Antagonisme de lactococcus garvieae vis-à-vis de Staphylococcus aureus : étude physiologique et transcriptomique des mécanismes

Lactococcus garvieae antagonism against Staphylococcus aureus : physiological and transcriptomic studies of the mechanisms

• Auteur / Autrice : Pierre Delpech
• Direction : Marie-Christine Montel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nutrition et Sciences des aliments
• Date : Soutenance le 10/11/2015
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de la recherche agronomique (France). Unité de recherches fromagères (Aurillac (Auvergne))
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Delort
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Le Loir, Céline Delbès, Stéphanie Bornes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Line Daveran, Monique Zagorec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes pathogènes

Lactocoques

Staphylocoque doré

Mots clés libres

Staphylococcus aureus

Lactococcus garvieae

Antagonisme

Peroxyde d’hydrogène

RNA sequencing

Staphylococcus aureus

Lactococcus garvieae

Antagonism

Hydrogen peroxide

RNA sequencing

Résumé

Parmi les stratégies visant à contrôler la croissance de microorganismes pathogènes dans un aliment, la biopréservation qui s’appuie sur l’utilisation des capacités inhibitrices d’autres microorganismes offre une grande diversité d’opportunités. Il est cependant nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques régissant l’antagonisme du microorganisme protecteur vis-à-vis de la bactérie indésirable. L’objectif de cette thèse était de caractériser l’antagonisme de L. garvieae N201, isolé de fromage, vis-à-vis de souches de S. aureus par des approches in vitro : génomique, transcriptomique (ciblée concernant S. aureus, globale concernant L. garvieae) et phénotypique. Un acteur avait déjà été identifié : le peroxyde d’hydrogène (H2O2) produit par L. garvieae sous un niveau d’aération élevé. Lors de ces travaux de thèse, il a été montré que le peroxyde d’hydrogène serait également produit par L. garvieae sous une faible aération en quantité faible (indétectable par spectrophotométrie) mais suffisante pour induire une inhibition de S. aureus. Les gènes de production du H2O2 de L. garvieae (poxB, sodA) seraient exprimés constitutivement quel que soit le niveau d’aération. Les gènes de dégradation du H2O2 (katA, sodA, ahpC / ahpF) seraient plutôt surexprimés sous une faible aération, suggérant leur rôle dans un mode de contrôle de la concentration en H2O2 autogène par L. garvieae. En parallèle, trois autres mécanismes potentiellement impliqués dans l’antagonisme ont été mis en évidence : i) la répression de gènes de réponse au stress (clpC, ctsR, dnaK) de S. aureus par L. garvieae et l’aération, ii) la répression de gènes de division cellulaire de S. aureus (mraZ, mraW, potentiellement le cluster dcw) par L. garvieae, iii) la production d’un effecteur extracellulaire par L. garvieae dont la nature reste à caractériser. Ajouté à cela, la présence de L. garvieae modulerait l’expression des principaux gènes de virulence de S. aureus, réprimant ceux codant pour les entérotoxines sous une faible aération. Ainsi, la souche L. garvieae N201 s’est révélée être une candidate intéressante comme agent de biopréservation. Cependant, son innocuité pour l’Homme devra être vérifiée et son antagonisme sur S. aureus devra être évalué en matrice alimentaire. Les données générées ainsi que la démarche développée pourront être utilisées afin d’étudier des interactions entre d’autres espèces d’intérêt et dans des écosystèmes différents.

Among strategies aiming to control the growth of spoilage microorganisms in food, the biopreservation is based on the inhibitory capacities of other microorganisms and presents a considerable variety of opportunities. A good understanding of the molecular and physiologic mechanisms underlying the antagonism of the preservative microorganism against the spoilage bacterium is also required. This thesis aimed to characterize the antagonism of L. garvieae N201 dairy strain against S. aureus strains combining in vitro strategies: genomic, transcriptomic (targeted concerning S. aureus, global concerning L. garvieae) and phenotypic. The involvement of hydrogen peroxide (H2O2) produced by L. garvieae under high aeration was already known. Although H2O2 concentration was undetectable using spectrophotometry method, it was produced by L. garvieae under low aeration at sufficient concentration to induce S. aureus inhibition. L. garvieae H2O2 -synthesis genes (poxB, sodA) seemed constitutively expressed whatever the aeration level. L. garvieae H2O2-degradation (katA, sodA, ahpC / ahpF) genes were overexpressed under low aeration, suggesting their involvement in control of autogenous H2O2 level. In parallel, three other mechanisms may be involved in this antagonistic relationship: i) the repression of S. aureus stress-response genes (clpC, ctsR, dnaK) by L. garvieae and / or under high aeration, ii) the repression of S. aureus cell-division genes (mraZ, mraW and probably the dcw cluster) by L. garvieae, iii), the production by L. garvieae of an extracellular effector which has to be characterized. Additionally, L. garvieae can modulate the expression of S. aureus major virulence genes, repressing those coding for enterotoxins under low aeration. Thus, L. garvieae N201 turned out to be an interesting candidate for biopreservative applications. However, its safety for humans should be approved and its antagonism against S. aureus has to be investigated in food matrices. The data resulting from this work may be used to study other interactions between other valuable species and in other ecosystems.