Caractérisation technologique et sanitaire d'espèces bactériennes du fromage abondantes mal cultivable et nouvellement caractérisées par métagénomique

par Caroline Kothe

Projet de thèse en Microbiologie

Sous la direction de Pierre Renault.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....) , en partenariat avec MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine (laboratoire) , UMR Micalis - Pôle Ecosystèmes- Equipe Bac Bactéries alimentaires et commensales (equipe de recherche) et de AgroParisTech (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les fromages sont parmi les aliments les plus anciens transformés et consommés par les êtres humains. La richesse organoléptique et la diversité de ce produit s'expliquent par la communauté microbienne complexe et spécifique existante, qui varie selon le type de fromage considéré. Au cours des dernières années, des études sur la biodiversité de plusieurs variétés de fromage, combinant des approches génétiques et phénotypiques, ont décrit en partie la complexité des communautés microbiennes de ce produit. Jusqu'à présent, peu d'attention a été accordée à la caractérisation de ce microbiote alimentaire; comme il est sélectionné, survit et colonise le lait et le fromage. Le développement de la métagénomique, basé sur l'utilisation de nouvelles technologies de séquençage haut débit, offre la possibilité de révéler et de caractériser plus précisément la richesse extraordinaire des communautés microbiennes qui colonisent les fromages. Parallèlement aux espèces ajoutées comme ferments ou comme flore d'affinage, d'autres espèces appartenant aux genres Corynebacterium, Brevibacter, Arthrobacter, ont été déjà caractérisées et sont connues pour avoir rôle technologique. Cependant, d'autres espèces comme ceux appartenant aux genres Halomonas, Pseudoalteromonas et Psychrobacter ne sont pas très étudiées. Les espèces de ces groupes sont principalement halophiles et psychrophiles, expliquant la difficulté de leur caractérisation par des méthodes microbiologiques classiques. Ils proviennent probablement de la saumure ou d'autres procédés de production de fromage; cependant, d'autres études devraient être faites pour mieux comprendre leur écologie. Compte tenu de la grande abondance de ces trois genres bactériens dans la croûte de certains fromages, d'autres investigations sont nécessaires pour déterminer leur potentiel fonctionnel dans chaque écosystème laitier. En outre, l'industrie alimentaire est à la recherche d'outils permettant une caractérisation approfondie et fiable des communautés microbiennes dans les aliments et ainsi un meilleur contrôle des processus de production. Ainsi, l'objectif de ce projet est l'isolement et la caractérisation de souches bactériennes non cultivables (ou rarement cultivées) associées au fromage. Pour cela, sera réalisé en premier l'isolement des bactéries des genres Halomonas, Pseudoalteromonas et Psychrobacter de fromages européens et brésiliens de bonne qualité. Par la suite, des méthodes de séquençage haut débit seront utilisées pour la caractérisation génomique, métagénomique et metatranscriptomique de souches d'intérêt isolées. Nous allons utiliser le séquençage avec la plate-forme Illumina HiSeq, qui est actuellement proposée comme le plus approprié en termes de fiabilité et de rendement. L'analyse bioinformatique sera réalisée sur la plate-forme INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) moyennant l'interface Galaxy. Elle comprend l'assemblage des génomes, leurs annotations, la génomique comparative, la métagénomique et l'exploration de données de métatranscriptomique. Pour les nouvelles souches isolées pendant ce travail, une caractérisation physiologique et biochimique sera effectuée. Enfin, les interactions qui peuvent se produire pendant la maturation du fromage seront explorées afin de mieux comprendre le potentiel fonctionnel des bactéries isolées afin d'évaluer leur intérêt technologique et leur potentiel d'utilisation comme ferments. Puisqu'il y a une augmentation de l'importation et de la commercialisation des fromages, il est extrêmement important de maîtriser les connaissances sur leurs communautés microbiennes. Les technologies novatrices, telles que celles développées au cours de cette thèse, permettront d'améliorer les méthodes de contrôle alimentaire des produits locaux et / ou importés.

  • Titre traduit

    Technological and sanitary characterization of cheese bacterial species poorly cultivable and newly characterized by metagenomics


  • Résumé

    Cheeses are among the oldest foods processed and consumed by humans. The organoleptic richness and the diversity of cheeses is largely the result of the development of complex and specific microbial communities, which might be specific according of the cheese type considered. Over the past few years, biodiversity studies of several varieties of cheese, combining both genetic and phenotypic approaches, have partially described the complexity of cheese microbial communities. Until now, little attention has been paid to the characterization of this environmental microbiota and how it is selected, survives and colonizes milk and cheese. The development of metagenomic approaches based on the use of new high-throughput sequencing technologies, offers opportunity to reveal and characterize more extensively the extraordinary richness of microbial communities colonizing cheeses. Alongside species added as starters or as ripening, other species have been characterized and are known to play a technological role, such as those belonging to genres Corynebacterium, Brevibacter, Arthrobacter. However, other genres such as Halomonas, Pseudoalteromonas and Psychrobacter are not much studied. The species of these groups are mostly halophilic and more or less psychrophilic, explaining the difficulty of their characterization by classical microbiological methods. Their origin is likely brine or elements of the production process, but further study remains to be done to better understand their ecology. Based on the high abundance of these three bacterial genres in cheese, further investigations are needed to precise their exact functional potential in dairy ecosystems. In addition, the food industry is looking for powerful tools that enable the in-depth, reliable characterization of food microbial communities and thus provides better control of production processes. Thereby, the objective in this project is the isolation and characterization of uncultured (or rarely cultured) cheese associated bacterial strains. For this, representatives of the genres Halomonas, Pseudoalteromonas and Psychrobacter will be isolated of good quality European and Brazilian cheeses. After, next generation sequencing methods will be used for genomic characterization of the interesting strains isolated in this work and for metagenomic and metatranscriptomic analysis. We will use the paired-end sequencing with Illumina HiSeq, which is currently proposed as the most suitable in terms of reliability and throughput. Bioinformatics analysis will be performed on INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) platform with a Galaxy interface. It includes genome assembly, genome annotation, comparative genomic studies, metagenomics, and metatranscriptome data exploitation. For the new strains isolated during this work, a physiological and biochemical characterization will be performed. Finally, the interactions that could occur during cheese ripening between these bacteria and other species involved in cheese development will be explored in order to evaluate their technological interest and potential status for use as starter culture. Since there is an increase in the importation and marketing of cheeses, it is extremely important to have knowledge about their microbial communities. Innovative technologies, such as those developed during this PhD, will allow improving food control methods in order to improve cheese distributed.