Thèse de Doctorat en Biotechnologie Option : Microbiologie appliquée Présentée par BOUBLENZA Faiza Intitulée Devant le Jury : Pr., Université d’Oran N-E. Karam Président Pr., Université de Tlemcen Pr., Université de Mostaganem Dr., Université de Mostaganem Dr., Université d’Oran Pr., Université d’Oran D-E. Abdelouahed M. Bellahcène F. Dalache S. Roudj H. Zadi-Karam Examinateurs : Rapporteur Année universitaire 2012-2013 اﻟﺠﻤﻬﻮرﻳﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﻳﺔ اﻟﺪﻳﻤﻘﺮاﻃﻴﺔ اﻟﺸﻌﺒﻴﺔRépublique Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘﻌﻠﻴﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲMinistère de l’Enseignement et de la Recherche Scientifique Faculté des Sciences Département de Biotechnologie Etude du stress osmotique chez des lactocoques isolés de lait de chamelle de Timimoun
113
Embed
Page de garde - Université d'Oran 1 Ahmed Ben Bella
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Thèse de Doctorat en Biotechnologie
Option : Microbiologie appliquée
Présentée par
BOUBLENZA Faiza
Intitulée
Devant le Jury :
Pr., Université d’Oran N-E. Karam Président Pr., Université de Tlemcen Pr., Université de Mostaganem Dr., Université de Mostaganem Dr., Université d’Oran Pr., Université d’Oran
D-E. Abdelouahed M. Bellahcène F. Dalache S. Roudj H. Zadi-Karam
Examinateurs : Rapporteur
Année universitaire 2012-2013
الشعبية الديمقراطية الجزائرية الجمهوريةRépublique Algérienne Démocratique et Populaire
العلمي البحث و العالي التعليم وزارةMinistère de l’Enseignement et de la Recherche Scientifique
Faculté des Sciences Département de Biotechnologie
Etude du stress osmotique chez des lactocoques isolés de
lait de chamelle de Timimoun
Remerciements et dédicaces
Remerciements et dédicaces
J’exprime mes vifs remerciements, ma profonde gratitude et ma reconnaissance à mon
encadreur Professeur Zadi Karam Halima qui a dirigé cette thèse.
Je remercie le Professeur Karam NourEddine, Directeur du Laboratoire de Biologie des Microorganismes et Biotechnologie d’avoir préparé les meilleures conditions de travail, je le
remercie pour ses conseils et ses critiques toujours constructives, je le remercie également d’avoir accepté de présider le jury de ma soutenance.
Mes plus sincères remerciements vont également aux Membres du jury, Pr D.E.Abedlouahed de l’Université de Tlemcen ainsi que Pr M. Bellahcène de l’Université de Mostaganem qui
ont accepté d’examiner ce travail.
J’aimerais exprimer ma reconnaissance et mes remerciements les plus sincères pour Dr F. Dalache et Dr S. Roudj et tous les membres du Groupe de Travail. J’ai bénéficié, par ailleurs, des conseils, des remarques et des échanges intéressants de tous les membres,
preuve de la confiance qu’ils m’ont accordée tout au long de cette thèse. J’adresse, pareillement, mes remerciements à tous les membres du Laboratoire LBMB de
l’Université d’Oran.
Je remercie sincèrement Mr J.Y. Leveau et le professeur M. Bouix, responsables du laboratoire de Microbiologie Industrielle de l’école nationale supérieure des industries
alimentaires (E.N.S.I.A. de Massy -France), pour l’accueil qu’ils m’ont réservé lors de mon stage pour la réalisation de la cytométrie.
Ma reconnaissance et mon affection totales vont à mon mari Zoheir pour son soutien, sa présence et ses encouragements durant la thèse.
Je dédie cette thèse à la mémoire de mon défunt cher père et à ma mère pour son encouragement permanant, à mes deux enfants Fahim et Souha ainsi que toute ma famille et
ma belle famille.
Sommaire page
Liste des tableaux i
Liste des figures iiIntroduction 11. Bibliographie 1.1. Lactococcus modèle d’étude des réponses au stress 41.1.1Classification et phylogénie 41.1.2 Lactococcus lactis 61.1.3 Utilisation de NaCl dans l’industrie agro-alimentaire 71.1.3.1 NaCl et conserves de viandes 81.1.3.2 Confiserie ou conserverie de légumes saumurés 81.1.3.3 Industrie laitière : fabrication de beurre et de fromages 81.2 Origine des souches utilisées dans cette étude 91.3 Stress osmotique 101.3.1 Définition de l’osmose 101.3.2 Les bactéries face au stress 111.3.3 Effet du stress osmotique sur la cellule bactérienne 111.3.3.1 Environnement hypo-osmotique 111.3.3.2 Environnement hyper-osmotique 111.4 Réponses des bactéries lactiques au stress osmotique 131.4.1 Altération de la physiologie cellulaire 131.4.1.1Croissance et Viabilité 141.5.1.2 Constituants macromoléculaires 161.5 Réponse des bactéries lactiques au stress hyperosmotique 161.5.Osmoprotection chez les bactéries lactiques 171.5.2 Solutés compatibles : un moyen de réponse à un stress hyper-osmotique 181.5.2.1 Glycine betaine 221.5.2.2 Proline 231.5.2.3 Glutamate 241.5.2.4 Les polyols 241.5.2.5 Les sucres 241.5.2.6 Les sulfoniums tertiaires 241.6 Mécanismes de perception et régulateur du stress 251.6.1 Régulateurs globaux de la réponse au stress 251.6.1.1 systèmes à deux composants 251.7 Mécanismes de lutte contre le stress 261.7.1 Protection et réparation des constituants macromoléculaires 271.7.1.1 Les chaperonnes 271.7.1.2 Les protéases 301.7.1.3 Les protéines générales du stress 311.7.1.4 Réparation de l’ADN 33
2. Matériel et méthodes 2.1. Matériel biologique 34
2.2Culture bactériennes 342.3 Remise en culture des bactéries 352.4 Conservation des souches 35
2.5Croissance des bactéries en présence de NaCl 35
2.6 Estimation de la concentration minimale inhibitrice de NaCl 36
2.7 Croissance des souches en présence de NaCl et d’osmoprotecteurs 36
2.8 Cinétique de croissance 37
2.5.5 Croissance des souches en fermenteur 37
2.10 Analyse des protéines solubles par électrophorèse SDS-PAGE 37
2.11 Analyse du contenu cellulaire des souches par la chromatographie 39
sur couche mince 2.12 Dosage de la proline par spectrophotométrie 40
2.13 Extraction de l’ADN plasmidique 41
2.14. Cytométrie en flux 42
2.14.1 Marquage des cellules 42
2.14.2Analyse de la fluorescence par cytométrie en flux 43
3. Résultats et discussion 3.1 Effet du stress salin sur les cellules bactériennes 45
3.1.1 Caractéristiques des souches utilisées 45
3.1.2 Application du stress osmotique 46
3.1.2.1 Croissance des souches en présence de NaCl 46
3.1.2.2 Croissance des souches en présence d’osmoprotecteurs 48
• Osmoprotection par la proline 48
• Osmoprotection par la glycine bétaine 49
3.1.3 Cinétique de croissance 51
3.1.4 Croissance en fermenteur 53
3.2 Caractérisation biochimique du stress osmotique 55
3.2.1 Analyse des protéines totales par SDS-PAGE 55
3.2.2 Analyse des contenus en acides aminés 643.2.2.1 Analyse du contenu cellulaire par chromatographie en couche mince CCM 64
3.2.2.2 Dosage spectrophotométrique de la proline 65
3.2.3 Recherche d’ADN plasmidique 68
3.3 Caractérisation physiologique par la cytométrie 693.3.1 Etat physiologique des cellules dans les différentes conditions de stress osmotique 70
3.3.2 Etat physiologique des cellules sous microscope à fluorescence 79
4. Conclusion et perspectives 81
5. Références bibliographiques 84
6. Annexe 95
i
Liste des tableaux page
Tableau 1: Fonction des systèmes à deux composantes chez Lactococcus lactis 26
Tableau 2 :caractérisisation de l’induction de protéines en réponse au stress chez Lc. Lactis
32
Tableau 3 : Souches utilisées dans cette étude 34
Tableau 4 : Gamme étalon pour le dosage des protéines 38
Tableau 5 : Composition des gels de polyacrylamides 39
Tableau 6: Gamme étalon pour dosage de proline 40
Tableau7 : Les caractéristiques des souches utilisées 46
Tableau 8 : Concentrations de proline estimées dans chaque échantillon 67
ii
Liste des figures page
Figure 1. Réponse au stress hyperosmotique des bactéries à Gram négatif 17
et des bactérieslactiques (Romeo et al ., 2003). Figure 2. représentation schématique des systèmes de transport de solutés 20
compatibles chez Lc . lactis et Lb plantarum (Baliarda,2003) Figure 3. Effet de l’osmolarité sur la structure d’une protéine d’une halobactérie 21
et sastabilisation après l’ajout des solutés compatibles (Sleator et Hill, 2002) Figure 4. Effet stabilisateur de la proline sur la conformation protéique au cours 23
