrisée. L’explication majeure réside dans l’insuffisance de la biomasse bactérienne endogène, liée aux conditions physico-chimiques difficiles du milieu. Des solutions visant à conduire rapidement la FML sont disponibles, comme l’inoculation de souches commerciales de O. oeni. Ces stratégies n’offrent toutefois pas une totale garantie de succès, et des retards ou non déclenchements de FML sont toujours observés. Ces situations inexpliquées amènent à s’interroger sur l’impact d’autres paramètres sur la fermentescibilité malolactique. L’objectif de cette thèse était d’évaluer la présence et la diversité des bactériophages antagonistes de la bactérie lactique O. oeni présents dans l’écosystème. La diversité des prophages présents dans le pangénome de O. oeni a été explorée. La lysogénie est fréquente dans l’espèce. Quatre groupes de prophages ont été identifiés sur la base de la séquence de l’intégrase, et du site de recombinaison site-spécifique utilisé. La pertinence de la classification établie a été vérifiée sur un panel de 40 phages isolés de moûts et de vins. Nos travaux suggèrent que la lysogénie est un moyen pour O. oeni de résister aux stress et aux phages, grâce à la présence de mécanismes de résistance sur les génomes prophagiques. La stabilité de la lysogénie lors de l’inoculation de souches lysogènes dans le vin et la possible libération de dérivés lytiques sont deux paramètres à prendre en compte lors des FML spontanées, et lors de l’inoculation de levains malolactiques. Ils sont susceptibles de moduler quantitativement et qualitativement la population.

Bacteriophages are responsible for the predation of bacteria. They pose an ever-present threat to the food industries because they invade and destroy the starter and affect production. Their destructive potential is currently difficult to establish during spontaneous production of wine. Malolactic fermentation (MLF) represents a main stage in the winemaking process, and is essentially driven by the lactic acid bacterium (LAB) Oenococcus oeni. A rapid and efficient FML is essential to optimize wine quality and typicity, as sales rely on top-quality products. Up to now, this essential step is not controlled, and this results from the limited growth of MLF bacteria in wine, due to stressing conditions. Inoculation of commercial bacterial starter cultures is a strategy to improve MLF control, and will allow a rapid and complete fermentation. However, despite these evolutions, sluggish or complete failures of MLF are still reported by wine farmers, either during spontaneous or directed fermentations. Such cases suggest that additional factors need to be identified. The outline of this thesis was to demonstrate the occurrence of phages infecting O. oeni in the ecosystem and provide essential information regarding phage diversity. We analyzed prophage diversity through comparative genomics and demonstrated that lysogeny is widespread. Four prophage groups were identified according to the integrase gene sequence and attachment site used for site specific recombination. The relevance of the classification scheme was verified through the analysis of a panel of 40 phages isolated from wine and must. We suggest that lysogeny helps O. oeni to cope with stress and phage attack, through the presence of specific anti-phage mechanisms harbored by the prophages. The stability of lysogens during inoculation in wine, and the possible release of lytic particules have to be considered during spontaneous or directed MLF. They are expected to shape the population.