Caractérisation du mode de vie biofilm chez la levure d’altération Brettanomyces bruxellensis

Characterization of the biofilm mode of life in the spoilage yeast Brettanomyces bruxellensis

• Auteur / Autrice : Manon Lebleux
• Direction : Sandrine Rousseaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 18/03/2022
• 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 : Florian Bauer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Warren Albertin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Coton, Fabienne Remize

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terroir (viticulture)

Levure (agent de fermentation)

Biofilms

Mots clés libres

Brettanomyces bruxellensis

Adhésion

Biofilm

Diversité intraspécifique

Morphologie

Invasion

Brettanomyces bruxellensis

Adhesion

Biofilm

Intraspecific diversity

Morphology

Invasion

Résumé

La gestion des contaminations par la levure d’altération Brettanomyces bruxellensis est un véritable défi pour la filière viti-vinicole. Le mode de vie biofilm, connu pour accroitre la résistance des micro-organismes et permettre leur persistance dans l’environnement, est une stratégie pouvant être adoptée par B. bruxellensis.Dans ce projet de thèse, des observations microscopiques ont permis de mettre en évidence la présence de matrice autour des cellules, un élément essentiel de la définition d’un biofilm. L’étude a également révélé que différents morphotypes sont impliqués dans la structure du biofilm, en particulier des filaments formant un véritable réseau. Des chlamydospore-like jusque-là jamais décrites chez l’espèce B. bruxellensis, ont été observées au sein du biofilm mais également dans des cultures planctoniques. La production de tels éléments pourrait être une stratégie de la levure pour mieux persister dans les environnements stressants. Des différences notables dans la quantité de cellules adhérées ont été observées en fonction de la nature des supports et des milieux utilisés, démontrant l’impact de l’environnement sur la formation de biofilm chez B. bruxellensis. En particulier, l’absence de glucose semble diminuer la capacité d’adhésion de plusieurs souches de B. bruxellensis.De plus, l’invasion de gélose chez B. bruxellensis nouvellement décrite au cours de ce travail se caractérise par le développement de structures multicellulaires diverses à l’intérieur du milieu gélosé, composées notamment de filaments. L’analyse optimisée à travers un pipeline d’acquisition et de traitement d’images révèle que la présence de glucose et d’oxygène favorise l’invasion de gélose. B. bruxellensis semble également capable de former des structures biofilm-like telles que des biofilms air-liquide et des colonies complexes.Enfin, les capacités d’adhésion, de formation de biofilm et d’invasion semblent souche dépendantes, étayant les connaissances à propos de l’importante diversité intraspécifique chez B. bruxellensis. Deux méthodologies rapides et fiables ont été adaptées afin de discriminer des souches au sein de groupes génétiques précédemment définis : un protocole de RAPD-PCR et un outil de deep learning. Ce dernier se base sur la diversité de morphologie cellulaire pour prédire le groupe génétique d’un isolat avec une précision de 96,6%. Cette approche nouvelle ouvre la voie pour la mise en place de méthodes de routine simples et accessibles aux acteurs de la filière viti-vinicole pour la prévention des risques de contamination par B. bruxellensis.

The management of contamination by the spoilage yeast Brettanomyces bruxellensis is a real challenge for the wine industry. The biofilm mode of life, known to increase the resistance of micro-organisms and to allow their persistence in the environment, is a strategy that can be adopted by B. bruxellensis.In this thesis project, microscopic observations revealed the presence of matrix around the cells, an essential element in the definition of a biofilm. The study also revealed that different morphotypes are involved in the structure of the biofilm, in particular filaments forming a network. Chlamydospore-like elements, never described before in B. bruxellensis, were observed within the biofilm but also in planktonic cultures. The production of such elements could be a strategy of the yeast to better persist in stressful environments. Significant differences in the amount of adhered cells were observed depending on the nature of the supports and media used, demonstrating the impact of the environment on biofilm formation in B. bruxellensis. In particular, the absence of glucose seems to decrease the adhesion capacity of several B. bruxellensis strains.In addition, agar invasion in B. bruxellensis newly described in this work is characterised by the development of diverse multicellular structures within the agar medium, composed notably of filaments. Optimised analysis through an image acquisition and processing pipeline revealed that the presence of glucose and oxygen favours agar invasion. B. bruxellensis also appears to be able to form biofilm-like structures such as air-liquid biofilms and complex colonies.Finally, the adhesion, biofilm formation and invasion abilities appear to be strain dependent, supporting the knowledge about the high intraspecific diversity in B. bruxellensis. Two rapid and reliable methodologies were adapted to discriminate strains within previously defined genetic groups: a RAPD-PCR protocol and a deep learning tool. The latter is based on the diversity of cell morphology to predict the genetic group of an isolate with an accuracy of 96.6%. This new approach opens the way for the implementation of simple routine methods accessible to the wine industry for the prevention of B. bruxellensis contamination risks.