du stress osmotique. Figure 5. Modèle de la fonction des chaperonnes Hsp (sonomoto. 2008) 28
Figure 6. Modèle d’action du système GroESL dans le repliement protéique 29
(Mary, 2003) Figure 7. Modèle d’action du système DnaK dans le repliement protéique 30
et O’Sullivan, 1993) Figure 10. Principe de la cytométrie en flux 42Figure 11. Réaction d'hydrolyse de la 5(6)-carboxyfluorescéine diacétate en
435(6)-carboxyfluorescéine par les estérases intracellulaires (Hoefel et al., 2003)
Figure 12. Aspect des colonies des bactéries CHT1 et CHT4 en milieu M17 45
Figure 13. Croissance des bactéries à différentes concentrations de NaCl. 47Figure 14. Croissance des souches en présence de la CMI de NaCl et différentes concentrations de proline 48Figure 15. Croissance des souches en présence de la CMI de NaCl et différentes concentrations de glycine betaine 50
Figure 16. Croissance de la CHT1 dans différentes conditions de culture 51
Figure 17. Croissance de la CHT2 dans différentes conditions de culture 52
Figure 18. Croissance de la CHT4 dans différentes conditions de culture 52
Figure 19 : évolution de la biomasse et du pH pour la souche CHT2 en fermenteur 54
(A) En condition normale, (B) en présence de 1.4M de NaCl Figure 20. Profils protéique de CHT1 et CHT4 sous des conditions de stress 55Figure 21. Contenu protéique des deux souches étudiées à différents temps d’incubation. 57
Figure 22. Plots de gel traités par image j des deux bactéries cultivées 59
dans les conditions de stress Figure 23. Plots de la CHT1 dans les différentes conditions après 24H, 48H, 72H 61 d’incubation. Figure 24. Plots de la CHT4 dans les différentes conditions après 24H, 48H, 72H 63
d’incubation. Figure25. Analyse du contenu cellulaire en acides aminés par CCM 64
Figure 26. Gamme de dosage de la proline 65
iii
Figure 27. Dosage de trois acides aminés témoins 65
Figure 28. Courbe étalon représentant la variation de l’absorbance en proline 66
en fonction de la concentration Figure 29. Aspect de la gamme de dosage de la proline 66
Figure 30. Contenus en ADN plasmidique des deux souches étudiées 68
Figure 31 (A). cytogramme de CHT4 cultivé en absence de sel 70
Figure 31 (B). cytogramme de CHT4 cultivé en présence de 1.1M de NaCl 71
Figure 31 (C). cytogramme de CHT4 cultivé en présence de 1.2M de NaCl 71
Figure 31 (D). cytogramme de CHT4 cultivé en présence de 1.4M de NaCl 72
Figure 32(A). cytogramme de CHT2 cultivé en absence de NaCl 72
Figure 32 (B). cytogramme de CHT2 cultivé en présence de 1.1M de NaCl 73
Figure 32(C). cytogramme de CHT2 cultivé en présence de 1.2M de NaCl 73
Figure 32 (D). cytogramme de CHT2 cultivé en présence de 1.4M de NaCl 74
Figure 32 (E). cytogramme de CHT2 cultivé en présence de 1.6M de NaCl 74
Figure 33. Etat des cellules CHT2 dans les différentes concentrations de NaCl. 76
Figure 34. Etat des cellules CHT4 dans les différentes concentrations de NaCl . 76
Figure 35. cytogrammes obtenus suite à la coloration par le système cFDA/IP 78
Figure 36. Aspect des cellules de CHT2 en absence 79
de NaCl en microscope à fluorescence Figure 37.Aspect des cellules de la CHT2 en présence de 1.6M de NaCl 80
sous microscope à fluorescence
INTRODUCTION
Introduction
1
Couramment employé dans le langage quotidien, le terme de stress n’est pourtant pas
clairement défini et relève plus du concept que du phénomène tangible. Du point de vue de
l’homme, le mot stress est utilisé à tout va pour définir une sensation, un ressenti par rapport à
une agression extérieure qu’elle soit de nature physique ou, plus souvent, émotionnelle.
Bien que défini de manière intuitive, le stress est de plus en plus considéré comme le mal du
siècle pour l’Homme car il peut entraîner des manifestations physiologiques et
psychologiques. En ce sens, le terme de stress est généralement associé à la notion
d’adaptation car la perturbation de l’équilibre nécessite le rétablissement de l’homéostasie.
Pour les microorganismes, auxquels nous nous intéressons dans cette étude, la notion de
stress est beaucoup moins connue du grand public mais n’est finalement pas très éloignée.
Elle reprend en effet l’idée d’adaptation en réponse à une agression environnementale. Cette
dernière est liée à la présence de conditions de croissance non optimales, rencontrées aussi
bien au sein d’un écosystème naturel que lors d’une exploitation industrielle, et peut être de
nature nutritionnelle ou physico-chimique. Comprendre les effets engendrés par un stress et
élucider les différents mécanismes de régulations mis en jeu est un défi scientifique de taille
aussi bien pour son aspect cognitif que dans l’optique de réduire et/ou de maitriser l’impact
d’un stress sur un microorganisme d’intérêt (Dressaire, 2009).
Les bactéries lactiques constituent le groupe microbien le plus utilisé dans la
transformation des aliments et des boissons. L’intérêt des bactéries lactiques dans l’industrie
agroalimentaire réside principalement dans leur capacité à transformer certains sucres en
lactate et ainsi à acidifier le milieu environnant. Il s’agit d’une caractéristique utilisée dans de
nombreux procédés de transformation dont la fabrication fromagère (Rius et al., 2008).
Certaines sont dites homofermentaires car elles produisent très majoritairement de l’acide
lactique alors que d’autres sont dites hétérofermentaires et produisent de l’acide lactique en
même temps que d’autres composés (acétate et éthanol en général). Ces bactéries sont bien
connues des transformateurs du secteur laitier qui les utilisent pour la production de laits
fermentés et de fromage.
Introduction
2
Les bactéries lactiques impliquées dans l’industrie alimentaire appartiennent à différents
Oenococcus, Pediococcus, Tetragenococcus, Vagococcus et Weissella (Vandamme et al.,
1996).
1.1.2 Lactococcus lactis
Lactococcus lactis est l’une des bactéries lactiques les plus étudiées. Son importance
cruciale dans les procédés de fermentations alimentaires, ainsi que la disponibilité de ses
séquences d’ADN génomique et plasmidiques font de ce micro-organisme un modèle pour
l’étude du métabolisme des bactéries lactiques ainsi que de leur comportement face à
différents stress. Il est parmi les micro-organismes les plus importants pour l’industrie laitière,
faisant partie des levains utilisés dans la plupart des fabrications fromagères.
Lactococcus lactis est une bactérie hétérotrophe à Gram positif, anaérobie facultative,
catalase négative, non sporulante, non mobile, formant des cellules sphériques ou ovoïdes,
isolées ou en courtes chaînettes de longueur variable mesurant 0,5 par 1,5 µ, mésophile
Bibliographie
7
possédant une température optimale de croissance d’environ 30°C, et neutrophile puisque sa
gamme de pH optimale varie de 6,3 à 6,9.Cette espèce est homofermentaire.
Les différentes sous-espèces de Lactococcus lactis peuvent être différenciées, entre
autres, par leur résistance aux stress. Ainsi, la sous-espèce lactis est plus robuste que la sous-
espèce cremoris puisqu’elle est capable de croître à 40°C, ou en présence de 4 % de NaCl. De
plus, la sous-espèce lactis est capable de produire de l’ammoniac à partir d’arginine grâce à la
voie de l’arginine déiminase (ADI) qui est très rare chez cremoris.
Les habitats les plus importants des lactocoques demeurent le lait, les laits fermentés
ainsi que les fromages où ils constituent la flore dominante. Cependant, on peut également les
isoler des plantes (Sandine et al., 1972) ainsi que de la peau de certains animaux, et il semble
que la contamination qui a lieu au cours de la traite a pour origine principale le fourrage. Le
milieu d’isolement de Lc. cremoris semble être limité aux produits laitiers (Mofredj et al.,
2007).
Cependant, Lc. lactis est un micro-organisme régulièrement soumis à des conditions
de croissance non favorables, tant dans son environnement naturel que lors des procédés
industriels.
