Ingénierie écologique descendante et ascendante pour la sélection de ferments multifonctionnels issus du terroir pour la transformation fromagère

Top-down and bottom-up ecological engineering for the selection of multifunctional ferments from the terroir for cheese production

• Auteur / Autrice : Chloé Gapp
• Direction : Frédéric Borges, Christophe Chassard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biotechnologique et alimentaire
• Date : Soutenance le 04/10/2024
• 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 : Nathalie Desmasures
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Borges, Christophe Chassard, Christèle Humblot, Pascal Bonnarme
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christèle Humblot, Pascal Bonnarme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits du terroir

Lactobacillales

Microorganismes d'intérêt industriel

Fermentation lactique

Écoconception

Fromage -- Industrie et commerce

Mots clés libres

Ferments multifonctionnels

Ingénierie écologique

Production fromagère

Terroir

Bactéries lactiques

Multifunctional ferments

Ecological engineering

Cheese production

Terroir

Lactic Acid Bacteria

Résumé

Les microorganismes ont des rôles technologiques essentiels en fabrication fromagère, notamment pour l'acidification du lait. Afin de maitriser au mieux la production, les fromagers utilisent des ferments sélectionnés. Cependant, ces ferments sont pour la plupart génériques car utilisés par un grand nombre de fromagers dans de nombreux pays et continents, et donc déconnectés du terroir. L'objectif de cette thèse était de concevoir des ferments autochtones multifonctionnels, provenant de la zone AOP Brie de Meaux, par ingénierie de communautés. Deux approches d'ingénierie ont été combinées dans ce projet : l'approche descendante basée sur l'application de pressions environnementales pour sélectionner des communautés adaptées, et l'approche ascendante qui elle consiste en l'assemblage de microorganismes isolés sur la base de la connaissance de leur écologie afin d'obtenir un microbiome présentant des fonctions désirées. Dans un premier temps, des laits crus de la zone AOP ont été récoltés et des fermentations séquentielles ont été effectuées. Ces fermentations séquentielles ont permis de sélectionner majoritairement des bactéries lactiques. L'étude de ces communautés a montré un lien fort entre l'évolution de la structure des communautés et la fonction d'acidification. Dans un deuxième temps, les laits crus et fermentés ont été utilisés pour construire une collection de microorganismes isolés constituée de 1167 bactéries. Des cribles d'acidification, de production de gaz, et d'inhibition du pathogène Listeria monocytogenes, ont été appliqués pour sélectionner les candidats présentant les fonctions d'intérêt. Puis des tests de compatibilité ainsi qu'une analyse de génomes ont permis d'exclure les bactéries posant des problèmes de compatibilité, celles portant des gènes résistances à des antibiotiques et/ou porteuses de prophages. Ces travaux ont montré qu'il était possible de mobiliser la diversité des microorganismes du lait cru pour concevoir des ferments autochtones en combinant des approches d'ingénierie descendante et ascendante. Cette double approche pourrait être utilisée à plus large échelle pour la sélection d'autres microorganismes et microbiomes d'intérêt.

Microorganisms play essential technological roles in cheese production, particularly in milk acidification. In order to achieve optimum control over production, cheesemakers use selected ferments. However, these ferments are mostly generic, as they are used by a large number of cheesemakers in many countries and continents, and are therefore disconnected from the terroir. The aim of this thesis was to design multifunctional autochtonous ferments from the Brie de Meaux PDO area, using community engineering. Two engineering approaches were combined in this project: the top-down approach based on the application of environmental pressures to select adapted communities, and the bottom-up approach which consists in assembling isolated microorganisms based on the knowledge of their ecology to obtain a microbiome with desired functions. First, raw milks from the PDO area were collected and serial fermentations were carried out. These serial fermentations allowed the selection of mainly lactic acid bacteria. The study of these communities showed a strong link between the evolution of community structure and the acidification function. Then, raw and fermented milks were used to build up a collection of isolated microorganisms consisting of 1167 bacteria. Screenings for acidification, gas production and inhibition of the pathogen Listeria monocytogenes were applied to select candidates with the functions of interest. Compatibility tests and genome analysis were then used to exclude bacteria with compatibility issues, those carrying antibiotic-resistant genes and/or prophages. This work has shown that it is possible to mobilize the diversity of raw milk microorganisms to design autochtonous ferments by combining top-down and bottom-up engineering approaches. This dual approach could be used on a larger scale to select other microorganisms and microbiomes of interest.