Rôle de l’activité inhibitrice des propionibactéries dans la structuration des populations microbiennes

The inhibitory activity of propionibacteria and its influence on structuring of microbial populations

• Auteur / Autrice : Janina Ferrand
• Direction : Anne-Marie Junelles, Frédéric Borges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biotechnologique et alimentaire
• Date : Soutenance le 05/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des biomolécules (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Foligné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Marie Junelles, Frédéric Borges, Séverine Zirah, Gwenaël Jan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoît Foligné, Florence Mathieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Streptococcus pyogenes

Bactériocines

Antibiose

Propionibacterium acnes

Effets de l'environnement

Propionibacterium

Mots clés libres

Propionibactéries

Cutibacterium acnes

Habitat

Antagonisme

Bactériocines

Streptococcus pyogenes

Propionibacteria

Cutibacterium acnes

Habitat

Antagonism

Bacteriocins

Streptococcus pyogenes

Résumé

En prenant comme modèle d’étude les espèces de propionibactéries laitières (Propionibacterium spp., Acidipropionibacterium spp.) et cutanées (Cutibacterium spp.), proches phylogénétiquement mais présentes dans des habitats très différents, nous avons étudié l’influence du type d’habitat sur la fréquence et la spécificité des comportements de type compétitif, par deux approches complémentaires, phénotypique et génomique. La fréquence des interactions de compétition, l’intensité et le spectre des activités inhibitrices des propionibactéries était significativement différente selon le type d’habitat et était directement liée au genre bactérien considéré : 25 % des souches de Cutibacterium et 22,5 % des souches d’Acidipropionibacterium sp. inhibaient au moins une souche cible, alors que les souches de Propionibacterium sp. ne présentaient aucune activité inhibitrice. L’activité inhibitrice était non spécifique pour les souches de C. acnes et spécifique pour les souches d’Acidipropionibacterium sp. En accord avec les données phénotypiques, aucun cluster de gènes de métabolites spécialisés n’a été détecté dans les 34 génomes de Propionibacterium freudenreichii, alors qu’ils étaitent présents dans la majorité de souches de Cutibacterium sp. et dans quelques souches d’Acidipropionibacterium sp. L’exemple de P. freudenreichii suggère que les habitats très sélectifs, avec un stress abiotique important tel que celui des fromages à pâte pressée cuite, privilégient les espèces très résistantes mais non antagonistes, puisque le nombre de concurrents potentiels dans ces conditions est très limité. Acidipropionibacterium sp. et a fortiori Cutibacterium sp., sont caractéristiques d’habitats mois sélectifs, avec une grande diversité bactérienne, et présentent une forte proportion de souches à activité inhibitrice. Au sein des génomes de Cutibacterium sp., une grande diversité de clusters codant des composés antimicrobiens (NRPS, bactériocines) est détectée, ce qui donne un avantage compétitif face à un panel de concurrents diversifié. Lors du criblage phénotypique, une activité inhibitrice importante d’une souche laitière d’Acidipropionibacterium vis-à-vis d’une souche de Streptococcus pyogenes a été détectée. La substance antibactérienne détectée dans le surnageant de culture d’A. jensenii CIRM-BIA 1785 présente une masse moléculaire apparente de moins de 3,5 kDa. Elle est résistante à la protéolyse, à la température et aux variations de pH. Plusieurs clusters de gènes d’antimicrobiens, dont un lasso peptide qui pourrait être responsable de l’activité anti-streptococcique, sont présents dans le génome d’A. jensenii CIRM-BIA 1785, Les propriétés de la substance pourraient être intéressantes pour son utilisation dans l’éradication de portage de S. pyogenes diminuant ainsi son réservoir et la probabilité d’infections récurrentes.

To study the influence of habitat on the frequency and the specificity of bacterial competition, we examined a model of phylogenetically close species of propionibacteria living in two very different habitats: dairy propionibacteria (Propionibacterium spp., Acidipropionibacterium spp.) and cutaneous propionibacteria (Cutibacterium spp.). The frequency of competition was studied by complementary, phenotypic and genotypic approaches. The frequency of antagonisms was significantly different depending on the type of habitat and was directly influenced by bacterial genus. Indeed, 25 % of Cutibacterium strains and 22.5 % of Acidipropionibacterium strains inhibited at least one target strain, whereas Propionibacterium sp. were completely devoid of inhibitory activity. In accordance with phenotypic findings, no antagonistic metabolite biosynthetic gene cluster were found in 34 genomes of Propionibacterium freudenreichii, whereas the majority of Cutibacterium sp. and some Acidipropionibacterium sp. genomes contained at least one antagonistic gene cluster. The exemple of P. freudenreichii suggests that very selective habitats, with a high number of abiotic stress, like swiss-type cheeses, favours very resistant but not antagonistic species, as the number of potential concurrents is very limited in these conditions. On the contrary, Acidipropionibacterium sp. and a fortiori Cutibacterium sp. are characteristic of less selective habitats, with high bacterial diversity, and they present a high proportion of antagonistic strains. Cutibacterium sp. genomes contain a high diversity of antimicrobial components gene clusters (NRPS, bacteriocins) which may give them a competitive advantage to face a diversified panel of concurrents. During phenotypic screenging, we detected an important inhibitory activity of one strain of dairy Acidipropionibacterium against a pathogenic strain of Streptococcus pyogenes. The antibacterial substance detected in Acidipropionibacterium jensenii CIRM-BIA 1785 culture supernatant had an apparent molecular weight of less than 3.5 kDa. It was resistant to proteolysis, to temperature and to pH variations. In the genome of A. jensenii CIRM-BIA 1785, we detected several clusters of antimicrobial metabolite genes, including a lasso peptide which could potentially be responsible for anti-streptococcal activity. The characteristics of the substance make it a good candidate for therapeutic use in eradication of S. pyogenes carriage with the aim of reducing its reservoir and the probability of recurrent infections.