Lactococcus lactis est soumise, dans son environnement naturel (sols, plantes) et lors des
procédés industriels laitiers dans lesquels elle est largement utilisée, à de nombreuses
contraintes environnementales. Le stress acide est le plus fréquemment rencontré du fait du
métabolisme fermentaire homolactique de ce micro-organisme. Néanmoins, dans les procédés
fromagers, des stress thermique, osmotique ou oxydatif viennent se superposer lors des étapes
de fermentation, de pressage, d’affinage ou de stockage par exemple. De plus, des carences
nutritionnelles (carbone, azote, phosphate) peuvent être fréquemment rencontrées, en
particulier dans les habitats naturels où la disponibilité des nutriments est très aléatoire. La
diversité et l’intensité des stress rencontrés par Lc. lactis en ont fait un microorganisme de
choix pour l’étude des réponses au stress tant d’un point de vue fondamental que dans un
souci d’optimisation des performances de ce micro-organisme ou d’amélioration des qualités
organoleptiques ou sanitaires des produits laitiers (Redon, 2005).
1.1.3 Utilisation de NaCl dans l’industrie agro-alimentaire
Le sel destiné à la consommation humaine a un double rôle de nutrition et de
conservation des aliments. La teneur en NaCl des aliments est très variable, allant de quelques
pour cent pour les plats préparés, le pain, les fromages, à plus de 40% dans le cas de
préparations très concentrées comme les bouillons en sachets. Par ailleurs, NaCl agit comme
Bibliographie
8
un agent dépresseur de l’activité de l’eau dans les aliments, assurant ainsi leur stabilité
microbiologique. En effet, la disponibilité de l'eau présente dans l'atmosphère ou dans une
substance favorise la croissance bactérienne. Or l'activité de l'eau (Aw) est inversement
proportionnelle à la pression osmotique d'un composé. Ainsi, elle est affectée par la présence
plus ou moins importante de sels ou de sucres dissous dans l'eau.
Enfin, selon sa concentration en NaCl, l’eau salée autorise le développement de
certains micro-organismes au détriment d’autres qui sont soit détruits soit inactivés.
Ainsi, le sel agit comme antimicrobien sélectif ou agent bactériostatique. Le rôle d’inhibiteur-
retardateur du sel est mis à profit en conserverie, notamment des viandes et du poisson
(salaisons), tandis que son rôle de régulateur-orientateur sur le développement des micro-
organismes sert, par exemple, au processus de fabrication puis d’affinage des fromages
(Martinez et al., 1995). C’est ainsi que de nombreux secteurs agro-alimentaires sont
concernés par l’utilisation de NaCl.
1.1.3.1 NaCl et conserves de viandes
On distingue généralement les «salaisons vraies» dans lesquelles le sel est réparti
uniformément dans la viande à un taux supérieur à 5%, assurant ainsi une conservation de
plusieurs mois, des «produits salés» dans lesquels le sel est réparti parfois de façon hétérogène
et à des taux de 1 à 2% au maximum, servant alors davantage à accroître la qualité
organoleptique du produit qu’à en assurer sa conservation.
Le sel est aussi largement utilisé dans les produits marinés très populaires en Europe
du Nord. Les marinades sont typiquement des émulsions d’eau et d’huile contenant du sel, du
sucre et des acides. Le double effet du sel et du pH acide agit alors comme un exhausteur de
goût en même temps qu’un agent antimicrobien.
1.1.3.2 Confiserie ou conserverie de légumes saumurés
Dans l’industrie de la conserve, le sel agit par osmose, c’est à dire qu’il pénètre dans
les aliments au fur et à mesure que ceux-ci se vident de leur eau de constitution. Par ailleurs,
alors qu’il pénètre peu à peu à l’intérieur des aliments, le sel inhibe la croissance des micro-
organismes qu’ils contiennent, retardant leur décomposition. Le sel se retrouve généralement
à un taux de 2% dans les conserves de légumes .
1.1.3.3 Industrie laitière : fabrication de beurre et de fromages
La concentration moyenne en sel dans le fromage est de l’ordre de 1 à 2%. Dans les
fromages bleus et dans certains fromages de chèvre, elle peut toutefois atteindre 3 à 4%. Dans
le cycle de fabrication des fromages, le salage s’effectue après l’égouttage et avant l’affinage.
Il sert à protéger les fromages contre les micro-organismes indésirables (protection d’autant
Bibliographie
9
plus nécessaire que le fromage est humide), mais aussi à sélectionner des micro-organismes
spécifiques nécessaires à la maturation du produit (développement du goût et de la fleur du
fromage).
Ainsi le sel permet la sélection de souches microbiennes productrices d’enzymes utiles
à la protéolyse et à la lipolyse du fromage et conditionne son affinage. En effet, la
transformation du lait en fromage se fait sous l’influence de différents micro-organismes.
Jusqu’à l’affinage et la maturation, le sel sélectionne certains micro-organismes producteurs
d’enzymes spécifiques indispensables à la protéolyse du caillé et autorise le développement
d’espèces utiles telles que celles responsables de la pousse du bleu dans la masse de certains
fromages ou celles formant la croûte fleurie en blanc des camemberts, ou encore la flore du
rouge des munsters et des pont-l’évêque. En ce qui concerne le beurre, le taux de sel n’excède
pas 5% du poids total du beurre demi-sel et 10% du beurre salé, en respect des normes
françaises. Le salage permet d’inhiber partiellement le développement microbien, notamment
celui des ferments lactiques (Lozach, 2001).
1.2 Origine des souches utilisées dans cette étude
Le dromadaire joue un rôle social et économique primordial car il a toujours été associé aux
formes de vie dans les zones pastorales arides et semi-arides. Il répond en effet aux multiples
besoins de ces populations en leur fournissant du lait et de la viande et en leur servant comme
moyen utilisé dans le transport et pour les travaux agricoles.
Les études sur les capacités de production du lait par la chamelle datent de la fin des années
cinquante avec les travaux de Rosetti et al. (1955), cités par Yagil (1982) qui marquent
véritablement le point de départ du mouvement d’exploration de ce produit dont la visée
première était sa valorisation.
La variabilité des rendements laitiers observés est liée à celle de divers facteurs: rang et stade
de lactation, race, type d’élevage, saison, etc... Toutefois, et comme pour le bovin,
l’alimentation du dromadaire reste le facteur le plus déterminant (Ramet, 1993; Mehaia et al,
1995). En effet, selon plusieurs auteurs (Knoess et al, 1986; Richard et Gerald, 1989;
Moslah, 1994) l’amélioration des conditions alimentaires (régimes riches en fourrages verts
renfermant de la luzerne, du mélilot ou du chou) prolonge la période de lactation et augmente
la quantité de lait produite jusqu’à atteindre parfois le double.
Bibliographie
10
Le lait de chamelle est de couleur blanche, en raison notamment de la structure et de la
composition de sa matière grasse, relativement pauvre en β-carotène (Sawaya et al, 1984). Il
est légèrement sucré, avec un goût acide, parfois même salé (Abdel-Rahim, 1987) et/ou
amère (Ramet, 2003). Cette variabilité dans le goût est liée au type de fourrage ingéré ainsi
qu’à la disponibilité en eau (Yagil et Etzion, 1980; Wangoh et al, 1998).
Dans cette étude nous avons utilisé des bactéries lactiques isolées du lait de chamelle de la
région de Timimoun, ce lait a la caractéristique d’être un peu salé par rapport au lait de vache,
cette caractéristique est due à l’alimentation de l’animal qui est friand d’une plante désertique
abondante dans la région de Timimoun, communément appelée « zita ».(Limoniastrum
guyoniamum ) bonne fixatrice de NaCl.
1.3 Stress osmotique
Outre les stress acide et hypothermique, les lactocoques sont soumis à d’autres stress
physico-chimiques au cours des procédés fromagers. Ils sont soumis à de brusques variations
de l’osmolarité environnante lors par exemple de l’égouttage/pressage ou du salage des
produits. Le stress osmotique correspond à une diminution ou une augmentation de
l’osmolarité de l’environnement de la bactérie (Csonka, 1989) qui, en modifiant la
disponibilité de l’eau de la cellule, affecte sa survie et/ou sa croissance (Potts, 1994).
Donc l’abaissement de l’activité de l’eau extérieure provoque un stress osmotique chez
la flore microbienne des aliments, qui se matérialise par une diminution de la pression de
turgescence pouvant conduire à la plasmolyse cellulaire et une dénaturation des
macromolécules causée par l’augmentation de la force ionique.
1.3.1 Définition de l’osmose
Le phénomène d’osmose correspond à la diffusion spontanée, sous la seule influence
de l’agitation moléculaire, d’un composé chimique à travers une membrane semi-perméable.
Il se produit lorsqu’une substance est présente à des concentrations différentes de part et
d’autre de la membrane. Cette différence engendre un excès de pression, appelé pression
osmotique. La diffusion se fait alors de manière à ce que les deux concentrations tendent à
s’égaliser. Le corps dissous dans l’eau franchit la membrane vers la solution la moins
concentrée sous l’effet de la pression osmotique.
Ce transfert spontané ne nécessite aucune dépense d’énergie et joue un rôle essentiel dans
l’activité des cellules. Par osmose, les cellules vivantes peuvent, par exemple, capter des
nutriments dont elles ont besoin et rejeter leurs déchets.
