Evolution adaptative et acidotolérance de la bactérie d’intérêt œnologique Oenococcus oeni

Adaptive evolution and acid tolerance of the wine bacterium Oenococcus oeni

• Auteur / Autrice : Camille Eicher
• Direction : Cosette Grandvalet, Cristina Reguant-Miranda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 11/04/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Université Rovira i Virgili
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : L'Institut Agro Dijon (2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Fabienne Remize
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaëlle Tourdot-Maréchal, Nicolas Rozès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giuseppe Spano, Sergi Ferrer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycle de Krebs

Microorganismes

Fermentation

Fermentation malolactique

Mots clés libres

Oenocococcus oeni

Stress acide

Evolution expérimentale

Métabolisme du citrate

Oenococcus oeni

Acid stress

Experimental evolution

Citrate metabolism

Résumé

Oenococcus oeni est la principale bactérie lactique responsable de la fermentation malolactique en vin. Cette deuxième étape de fermentation permet la diminution de l’acidité totale, d’apporter rondeur, souplesse et stabilité microbiologique aux vins concernés. Les conditions physico-chimiques du vin affectent le développement des microorganismes par la combinaison de plusieurs facteurs de stress qui peuvent sérieusement compromettre le bon déroulement de la fermentation malolactique. Une attention particulière a été portée sur le stress acide, l’objectif étant de mettre en évidence des mécanismes impliqués dans la réponse au stress de O. oeni. Pour cela, deux évolutions expérimentales ont été mises en œuvre afin d’adapter les bactéries à un bas pH et ainsi améliorer leur acido-tolérance. Ce procédé a conduit à l’apparition de mutations qui ont été identifiées par séquençage du génome des populations évoluées obtenues.La première expérience réalisée sur la souche ATCC BAA-1163 a permis de mettre en évidence la fixation de mutations au sein du locus citrate affectant toutes les populations évoluées. De ce fait, le métabolisme du citrate chez O. oeni a fait l’objet d’une étude approfondie au cours de cette thèse. Les résultats ont permis de démontrer qu’une modulation de la vitesse de consommation de citrate pouvait renforcer l’acido-tolérance de O. oeni. En parallèle, les mécanismes impliqués dans la régulation du locus citrate chez cette bactérie ont été étudiés et ont révélé le rôle du régulateur transcriptionnel CitR et l’implication d’un ARN messager antisens. L’étude du métabolisme carboné de souches d’origines différentes a également montré une grande diversité entre ces dernières, qui pourrait être corrélée à leurs écosystèmes et qui conforte le lien entre la consommation de citrate et l’acido-tolérance des souches. Pour finir, une seconde évolution expérimentale réalisée sur la souche commerciale IOEB_S450 a mis en évidence l’apparition de mutations dans différents gènes incluant le locus malate, ce qui ouvre la voie vers de nouvelles perspectives de recherche.

Oenococcus oeni is the wine bacterium responsible for malolactic fermentation in wine. This second fermentation step reduces total acidity, bringing roundness, softness and microbiological stability to the wine. Nevertheless, wine represents a harsh environment for the development of microorganisms, combining several stress factors that can seriously compromise malolactic fermentation. Particular attention was paid to acid stress, with the aim of identifying unknown mechanisms involved in the response of O. oeni to this stress. Therefore, two experimental evolutions were conducted on two different strains of this bacterium to adapt cells to low pH in order to improve their acid tolerance. It resulted in the appearance of mutations that were identified by whole genome sequencing of the evolved populations obtained.The first experiment conducted on ATCC BAA-1163 revealed the fixation of mutations in the citrate locus of all evolved populations. Therefore, citrate metabolism in O. oeni was extensively studied during this PhD. The results highlighted that a modulation of citrate consumption rate can improve acid tolerance of O. oeni. In addition, the mechanisms involved in the regulation of citrate locus expression in this bacterium were explored, revealing the function of the transcriptional regulator CitR and the involvement of an antisense RNA. A study of the global carbon metabolism of strains from different origins also showed a great diversity between them, which could be correlated to their ecosystems and comforted the link between citrate consumption and acid tolerance. Finally, the second adaptive evolution carried out on the commercial strain IOEB_S450 revealed the acquisition of mutations in different genes including the malate locus and opens the way to new research opportunities.