Crust des spores de Bacillus subtilis : voies de biosynthèse et influence des conditions de sporulation sur sa structure et les propriétés de surface des spores

Crust of Bacillus subtilis spores : biosynthetis pathways and influence of sporulation conditions on its structure and surface properties of spores

• Auteur / Autrice : Audrey Hamiot
• Direction : Christine Faille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Soutenance le 05/07/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Processus aux Interfaces et Hygiène des Matériaux (PIHM)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Bénézech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Broussolle, Graziella Midelet, Thomas Dubois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadia Oulahal, Louis Coroller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contamination de surfaces

Bactéries -- Adhésivité

Bactéries sporulantes

Spores

Bacillus subtilis

Mots clés libres

Acide legionaminique

Couche muqueuse des spores

Bacillus subtilis

Spores

Crust

Legionaminic acid

Surface/adhesion

Sporulation conditions

Résumé

Les bactéries du groupe Bacillus subtilis sont des bactéries sporulantes responsables de contamination récurrentes au sein des industries agro-alimentaires. La capacité des spores de B. subtilis à résister à des conditions environnementales extrêmes et à adhérer aux surfaces explique la persistance de ces bactéries au sein des chaines de transformation. Chez B. subtilis, la couche la plus externe des spores est le crust. Le crust est composé de protéines et de glycanes et il confère aux spores leur propriétés de surface et d'adhésion. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux gènes impliqués dans la biosynthèse des glycanes du crust. Nous avons mis en évidence que les gènes spsM et spsCDEFG codent les enzymes formant la voie de biosynthèse de l'acide legionaminique (Leg), un acide nonulosonique nécessaire à l'assemblage du crust. En absence de Leg, les spores sont plus hydrophobes, plus adhérentes et moins chargées à leur surface. Nous avons également montré que les gènes cgeB et cgeD, qui codent des glycosyltransférases putatives, sont nécessaires à la formation du crust. Les mutants de ces gènes produisent des spores qui sont plus hydrophobes et plus adhérentes et leur crust contient moins de rhamnose et d'acide legionaminique. Le second objectif de cette thèse a été d'étudier l'impact des conditions de sporulations sur les propriétés de surface et d'adhésion des spores. Nous avons montré qu'une carence en cation divalents (Ca2+ ou Mg2+), une disponibilité en oxygène réduite, la présence d'agents oxydants ou un environnement acide lors de la sporulation entrainent la production de spores plus hydrophobes et adhérentes. Nous avons démontré que ces modifications des propriétés de surface sont généralement associées à des modifications de la structure et/ou de la composition du crust. Le crust des spores produites dans un milieu de sporulation carencé en Ca2+ ou Mg2+ ou dans des conditions d'oxygénation réduite contiennent des quantités plus faibles de rhamnose et d'acide légionaminique. Nous avons également montré qu'une plus faible disponibilité en oxygène ou l'ajout de peroxyde d'hydrogène pendant la sporulation diminue la quantité de deux protéines du crust (CgeA et CotY) et que les changements observés dans ces conditions pourraient être dus à la répression de la transcription des gènes impliqués dans la synthèse du crust en phase stationnaire tardive. Le fait que les conditions de sporulation affectent la facilité avec laquelle les spores contaminent les surfaces pourrait expliquer la récurrence de la contamination des chaînes de transformation alimentaire par les spores de B. subtilis.

Bacillus subtilis are spore-forming bacteria responsible for recurrent contamination in the food industry. The ability of B. subtilis spores to resist extreme environmental conditions and to adhere to surfaces explains the persistence of these bacteria in processing plants. In B. subtilis the outermost layer of the spores is the crust. The crust is composed of proteins and glycans and gives the spores their surface and adhesion properties. In this study we investigated the genes involved in the crust glycans biosynthesis. We have shown that the spsM and spsCDEFG genes encode the enzymes forming the biosynthesis pathway of legionaminic acid (Leg), a nonulosonic acid required for crust assembly. In absence of Leg, spores are more hydrophobic, more adherent and less charged on their surface. We also demonstrated that the genes cgeB and cgeD encode putative glycosyltransferases required for crust biosynthesis. Mutants of these genes produce spores that are more hydrophobic and adherent and their crust contains less rhamnose and legionaminic acid. The second objective of this study was to investigate the effect of sporulation conditions on the surface and adhesion properties of spores. We have shown that a depletion in divalent cation, a lower oxygen availability, the presence of oxidizing agents or an acidic environment during sporulation lead to the production of more adherent and hydrophobic spores. We have shown that these changes in surface properties are generally associated with changes in crust structure and/or composition. The crust of spores produced in a Ca2+ or Mg2+ deficient sporulation medium or under reduced oxygenation conditions contain lower amounts of rhamnose and legionaminic acid. We also showed that lower oxygen availability or the addition of hydrogen peroxide during sporulation decreases the amount of two crust proteins (CgeA and CotY) and that the changes observed under these conditions could be due to the repression of transcription of genes involved in late stationary phase crust synthesis. The fact that sporulation conditions affect the ease with which spores contaminate surfaces could explain the recurrence of contamination of food processing chains by B. subtilis spores.