Bibliographie
11
1.3.2 Les bactéries face au stress
Les cellules bactériennes sont entourées d’une paroi rigide, composée d’une (bactérie à Gram
négatif) ou plusieurs (bactéries à Gram positif, dont font partie les bactéries lactiques)
couches de peptidoglycane qui assure leur résistance mécanique. Dans les conditions
standards de croissance, ces cellules maintiennent dans leur cytoplasme une osmolarité
supérieure à celle du milieu environnant. Il en résulte une force, la pression de turgescence,
qui s’exerce sur la paroi, de l’intérieur vers l’extérieur, et qui est le moteur de l’élongation des
cellules (Csonka et Hanson, 1991; Kempf et Bremer, 1998). La membrane cytoplasmique
des bactéries est perméable à l’eau mais constitue une barrière efficace contre le passage de la
plupart des solutés du milieu et des métabolites présents dans le cytoplasme. Une
augmentation brusque de l’osmolarité du milieu externe entraine un rapide flux d’eau vers
l’extérieur de la cellule, qui a pour conséquence une diminution de la pression de turgescence,
une variation de la concentration cytoplasmique en solutés et un changement du volume
cellulaire (plasmolyse, dans les cas extrêmes). Afin de maintenir une pression de turgescence
positive, les bactéries possèdent des systèmes de transport et/ou de synthèse des solutés
particuliers, appelés osmoprotecteurs ou solutés compatibles (Csonka, 1989;Csonka et
Hanson , 1991; Kempf et Bremer, 1998).
1.3.3 Effet du stress osmotique sur la cellule bactérienne
1.3.3.1 Environnement hypo-osmotique :
Une diminution rapide de l’osmolarité du milieu extérieur (choc hypo-osmotique)
provoque un afflux d’eau dans la cellule et par conséquent une augmentation du volume
cellulaire et de la pression de turgescence. Etant donné que la rigidité de la paroi bactérienne
permet à la cellule de supporter des pressions élevées [jusqu’à 100 atm chez les bactéries à
Gram négatif (Carpita, 1985)], un choc hypo-osmotique ne provoque, en général, qu’une
faible augmentation du volume cellulaire.
1.3.3.2 Environnement hyper-osmotique :
Une augmentation brusque de l’osmolarité du milieu extérieur (choc hyper-osmotique)
entraîne un rapide flux d’eau vers l’extérieur de la cellule; le volume du cytoplasme diminue.
Ce phénomène de plasmolyse peut être détecté instantanément par une augmentation de la
turbidité du milieu (Koch, 1984).
La cinétique de plasmolyse dépend de l’importance de la variation de l’osmolarité du
milieu et de la nature des solutés employés (sels, sucres…).
Bibliographie
12
Dans le cas d’un choc hyper-osmotique sévère, la brusque diminution de l’activité de l'eau du
cytoplasme inhibe certaines fonctions cellulaires comme l’adsorption de nutriments, la
réplication de l’ADN ou la biosynthèse de macromolécules (Csonka, 1989).
En cas de choc hyper-osmotique modéré, la plasmolyse n’est qu’une étape transitoire.
En effet, la cellule est capable de s’adapter à ces faibles variations de l’osmolarité du milieu.
Ce phénomène n’est, bien sûr, pas observé lorsque la solution hyper-osmotique
contient des molécules diffusibles comme le glycérol ou l’éthanol. Il n’y a pas de plasmolyse
chez les bactéries à Gram positif car elles ont une pression de turgescence supérieure à celle
des Gram négatif parce que leur membrane est collée au peptidoglycane.
Cependant un stress osmotique entraînera quand même un arrêt de la croissance ainsi
que l’inhibition d’autres fonctions biologiques. De la même façon, lors d’un choc hypo-
osmotique, il va y avoir un afflux d’eau vers l’intérieur de la bactérie provoquant un
gonflement, une augmentation de la pression de turgescence s’exerçant sur la membrane
allant parfois jusqu’à l’éclatement cellulaire (Glaasker et al., 1998; Poolman et Glaasker,
1998).
Les canaux mécano-sensibles ont été étudiés chez E. coli (Blount et Moe, 1999;
Sukharev, 1999), trois canaux ont été mis en évidence en fonction de leur conductance :
MscL (large conductance), MscS (small) et MscM (mini), il semble que MscL et S jouent un
rôle important et redondant dans l’osmorégulation.
Il semble que ces canaux soient activés soit par la tension exercée au niveau de la membrane
soit par un état d’hydratation des protéines tel que la conformation ouverte du canal est
favorisée (Poolman et al., 2002). Chez Lactococcus lactis les gènes yncB et mscL codent pour
des protéines homologues à MscS et MscL. Seule l’activité de MscL est identifiée chez Lc.
lactis qui utilise ce type de canal pour l’efflux de solutés compatibles et la protection
cellulaire dans des conditions d’hypo-osmolarité (Folgering et al., 2005).
Les porines n’existent que chez les bactéries à Gram négatif car elles sont enchâssées
dans la membrane externe. L’expression des porines OmpF et C en réponse à l’osmolarité
extracellulaire est régulée par un système à deux composants dont la protéine membranaire
EnvZ est le senseur et OmpR l’activateur transcriptionnel (Csonka, 1989).
Bibliographie
13
1.4 Réponses des bactéries lactiques au stress osmotique Toute modification des conditions environnementales, nutritionnelles ou physico-chimiques,
causant une perturbation notable de la physiologie cellulaire est considérée comme un stress,
qu’elle s’accompagne ou non d’une létalité.
La croissance des bactéries en général, et de Lactococcus lactis en particulier, dépend des
conditions nutritionnelles (sources de carbone et d’azote) et physico-chimiques (pH,
température, salinité.). Les conditions de culture en laboratoire sont souvent optimisées et
contrôlées pour assurer une croissance rapide. A l’inverse, Lactococcus lactis, que ce soit
dans son habitat naturel (plantes, sol) ou lors de sa mise en œuvre dans les processus
industriels, doit faire face à de multiples stress nutritionnels ou physico-chimiques (thermique,
oxydatif, acide, osmotique) parfois concomitants (Bunthof et al., 1999; Sanders et al., 1998;
Stuart et al., 1999). En effet, Lc. lactis est soumis à de fortes variations de températures dans
le sol ou lors de la fabrication de fromages tels que le cheddar, pour lequel la température
monte jusqu’à 40°C. A l’inverse, la température est beaucoup plus faible pendant l’affinage
(8-16°C) ou le stockage du fromage. De même, la production de lactate dans les levains
provoque, quant à elle, une acidification croissante du milieu (lait). Dans ce cas, les bactéries
sont elles-mêmes à l’origine du stress acide. La pression osmotique est également susceptible
de varier significativement, notamment lors du pressage. Cette étape peut également conduire
à une limitation carbonée par l’élimination du lactose dans le lactosérum (Stuart et al., 1999).
1.4.1 Altération de la physiologie cellulaire
La croissance des bactéries dépend des conditions nutritionnelles et environnementales
qu’elles rencontrent. En effet, les micro-organismes ne peuvent se développer de façon
optimale que dans une gamme limitée de facteurs physico-chimiques (tels que la température,
le pH, la salinité, etc.) et nécessitent un apport en carbone, azote et phosphate, requis pour la
synthèse des constituants cellulaires (protéines, acides nucléiques, etc.).
Pendant la production des ferments lactiques, les bactéries sont soumises à différents
stress et leur résistance à ces stress varie selon plusieurs facteurs. Deux concepts sont
importants pour l’analyse et la compréhension d’un stress: le concept d’intensité et le concept
de cinétique.
Les cellules peuvent être soumises à des stress dits mineurs, modérés ou létaux et elles
réagissent différemment à ces conditions. Par exemple, les cellules exposées à un stress
mineur, vont réduire leur taux de croissance mais vont être capables de s’adapter au nouvel
environnement. Quand le stress devient un peu plus intense (stress modéré), la croissance peut
être drastiquement réduite et les cellules adaptent leur métabolisme énergétique avec l’objectif
Bibliographie
14
de survivre. Enfin, dans une situation de stress létal, une grande mortalité cellulaire est
observée. Dans ce cas, les bactéries survivantes développent des mécanismes leur permettant
de retrouver un état cellulaire actif, lorsqu’elles sont, par la suite, exposées à des conditions
environnementales plus favorables (Nikolaev et al., 2006).
L’intensité du stress perçu par les cellules comprend aussi la notion de cinétique
d’application du stress. Par exemple, un changement brusque dans l’environnement, même si
l’intensité de ce changement est faible, peut être ressenti par les cellules comme un stress fort,
car elles n’ont pas eu le temps de s’adapter. Par contre, un changement lent et progressif avec
une intensité forte, peut donner aux cellules l’opportunité de développer des mécanismes
d’adaptation et, donc, de mieux résister (Avinash et al., 2008).
1.4.1.1 Croissance et viabilité
L’étude des réponses au stress est souvent abordée via des études de viabilité, qui reflètent
différent états physiologiques tels que la capacité de se multiplier, la capacité métabolique ou
l’intégrité membranaire.
