Interactome entre micro-organismes au cours la fermentation alcoolique des vins

Micro-organisms interactome during wine alcoholic fermentation

• Auteur / Autrice : Fanny Bordet
• Direction : Hervé Alexandre, Chloé Roullier-Gall
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 20/04/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie François
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tiziana Nardi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Camarasa, Jean-Christophe Barbe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Vinification

Levure (agent de fermentation)

Vin

Métabolomique

Mots clés libres

Métabolomique

Vin

Interactions

S. cerevisiae

Levure

Analyse sensorielle

Métabolomic

Wine

Interactions

S. cerevisiae

Yeast

Sensory analysis

Résumé

L'étude des interactions mises en jeu entre micro-organismes est d'intérêt majeur en œnologie pour diverses applications dont la modulation du profil aromatique des vins. Dans cette démarche, les interactions entre levures Saccharomyces et non-Saccharomyces sont largement décrites dans la littérature. Au contraire, les interactions au cours de la fermentation alcoolique entre souches de Saccharomyces cerevisiae, reconnue pour ses propriétés technologiques en œnologie, sont peu étudiées.Dans le cadre de ces travaux, douze souches de S. cerevisiae et leur impact sur le vin ont été caractérisés en culture pure selon une démarche intégrative qui combine des approches microbiologique, chimique, métabolomique et sensorielle. Une importante diversité intraspécifique a été mise en évidence conduisant à des vins de compositions chimiques spécifiques, aux profils sensoriels distincts. Quatre de ces douze souches ont été sélectionnées pour leurs différences d'empreintes métabolomique et sensorielle en vue de l'étude des interactions intervenant entre souches de S. cerevisiae. Afin de discriminer des souches d'une même espèce en cytométrie en flux, outil de choix pour suivre en temps réel une cinétique de croissance, un gène codant pour une protéine fluorescente a été intégré par CRISPR-Cas9 au sein du génome de l'une des quatre souches sélectionnées. Même si aucun impact phénotypique n'a été observé l'intégration de ce gène a eu un effet notable à l'échelle du métabolome et principalement du peptidome. 102 biomarqueurs spécifiques de la souche modifiée ou dont l'intensité a été significativement modulée ont été extraits. La souche modifiée a été intégrée au sein de co-cultures avec chacune des trois autres souches de S. cerevisiae sélectionnées. Ces trois co-cultures ne présentent pas de différence de dynamique de populations. En revanche, leur association pour mener la fermentation alcoolique conduit à des vins de compositions chimiques différentes de ceux issus des cultures pures associées. Par ailleurs, les vins issus des co-cultures se sont remarquablement distingués (métabolomique et sensoriel) des assemblages de vins des cultures pures correspondants. Au regard du volatilome, les familles des esters, des acides gras et des phénols ont été affectées par la co-culture.La spectrométrie de masse à haute résolution a permis de révéler des centaines de biomarqueurs spécifiques des cocultures. Les voies métaboliques impliquées dans ces changements de composition du vin ont été mises en évidence et la plupart appartiennent au métabolisme de l'azote incluant les voies du métabolisme des acides aminés, dont celui du tryptophane ou encore de la phénylalanine. Ainsi, des phénomènes d'interactions non neutres ont été mis en évidence. Il est à noter que les mécanismes diffèrent selon les souches en présence. Il est nécessaire de prendre en compte ces phénomènes lors de l'association de deux souches dont les impacts ne peuvent être définis uniquement selon les dynamiques de populations. La compréhension de ces phénomènes permettra d'optimiser le recours à l'utilisation de levains mixtes de S. cerevisiae en œnologie.

The study of interactions between microorganisms is of major interest in oenology for various applications, including the modulation of the aromatic profile of wines. The interactions between Saccharomyces and non-Saccharomyces yeasts are widely described in the literature. On the contrary, interactions during alcoholic fermentation between S. cerevisiae strains, known for their technological properties in oenology, have been little studied.In this work, twelve strains of S. cerevisiae and their impact on wine were characterized in pure cultures using an integrative approach that combines microbiological, chemical, metabolomic and sensory approaches. An important intraspecific diversity was highlighted, leading to wines with specific chemical compositions and distinct sensory profiles. Four of these twelve strains were selected for their different metabolomic and sensory fingerprints in order to study the interactions between S. cerevisiae strains. To discriminate between strains of the same species using flow cytometry, tool of choice for real-time monitoring of growth kinetics, a gene coding for a fluorescent protein was integrated by CRISPR-Cas9 into the genome of one of these four selected strains. Although no phenotypic impact was observed, the integration of this gene had a significant effect on the metabolome and mainly the peptidome. 102 biomarkers specific to the modified strain or whose intensity was significantly modulated were revealed. The modified strain was integrated into co-cultures with each of the other three selected S. cerevisiae strains. These three co-cultures did not differ in population dynamics. On the other hand, their association to conduct alcoholic fermentation leads to wines with different chemical compositions than those from the associated pure cultures. Moreover, the wines from the co-cultures were remarkably different (metabolomically and sensorially) from the wine blends issued of the pure cultures. Esters, fatty acids and phenol families were affected by coculture regarding volatile compounds. High resolution mass spectrometry allowed to revealed thousands of coculture biomarkers. Metabolic pathways involved in these wine composition changes were highlighted and most belong to nitrogen metabolism including the pathways of amino acid metabolism, such as tryptophan and phenylalanine. Thus, non-neutral interaction phenomena were highlighted. It should be noted that interaction mechanisms differ according to the strains involved. It is necessary to take into account these phenomena when associating two strains whose impacts cannot be defined only according to the population dynamics. Understanding these phenomena will allow to optimize the use of mixed S. cerevisiae starter cultures in oenology.