Métabolisme carboné chez Streptococcus thermophilus : régulation et diversité au sein de l'espèce

Carbohydrate metabolism in Streptococcus thermophilus : regulation and diversity within the species

• Auteur / Autrice : Cécile Gasser
• Direction : Françoise Rul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Danone
• Jury : Président / Présidente : Catherine Béal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Guédon, Muriel Cocaign-Bousquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Éric Guédon, Muriel Cocaign-Bousquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme -- Régulation

Métabolisme

Génomique comparative

Biologie moléculaire

Consommation

Sucre

Fermentation lactique

Mots clés libres

Bactérie lactique

Consommation des sucres

Fusions transcriptionnelles

Génomique comparative

Métabolisme carboné

Répression catabolique

Lactic acid bacteria

Sugar consumption

Transcriptional fusions

Comparative genomic

Carbohydrate metabolism

Carbon catabolite repression

Résumé

Streptococcus thermophilus est un ferment lactique d'intérêt majeur dans la production de yaourt, car il présente des d'intérêts technologiques très recherchés, tels que l'acidification rapide, la production de molécules aromatiques et texturantes (EPS). Par son évolution dans sa niche écologique étroite, le lait, cette bactérie possède une très bonne capacité d'utilisation du lactose. Néanmoins, l'utilisation d'autres sucres n'a encore été que très peu étudiée. Dans ce projet de thèse, en collaboration avec Danone Nutricia Research, nous avons évalué le potentiel d'utilisation des sucres d'une sélection de 39 souches de S. thermophilus issues de collections industrielle et publique. Grâce à la comparaison des génomes et au suivi de croissance et d'acidification pour l'ensemble des souches, nous avons montré que S. thermophilus utilise un nombre limité de sucres pour sa croissance (entre 2 et 4 selon les souches), qui sont le lactose, le saccharose, le glucose, le galactose et le fructose. Alors qu'elles présentent peu de variabilité génétique (séquence nucléotidique et organisation des gènes), les souches étudiées diffèrent par leur capacité d'utilisation des sucres. Nous avons également montré que le lactose et le saccharose étaient co-consommés quand ils étaient en mélange et que le transporteur ScrA était non seulement le transporteur de saccharose mais aussi de glucose. Le suivi de l'activité des gènes du métabolisme carboné (MC) par la méthode des fusions transcriptionnelles dans la souche LMD-9 a montré que le lactose et le glucose exerçaient un effet (auto)répresseur sur l'ensemble des gènes du MC. L'étude de l'expression de ces gènes dans une autre souche de S. thermophilus a révélé que cette régulation était susceptible de varier selon les souches, ce qui pourrait expliquer les différences d'utilisation des sucres. La connaissance de cette vision globale du MC permettra de contribuer aux choix des souches et des matrices alimentaires pour le développement de nouveaux produits fermentés qui ne contiennent pas exclusivement du lactose comme source de carbone.

The lactic acid bacterium Streptococcus thermophilus plays a major role in yoghurt production because it possesses useful technical characteristics, such as the ability to rapidly acidify substrates and generate exopolysaccharides (EPS), which add aroma and texture. Having evolved in milk, a narrow ecological niche, this bacterium makes efficient use of lactose. However, little is known about its ability to utilise other sugars. The research described in this dissertation evaluated the broader sugar metabolism patterns of 39 S. thermophilus strains represented in industrial and public collections. This work was carried out in collaboration with Danone Nutricia Research. Exploiting genomic, growth, and acidification data, it was discovered that S. thermophilus uses a small number of sugars (2-4, depending on the strain). They are lactose, sucrose, glucose, galactose, and fructose. While the strains displayed little genetic variability (i.e., mainly in nucleotide sequences and gene organisation), they nonetheless differed their abilities to utilise specific sugars. Furthermore, we found that lactose and sucrose were jointly consumed when supplied in mixed media and that the ScrA transporter can vehicle both sucrose and glucose. In the LMD-9 strain, the expression of carbon metabolism (CM) genes was monitored via a transcriptional fusion approach. It was found that lactose and glucose had an (auto)repressive effect. In another S. thermophilus strain, the degree of gene repression differed. This result suggests that regulatory variation exists among strains, which could explain differences in sugar utilisation. Exploring CM from a broader perspective will help identify strains and food matrices that can be used to develop new fermented products whose sole carbon source is not lactose.