Les effets du stress sur la croissance sont essentiellement dépendants de la nature et de
l’intensité du stress (Kim et al., 1993). Les stress physico-chimiques semblent permettre la
croissance tant que les niveaux létaux de stress ne sont pas atteints, à l’inverse la viabilité
semble profondément affectée lors de stress physico-chimiques alors qu’elle est altérée dans
une proportion moindre lors des carences nutritionnelles.
• Croissance en fermenteur
Lors des cultures discontinues, le milieu de culture et le microorganisme à cultiver sont
initialement introduits dans le réacteur mais aucun élément supplémentaire n’est rajouté en
cours de fermentation. Ainsi, l’évolution de la croissance en fonction de la composition du
milieu va conduire à la division de la fermentation en différentes phases: selon ses conditions
de développement avant son inoculation dans le fermenteur, le microorganisme peut présenter
une phase de latence caractérisée par une croissance très lente et durant laquelle il s’adapte à
son nouvel environnement; lors de la phase exponentielle de croissance tous les nutriments
sont en excès et la croissance est alors optimale; vient ensuite une phase de ralentissement de
croissance liée à l’épuisement de l’un des nutriments ou à l’inhibition par l’un des produits de
fermentation; le microorganisme entre ensuite en phase stationnaire: la biomasse est
maintenue mais il n’y a plus de croissance; enfin peut apparaître une phase de lyse au cours de
laquelle la concentration en biomasse décroît (Enfors, 1991).
Bibliographie
15
La spécificité de ce type de fermentation réside dans l’état d’adaptation dynamique dans
lequel se trouve le microorganisme. Il doit en effet constamment réajuster ses processus
cellulaires afin de s’adapter à la perpétuelle évolution de l’environnement de culture.
• Etude de la viabilité par cytométrie en flux :
La concentration des cellules viables en culture ainsi que leur état physiologique est une
évaluation importante pour les bioprocédés comme la croissance microbienne en fermenteur.
Suite à un changement de ses conditions de vie, un microorganisme se défend. Bien qu’un
stress trop important entraîne la mort de la cellule, entre l’état non stressé et la mort, un
certain nombre d’états physiologiques différents peuvent naître. Le passage d’un état
physiologique à un autre est conditionné par le degré de stress imposé par les conditions
environnementales. Pendant longtemps, la définition de la viabilité s’est limitée à l’aptitude
des bactéries à se multiplier jusqu’à ce que l’état Viable Non Cultivable (VNC) soit
clairement établi (Xu et al., 1982).
Depuis, le débat sur la viabilité cellulaire perdure. En 1998, Kell et al. résument les différents
états de vie d’une cellule bactérienne. Selon eux, il est possible de distinguer les états
physiologiques suivants : viable cultivable, en dormance, Actif mais Non Cultivable (ANC) et
mort. Ainsi, une cellule VNC n’est pas une cellule en dormance. Une cellule en état VNC est
métaboliquement active, mais non cultivable. Au contraire, une cellule dormante donne une
réponse négative aux essais vitaux mais est pourtant capable d’être « potentiellement »
cultivée. Le cœur du problème est essentiellement méthodologique, dans le sens où le « retour
à la vie » des bactéries, c’est à dire le recouvrement de la division cellulaire, reste
hypothétique et ne peut, pour l’instant, être mis en évidence. En l’absence d’outils
méthodologiques, le débat scientifique devient alors philosophique… En 2000, Nebe von
Caron et al. apportent des précisions supplémentaires et s’appuient sur l’intégrité
membranaire en tant que critère de viabilité. En effet, dans la mesure où la perte de l’intégrité
des membranes aboutit à l’effondrement des mécanismes énergétiques et des transports actifs,
cette perte d’intégrité signifie la mort de la cellule. Au contraire, une cellule dont l’intégrité
membranaire est intacte peut être considérée comme une cellule viable, ce qui englobe les
états actifs (présence d’activités métaboliques) et inactifs (absence d’activités enzymatiques
ou métaboliques décelables) (Prorot et al., 2008).
Bibliographie
16
1.4.1.2 Constituants macromoléculaires
Les différents stress que peut rencontrer un microorganisme peuvent altérer sa
composition en macromolécules. Plusieurs techniques sont à disposition pour mesurer les
différents constituants cellulaires. Après extraction appropriée, les ADN et ARN totaux sont
quantifiés par mesure de l’absorbance à 260 nm tandis que leur contamination protéique peut
être évaluée par le rapport entre l’absorbance à 260 nm et celle à 280 nm. Les stress peuvent
modifier la topologie de l’ADN. L’état de sur-enroulement connu pour être sensible aux stress
thermiques (Lopez-Garcia et Forterre, 2000), pourra par exemple être déterminé par des
techniques faisant appel à l’électrophorèse.
Les stress n’épargnent pas non plus l’enveloppe cellulaire, entraînant des modifications de la
membrane cellulaire (Mykytczuk et al., 2007). Ces variations de la composition lipidique
(lipides, acides gras, taux d’insaturation) vont affecter la fluidité membranaire. Plusieurs
méthodes sont disponibles pour mesurer cette fluidité mais depuis de nombreuses années
maintenant, c’est la polarisation de fluorescence qui prévaut. Cette technique repose sur
l’utilisation de lipides fluorescents comme sonde (Denich et al., 2003). L’analyse de la
perméabilité membranaire à différentes sondes fluorescentes a par exemple permis de mettre
en évidence chez Geobacter sulfurreducens à la fois une modification de la structure de la
membrane et une perte de viabilité en réponse au stress hyper-osmotique (Ragoonanan et al.,
2008).
1.5 Réponse des bactéries lactiques au stress hyperosmotique
Chez les bactéries lactiques la réponse à un choc hyperosmotique diffère légèrement de
celle des bactéries à Gram négatif. En effet, le cytoplasme des bactéries lactiques présente en
conditions normales de culture une concentration en potassium très élevée (environ 1 mol.L–
1), ainsi qu’un important pool d’acides aminés, le plus abondant étant le glutamate (Glaasker
et al., 1996 a , 1998 ; Measures et al., 1975 ; Poolman et al., 1987).
Des études récentes chez Lb. plantarum ont montré que, contrairement aux
Entérobactéries, la majeure partie du potassium se trouve à l’état lié dans la cellule et qu’il
n’aurait donc peut-être pas de rôle majeur dans le maintien de l’équilibre osmotique de ces
cellules (Glaasker et al., 1996a, 1998).
Cette hypothèse est renforcée par le fait que l’augmentation de la concentration
cytoplasmique en potassium en réponse à un choc hypertonique n’est observée que lorsque
l’augmentation de la salinité du milieu environnant est provoquée par du KCl et non du NaCl,
suggérant que le transport des ions K+ n’intervient pas en réponse à l’augmentation de la
pression osmotique (Romeo et al., 2001). La réponse initiale des bactéries lactiques à une
Bibliographie
17
augmentation de pression osmotique dans le milieu environnant correspond à une
accumulation immédiate de solutés compatibles tels que la proline et essentiellement la
glycine bétaïne dans leur cytoplasme (Glaasker et al., 1996b ; Molenaar et al., 1993).
La Figure 1 illustre la réponse au stress hyperosmotique des bactéries à Gram négatif et des
bactéries lactiques.
Figure 1 : Réponse au stress hyperosmotique des bactéries à Gram négatif et des bactéries lactiques (Romeo et al ., 2003).
1.5.1 Osmoprotection chez les bactéries lactiques
L’osmoprotection est une réponse cellulaire commune à l’ensemble des organismes
vivants. Elle repose essentiellement sur l’accumulation intracellulaire des petites molécules
appelées osmoprotecteurs qui ont comme rôle de rétablir la pression de turgescence cellulaire
des cellules osmostressées (Gouffi Belhabich, 1998 ; Touze, 2000).
Ces molécules sont des composés organiques de faibles poids moléculaires, fortement
hydrosolubles, non chargés ou de charge nulle au pH physiologique, elles sont accumulées à
des concentrations élevées lorsque les cellules sont soumises à un stress hyperosmotique, en
fonction des besoins de la cellule et non de leur concentration dans le milieu extérieur
(Meury, 1988). Elles sont incapables de traverser rapidement la paroi cellulaire sans l’aide
Bibliographie
18
d’un système de transport actif, la plupart d’entre elles ne font pas varier la charge électrique
cellulaire pour un pH voisin de 7. Elles ont un effet stabilisateur sur les conformations des
protéines et permettent de maintenir ou de rétablir leur activité (Csonka, 1989).
Il est à présent reconnu que ces solutés organiques non seulement assurent le rôle d’effecteurs
osmotiques mais aussi stabilisent la structure et les fonctions des macromolécules et des
organites. Ces solutés ont également une action protectrice vis à vis des activités
enzymatiques et des membranes en milieux de forte osmolarité .
Les molécules osmoprotectrices majeures se repartissent en trois familles :
• Les sucres dont le plus représenté est le tréhalose.
