Amélioration de la production hétérologue de la bactériocine pédiocine chez Lactococcus lactis

Improving the heterologous production of the bacteriocin pediocin in Lactococcus lactis

• Auteur / Autrice : Alexandre Back
• Direction : Catherine Cailliez-Grimal, Frédéric Borges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés biotechnologiques et alimentaires
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des biomolécules (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Djamel Drider
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Djamel Drider, Alain Dufour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines recombinées

Lactocoques

Synthèse protéique

Bactériocines

Mots clés libres

Génie microbien

Production hétérologue

Lactococcus lactis

Pédiocine PA-1

Bactériocine

Thiol-Disulfide oxydoréductase

Microbial engineering

Heterologous expression

Lactococcus lactis

Pediocin PA-1

Bacteriocin

Thiol-Disulfide oxidoreductase

Résumé

Un des enjeux en génie microbien est de produire des quantités élevées de protéines. Parmi les hôtes disponibles pour la production hétérologue de protéines, Lactococcus lactis est une bactérie à fort potentiel. Son innocuité et son caractère gram positif en fait un hôte de choix pour la production de protéines d'intérêt. Parmi ces protéines figurent des bactériocines, qui sont des proteines antibactériennes pouvant être utilisées à des fins de sécurité sanitaires des aliments voire comme antibiotique. Ces travaux ont pour ambition d'améliorer la production hétérologue de la bactériocine pédiocine chez L. lactis au niveau quantitatif et qualitatif en ciblant respectivement les étapes de sécrétion et de maturation post-traductionnelle. La sécrétion a été améliorée en insérant les pro-peptides SD ou LEISSTCDA entre le peptide signal de sécrétion et la séquence de la bactériocine. Il a été montré que cette insertions n’affectent pas l’activité antibactérienne. L’analyse in silico de l’opéron responsable de la production de pédiocine chez la bactérie productrice sauvage a révélé que le gène pedC code une protéine prédite comme thiol-disulfide oxydoréductase, suggérant un rôle de cette protéine dans le statut redox des cystéines de la pédiocine. La co-expression de PedC avec la pédiocine recombinante a permis d’augmenter son pouvoir antibactérien. Les résultats obtenus pendant cette thèse ont ainsi montré que la production de pédiocine par L. lactis peut être améliorée par fonctionnalisation de l’extrémité N-terminale sans effet significatif sur le potentiel antibactérien et que PedC joue un rôle majeur dans le potentiel antibactérien de la pédiocine

Lactococcus lactis is considered an efficient cell factory for recombinant protein production. It is able to produce and secrete class IIa bacteriocins such as pediocin PA-1 via the general secretion (Sec) pathway. However, the positive charges at the N-terminus of pediocin PA-1 might impair secretion via the Sec secretion pathway and the obtained recombinant pediocin has been described as less potent than the pediocin from the natural producer. The impact of two propeptides on the production yield and on the potency of recombinant pediocins was investigated. The nucleotide sequences encoding the propeptides SD or LEISSTCDA were inserted between the sequence encoding the signal peptide of Usp45 and the structural gene of the mature pediocin PA-1. Both propeptides improved secretion of the recombinant pediocins. Although no major impact on the antibacterial activity of recombinant pediocins was observed, all recombinant bacteriocins produced in L. lactis were less potent than wildtype pediocin. Co-expression of the putative thiol-disulfide oxidoreductase PedC, which is encoded by the pediocin PA-1 operon, with the recombinant pediocins allowed to significantly decrease the minimal inhibitory concentration of the produced bacteriocins. To our knowledge, this report shows for the first time that the propeptides SD or LEISSTCDA lead to an improved secretion of recombinant pediocins with apparently no effect on the antibacterial potency and that PedC plays a major role in the potency of pediocin