• Les polyols.
• Les acides aminés, dont la proline et surtout les dérivés N-triméthylés.
• Les bétaïnes : la glycine bétaïne en est le représentant majeur. Le mot bétaïne est utilisé
pour désigner la glycine bétaïne, mais également ses dérivés et un composé organique
portant un azote quaternaire. La glycine bétaïne est un petit composé amphotérique, très
polaire qui agit comme osmoprotecteur chez les végétaux et agent protecteur du foie, du
cœur et des vaisseaux chez l'homme.
1.5.2 Solutés compatibles : un moyen de réponse à un stress hyper-osmotique
En réponse à ces phénomènes physiques, la cellule ne se contente pas de voir son
volume varier, elle va mettre en place un système actif permettant d’équilibrer les pressions
osmotiques sans mouvements d’eau. Ce système est basé sur l’entrée ou la sortie de solutés
qui peuvent être récupérés dans le milieu ou néo-synthétisés, appelés solutés compatibles. Les
solutés impliqués dans ces phénomènes sont dits compatibles car leur accumulation dans le
cytoplasme bactérien n’a aucun effet sur les processus cellulaires vitaux. Parmi eux, on trouve
des ions K+, des acides aminés (proline, glutamate, glutamine), des polyols, des sucres
(sucrose, tréhalose) ainsi que des composés ammoniums quaternaires (glycine bétaïne et
carnitine).
Certains de ces composés sont dits osmoprotectants car en plus d’être compatibles avec la
physiologie cellulaire, ils sont capables de lever les différentes inhibitions de croissance
imposées par le stress osmotique.
Les osmoprotectants les plus importants sont la proline et surtout la glycine bétaïne qui en
plus de modifier l’osmolarité cellulaire est capable de se lier aux protéines et de les stabiliser.
Ces solutés peuvent être accumulés dans la cellule grâce à un transport actif ou dans certains
cas grâce à une synthèse de novo induite par le stress (Glaasker et al., 1998; Poolman et
Glaasker, 1998).
Bibliographie
19
Chez les bactéries à Gram négatif, un stress hyper-osmotique va entraîner des mouvements de
solutés compatibles. Les premiers transporteurs activés suite à un tel stress chez E. coli sont
ceux responsables de l’entrée d’ions K+. Deux types de systèmes sont impliqués, un système
Kdp à deux composants, dont KdpD qui est la protéine kinase-senseur membranaire
probablement activée par une altération des interactions protéines-lipides (Poolman et al.,
2002), et KdpE qui est la protéine régulatrice associée qui une fois phosphorylée va activer les
gènes kdpABC du transporteur. Le second système, Trk, est également régulé au niveau
transcriptionnel et son activité dépend de la pression de turgescence, de l’osmolarité interne
et/ou de la concentration intracellulaire en K+.
Chez Bacillus subtilis, un tel choc induit également l’accumulation d’ions K+ dans le
cytoplasme puis une augmentation soit de la bétaïne soit de la proline intracellulaire par
transport ou synthèse de novo. Il existe trois systèmes de transport osmorégulés chez B.
subtilis, OpuA qui est de la famille des transporteurs ABC (homologue à ProU d’E. coli),
OpuC (ProP), et OpuD qui est un homologue de BetT, transporteur de haute affinité pour la
choline indispensable à la néo-synthèse de glycine-bétaïne chez E. coli (Kappes et al., 1996).
Contrairement aux lactocoques, B. subtilis est capable comme E. coli de synthétiser de la
glycine-bétaïne (Boch et al., 1996) lorsque la choline (précurseur) se trouve dans le milieu,
par le biais d’enzymes analogues à celles trouvées chez E. coli qui sont ici codées par
l’opéron plasmidique gbsAB.
Chez les bactéries lactiques un choc hyper-osmotique entraîne également l’accumulation
cytoplasmique de glycine bétaïne qui paraît être le soluté le plus efficace pour ces bactéries.
Ici, l’accumulation s’effectue grâce à un transport de glycine-bétaïne exogène car les
lactocoques, comme les lactobacilles (Glaasker et al., 1996a; Glaasker et al., 1998), sont
incapables de synthétiser ce composé. Obis et al. (1999) ont caractérisé à l’aide de mutants
les gènes impliqués dans ce transport. L’opéron busA comprend le gène busAA qui code pour
la protéine BusAA (407 acides aminés) homologue à OpuAA de B. subtilis et ProV d’E. coli
qui sont des protéines de liaison à l’ATP. Le gène busAB code pour une protéine de 573
acides aminés qui comporte un domaine hydrophobe transmembranaire (N-terminal) et un
domaine hydrophile C-terminal de liaison à la bétaïne.
BusAB présente des homologies avec OpuAC et ProV bien que les sous-domaines se trouvent
inversés. L’opéron busAB semble sous contrôle osmotique, et outre la glycine-bétaïne, ce
transporteur peut également utiliser la proline mais avec une affinité moindre.
Van der Heide et Poolman (2000) nomment ce système de transport OpuABC. Pour eux, la
régulation de l’entrée de la glycine-bétaïne s’effectue au niveau de l’expression et de l’activité
Bibliographie
20
du transporteur chez Lc. lactis, alors que chez Lb. plantarum, seule une régulation de son
activité est impliquée (Figure 2).
Figure 2 : Représentation schématique des systèmes de transport de solutés compatibles chez Lc. lactis et Lb. plantarum (Baliarda, 2003). (Car : carnitine ; GB : glycine bétaïne ; Pro : proline).
En effet, il a été mis en évidence chez Lc. lactis l’existence d’une protéine OpuR impliquée
dans la régulation osmotique du gène opuA (Romeo et al., 2001).
L’opéron opuA ou busA semble être induit par des changements de gradient osmotique
transmembranaire ou de pression de turgescence qui seraient transmis au système via des
distorsions de la bicouche lipidique induisant des modifications physiques du statut lipidique
membranaire (plus d’acides gras insaturés et cycliques) ressenties via des interactions
lipide/protéine (Guillot et al., 2000; van der Heide et Poolman, 2000).
La capacité d’accumulation de la bétaïne va donc déterminer l’osmotolérance des
lactocoques. Ainsi, la différence de tolérance au stress osmotique des bactéries de la sous
espèce lactis par rapport à celles de la sous-espèce cremoris (souches généralement moins
résistantes) a pu être expliquée par une absence ou une faible activité du transporteur (Obis et
al., 2001).
Ces systèmes permettent donc aux bactéries de contrecarrer les effets de l’hyperosmolarité du
milieu. Néanmoins, comme c’est le cas avec le stress acide, une meilleure réponse cellulaire
(croissance, survie) est obtenue lorsque les bactéries ont été pré-adaptées par un stress non
létal. L’analyse de la production de protéines en réponse à un choc hyperosmotique chez Lc.
lactis a montré l’augmentation de la synthèse d’au moins douze protéines, dont celles
impliquées dans le transport de la glycine-bétaïne (OpuAA et OpuABC) ainsi que DnaK,
GroES et GroEL impliquées dans la réponse au choc thermique (Kilstrup et al., 1997).
Bibliographie
21
Comme c’est le cas pour les deux stress physico-chimiques précédents, il semble clairement
que le stress hyper-osmotique induise des réponses croisées avec d’autres stress. La réponse à
l’hypo-osmolarité du milieu passe par l’efflux de solutés compatibles afin d’éviter le
gonflement cellulaire. Cette réponse a essentiellement été étudiée chez les bactéries à Gram
négatif, et deux systèmes d’efflux ont été identifiés à ce jour, les canaux mécano-sensibles et
les porines.
En réponse à un stress osmotique, une perte d’eau est constatée dans la cellule pour maintenir
une pression de turgescence constante. Ceci conduit à une modification du volume cellulaire
et des concentrations des solutés. Pour remédier à ces effets, la cellule accumule des solutés
compatibles, physiologiquement inactifs, qui permettent de rétablir la balance osmotique
(Figure 3).
Figure 3. Effet de l’osmolarité sur la structure d’une protéine d’une halobactérie et sa stabilisation après l’ajout des solutés compatibles (Sleator et Hill, 2002)
Bibliographie
22
Les solutés compatibles sont des molécules organiques très hydrosolubles qui possèdent une
charge nette nulle au pH physiologique, n’interagissent pas avec les protéines, n’interfèrent
pas, même à forte concentration (>1 M), avec les fonctions cellulaires vitales (Sleator et Hill,
2002).
Bien que les solutés compatibles ont été décrits comme «inertes» vis-à-vis des
macromolécules biologiques, des études réalisées in vitro montrent qu’ils stabilisent
indirectement les enzymes contre les effets d’agents dénaturants comme le sel, la température
ou la dessiccation (Lipper et Galinski, 1992; Timasheff, 1993). Ces composés agiraient
comme des chaperonnes chimiques en aidant les protéines cytoplasmiques à conserver leur
état de compaction (Tatzelt et al., 1996; Bourot et al., 2000).
1.5.2.1 Glycine bétaïne
Le rôle de cet ammonium quaternaire naturel, le N,N,N-triméthylglycine (Anthoni et al.,
1991) dans l’osmoprotection a été signalé chez Pediococcus soyas dès 1960. Plusieurs
observations suggèrent que la glycine bétaïne est préférable aux autres solutés compatibles
pour plusieurs bactéries en conditions hyper-osmotiques. C’est un osmoprotecteur qui stimule
la croissance des bactéries lactiques à pression osmotique élevée (Csonka, 1989). Chez les
entérobacteriacées et les Rhizobiacées, la glycine bétaïne joue un rôle majeur dans
l’osmorégulation (Perroud et Le Rudulier, 1985) ; la synthèse de la glycine bétaïne dépend
de la présence d’un précurseur immédiat, la choline ou la glycine bétaïne aldéhyde (Smith et
al., 1988).
Le transport de la glycine bétaïne exogène chez les cellules soumises à un stress
osmotique, conduit à l’accumulation massive de cette molécule (Perroud et Le Rudulier,
1985), elle permet l’attraction et la rétention d’eau dans la cellule (Le Rudulier et al., 1984).
Les entérobactéries et Bacillus subtilis ne peuvent pas synthétiser les solutés compatibles.
Elles les accumulent dans le milieu intracellulaire lors d’un choc osmotique grâce aux
mécanismes de transport (Glaasker et al., 1998 ; Romeo et al., 2001). Parfois l’accumulation
intracellulaire de la glycine bétaïne dépend d’un transport stimulé par un stress osmotique (Le
Rudulier, 1993).
Bibliographie
23
1.5.2.2 Proline
La proline est un marqueur de la résistance aux contraintes abiotiques et son accumulation
est l’une des manifestations les plus remarquables du stress salin La synthèse intracellulaire
de la proline n’est pas stimulée par le stress osmotique, son accumulation s’effectue à partir
du milieu extérieur par augmentation de l’activité du transport, elle est proportionnelle à la
force osmotique du milieu et peut atteindre des concentrations intracellulaires importantes
(Larsen et al., 1987 ; Csonka.,1989). Le rôle osmoprotecteur de la proline exogène est connu
chez de nombreuses espèces bactériennes (Csonka et al., 1994). La Figure 4 montre l’effet
stabilisateur de la proline sur la conformation protéique au cours du stress osmotique.
Figure 4 : Effet stabilisateur de la proline sur la conformation protéique au cours du stress osmotique.
La proline est un acide aminé essentiel pour certaines souches de lactocoques. La proline est
également un soluté impliqué dans la résistance contre le stress osmotique et des transporteurs
spécifiques osmorégulés ont été mis en évidence chez Lc. lactis (Molenaar et al., 1993). La
concentration intracellulaire en proline augmente chez plusieurs bactéries Gram – ou + ; cette
accumulation peut être le résultat d’une stimulation de la synthèse et/ou d’activité de transport
(Csonka, 1981 ; Le Rudulier et al., 1984). Divers travaux ont mis en évidence le rôle
Bibliographie
24
osmoprotecteur de la proline exogène chez de nombreuses espèces bactériennes (Csonka et
al., 1991)
Les bactéries Gram – sont entièrement dépendantes de la présence de proline exogène pour
l’accumuler sous stress osmotique (Le Rudulier et Bouillard, 1993 ; Csonka, 1989).
1.5.2.3 Glutamate
Le taux de glutamate dans le cytoplasme augmente chez les procaryotes après exposition à
une forte osmolarité (Fujihama et Yaneyama, 1994) ; l’augmentation relative du glutamate
est moins importante chez les bactéries à Gram positif que chez les bactéries à Gram négatif
(Killham et Firestone, 1984). La teneur intracellulaire en glutamate augmente aussi lors
d’une élévation de l’osmolarité du cytoplasme (Le Rudulier, 1993) afin de maintenir
l’électroneutralité du milieu intracellulaire chez les bactéries à Gram négatif le glutamate est
important dans la maintenance de la pression de turgescence de la cellule (Neidhardt et al .,
1994)
1.5.2.4 Les polyols
Les polyols (glucides et leurs dérivés polyalcools) sont les principaux solutés compatibles,
le glycérol est le prédominant (Brown et Edgley, 1980).
Chez les bactéries, les plantes et les animaux, les acides aminés et leurs dérivés sont
prédominants (Csonka, 1989 ; Kinne, 1993). Chez Pseudomonas neudocina, le glycérol est
important. Chez les algues et les champignons, les polyols sont limités, à l’exception du
sorbitol chez Zymomonas mobilis et du mannitol chez Pseudomonas putida (Kets et al.,
1996).
1.5.2.5 Les sucres
Les sucres sont des solutés moins compatibles, utilisés dans l’adaptation osmotique chez les
organismes halotolérants limités. Dans la croissance normale, l’addition des sucres provoque
des altérations physiologiques et structurelles.
Les sucres (tels que le saccharose et le tréhalose) interviennent chez quelques
microorganismes lorsqu’ils poussent sous stress osmotique. Ces sucres dépassent une
concentration cytoplasmique de 0.5 M (Galinski et Truper, 1994).
1.5.2.6 Les sulfoniums tertiaires
Ces composés ont une structure analogue à celle des ammoniums quaternaires (N est
substitué par S) : le diméthylsulfoniacétate (DMSA) est une molécule osmoprotectrice aussi
efficace que la glycine bétaïne chez les bactéries (Chambers et al., 1987).
Bibliographie
25
Le diméthylsulfoniopropionate (DMSP) a un rôle très important dans l’ajustement osmotique
chez les algues marines (Blunden et al., 1982 ; Seruto et al., 1989 ; Colmer et al., 1996).
1.6 Mécanismes de perception et régulateur du stress
Les bactéries préviennent les dommages plutôt que de les réparer (Hengge-Aronis,
2002) aussi une bactérie dispose de différents systèmes la protégeant des contraintes
extérieures et dont les activités seront modulées par les variations des paramètres
environnementaux.
La plupart du temps, il s’agira pour la bactérie de détecter le signal stress puis
d’activer ou de réprimer la transcription de différents gènes permettant une réponse rapide et
efficace. Cette réponse est spécifique de la nature du stress appliqué et/ou générale (réponse
globale indépendante de la nature du stress appliqué).
Les régulateurs potentiels de la réponse au stress chez les bactéries sont nombreux. Il
en existe par exemple 138 chez Lc. lactis (par homologie avec des familles connues de
régulateurs) (Guedon et al., 2002 ). Deux types de régulateurs jouent un rôle important chez
les bactéries. Il s’agit des facteurs de transcription et des systèmes à deux composants.
1.6.1 Régulateurs globaux de la réponse au stress
Les bactéries répondent aux variations de leur environnement en activant ou en
réprimant certains gènes. La détection du signal stress et la régulation des gènes protecteurs
supposent l’existence de systèmes plus ou moins généraux de régulation.
1.6.1.1 Systèmes à deux composants
La membrane est une zone privilégiée pour percevoir tout changement de l’environnement car
elle constitue le contact entre le milieu extérieur et la cellule. Les systèmes à deux composants
assurent la double fonction de détecteur d’un changement environnemental et d’inducteur de
la réponse (Tableau 1).
Ils comprennent une protéine Histidine Kinase senseur (HK) et une protéine régulatrice de
réponse (RR). Les protéines senseurs intégrées dans la membrane s’autophosphorylent au
niveau de résidus histidine lorsqu’elles perçoivent un signal de type stress.
Elles sont alors capables d’activer les protéines régulatrices par phosphorylation. Ceci
s’effectue au niveau d’un résidu aspartate de la protéine RR. Sous leur état phosphorylé, ces
protéines RR activent une réponse cellulaire appropriée, souvent par induction
transcriptionnelle (les RR sont pour la plupart des protéines de liaison à l’ADN) (Baliarda,
2003).
Bibliographie
26
Tableau 1: Fonction des systèmes à deux composantes chez Lactococcus lactis
Les mécanismes de perception du stress, essentiels pour que la cellule puisse se protéger
avant que les effets de ce stress ne soient irréversibles, sont encore peu connus chez
Lactococcus lactis, mais semblent se faire chez les autres bactéries, soit au niveau
membranaire, soit au niveau du cytoplasme (Rallu, 1999). Les effets du stress peuvent être
visualisés à plusieurs niveaux: modification du catabolisme, de l’anabolisme, de l’état
énergétique, des constituants cellulaires.
1.7 Mécanismes de lutte contre le stress
La résistance devient nécessaire lorsque le stress est persistant et/ou dommageable pour
les constituants cellulaires. Elle peut être acquise soit par une modification irréversible du
matériel génétique (mutation, remaniement) conduisant à une meilleure tolérance aux
conditions environnementales, soit par l’induction de systèmes de protection et de lutte contre
le stress ou de réparation contre les dommages causés.
Chez Lc. lactis, bien que la participation d’un mécanisme de réponse générale au stress
reste entièrement hypothétique, de nombreuses réponses au stress ont été identifiées, dont
certaines apparaissent communes à différentes conditions. Les réponses mises en œuvre pour
les stress que peut rencontrer Lc. lactis, seront décrites dans la section suivante selon leur rôle
dans la cellule. Les mécanismes de lutte contre les effets du stress seront abordés
essentiellement pour la réparation des constituants cellulaires.
Bibliographie
27
1.7.1 Protection et réparation des constituants macromoléculaires
Divers stress, en particulier les stress physico-chimiques, altèrent les protéines et les
acides nucléiques. Ces composants étant essentiels au fonctionnement de la cellule, une des
réponses majeures au stress chez tous les micro-organismes est l’induction de protéines
impliquées dans leur protection ou leur réparation.
L’étude des modifications des protéines cellulaire en fonction des conditions
environnementales est importante pour comprendre les mécanismes de réponse à
l’environnement mis en place par les cellules. Cette approche rend possible l’identification
des principales voies métaboliques affectées par ces conditions ou par des stress. Selon
Champomier-Vergès et al. (2002), les protéines dont la synthèse est affectée en conditions
de stress peuvent être groupées en trois familles :
·- Protéines du métabolisme général : représentant l’ensemble de protéines liées à la
production d’énergie (glycolyse) et au maintien du métabolisme de base des cellules
(métabolisme azoté, lipidique) ;
·- Protéines de stress général : ce sont les protéines qui ne sont pas induites spécifiquement par
un stress donné, mais qui apparaissent à la suite de différents types de stress ; elles sont liées
au repliement, à la désagrégation et à la dégradation de l’ADN et des protéines endommagées
par le stress ;
·- Protéines de stress spécifique : elles regroupent les protéines induites spécifiquement dans
une condition de stress précise.
1.7.1.1 Les chaperonnes
Ces protéines, très conservées parmi les différentes espèces bactériennes, assurent le
repliement correct des protéines nouvellement synthétisées ou endommagées et préviennent
l’agrégation des protéines altérées. Les chaperonnes initialement identifiées lors du choc
thermique sont également impliquées dans la majorité des stress chez la plupart des micro-
organismes (Figure 5).
Bibliographie
28
Figure 5. Modèle de la fonction des chaperonnes Hsp (selon Sugimoto, 2008)
L’exposition au stress provoque le repliement des protéines. Ces protéines repliées peuvent
former des agrégats. Les Hsp (Heat shock proteins) sont des structures oligomériques
dynamiques, qui existent dans deux états: un état inactif (état de faible affinité) et un e forme
active (état de haute-affinité) ; l'équilibre entre ces deux états est contrôlé par la température
de manière dépendante. Dans des conditions de stress thermique, l'équilibre s’oriente vers
l'état de haute affinité : les Hsp s’associent à des protéines repliées et cela empêche
l'agrégation des protéines. Lors du retour des conditions favorables, le complexe Hsp-substrat
se dissocie et les protéines repliées sont libérées et s’associent avec des chaperonnes ATP-
dépendantes tels que le système DnaK-CIpB bichaperonne. Bien que le système DnaK-CIpB
bichapronne puisse replier l’agrégat de protéines, la présence de Hsp augmente l'efficacité du
repliement.
Chez Lc. lactis, elles sont induites en stress hyperthermique, acide et osmotique (Whitaker et
Batt, 1991; Kim et Batt, 1993; Arnau et al., 1996; Hartke et al., 1997; Kilstrup et al.,
1997; Frees et al., 2003). Le mécanisme le mieux caractérisé est l’induction des chaperonnes
DnaK, GroEL et GroES (Figure 6). Les chaperonnes DnaJ et GrpE ont été identifiées
uniquement en stress hyperthermique et acide (Duwat et al., 1995; Arnau et al., 1996; Frees
et al., 2003).
Bibliographie
29
En revanche, l’implication des chaperonnes dans les réponses à la carence en carbone ou en
azote ou lors du stress hypothermique n’a pas été mise en évidence chez Lc. lactis (Kunji et
al., 1993; Hartke et al., 1994) ni chez B. subtilis (Eymann et al., 2002; Bernhardt et al.,
2003). Ceci peut certainement s’expliquer par le fait que ces conditions ne causent pas de
dommages majeurs aux protéines.
Figure 6: Modèle d’action du système GroESL dans le repliement protéique
(Mary ,2003)
Chez B. subtilis, les gènes codant pour les chaperonnes (opérons dnaK et groE) sont
régulés par le répresseur HrcA (Schulz et Schumann, 1996). Celui-ci réprime l’expression
des chaperonnes en se fixant sur les séquences CIRCE (Controlling Inverted Repeat
Chaperone Expression) présentes en amont des gènes (Zuber et Schumann, 1994; Hecker et
al., 1996). Ces séquences inversées répétées de 9bp sont retrouvées chez plus de 27 espèces
bactériennes (Hecker et al., 1996). L’activité du répresseur HrcA est contrôlée chez B.
subtilis par les chaperonnes GroES/EL (Mogk et al., 1997; Mogk et al., 1998).
En conditions normales de croissance, elles assurent un repliement optimal de HrcA,
ce qui autorise sa fixation aux séquences CIRCE. Lors d’un stress, la disponibilité des
chaperonnes GroES/EL va être réduite, causant une inactivation partielle de HrcA qui affecte
sa fixation aux séquences CIRCE. Par conséquent, une levée de la répression des gènes
codant pour les chaperonnes est observée.
Chez Lc. lactis, 3 unités de transcription codant pour les chaperonnes ont été
identifiées, révélant une organisation génétique particulière (Figure 7): l’opéron hrcA-grpE-
dnaK (E
al., 1993
Figur
L
impliqu
identifié
séquenc
importa
indiquan
qui est o
1998) a
1.7.1.2 L
D
protéoly
l’accum
régulati
majeurs
Les pro
été mis
Eaton et al.
3).
re 7 : Modè
Leur régula
uer HrcA, c
é (Kilstrup
ce CIRCE
ant de soul
nt que le ré
observé che
lors que Gr
Les protéa
Différentes
ytique a un
mulation de
on spécifiq
s de réponse
otéases Clp
en évidence
., 1993), l’o
èle d’action
ation n’a p
comme chez
p et al., 199
en amont
ligner qu’au
égulon hrcA
ez B. subtili
oES/EL ne
ses
protéases
n rôle prép
protéines a
ques. On c
e au stress: l
sont les plu
e chez Lc. l
B
opéron groE
du système
as été form
z B. subtilis
97) et les 3
de leurs s
ucune autre
A doit être li
is, DnaK est
semblent p
sont impli
pondérant p
anormales d
connait troi
les protéase
us répandue
lactis : clpP
Bibliograph
ESL (Kim e
e DnaK dan
mellement m
s. En effet,
opérons co
séquences c
e séquence
imité à ces
t impliquée
as interveni
iquées dan
pour dégrad
dans la cell
is types de
es Clp, HtrA
es et les mi
qui code po
hie
et Batt, 199
ns le repliem
mise en évi
, le gène co
dant pour l
codantes (G
e CIRCE n
3 unités ch
dans la ma
ir dans le co
ns les répo
der les pro
lule, ou pou
e protéases
A et HflB.
eux caracté
our une séri
93) et dnaJ
ment protéiq
idence, cep
odant pour
es chaperon
Guedon et
n’est présen
ez Lc. lacti
aturation de
ontrôle de c
nses au st
otéines altér
ur assurer d
s participan
érisées (Figu
ine protéase
(Van Assel
que (Mary ,
pendant elle
ce régulate
nnes présen
t al., 2002)
nte sur le
is. A l’inver
HrcA (Koc
e répresseu
tress. Leur
rées, limita
des phénom
nt aux méc
ure 8). 4 g
e (Frees et I
3
ldonk et
2003)
e semble
eur a été
ntent une
). Il est
génome,
rse de ce
ch et al.,
r.
activité
ant ainsi
mènes de
canismes
ènes ont
Ingmer,
30
1999) e
seules o
à cette p
dégrade
permet
notamm
1.7.1.3 L
C
éventue
lactis, a
Le
d’un po
encore i
en évid
sont ind
en stres
MG136
(Kilstru
stress (c
de stres
En effe
t 3 gènes co
ont un rôle d
protéase et
e les protéin
d’éviter l’a
ment induite
Figur
Les protéin
es phénomè
elle d’une ré
avec un méc
es réponses
oint de vue p
identifiées.
ence l’indu
duites en str
ss oxydatif
63 en stress
up et al., 1
carences, st
s (GSP), se
et, hormis l
odant pour d
de chaperon
définit sa s
nes dénaturé
accumulatio
à bas pH et
re 8 : Modè
nes général
ènes de pro
éponse géné
canisme rest
s à différen
protéique ch
L’observat
uction de pr
ress acide, d
(Hartke e
s osmotique
1997). Tout
tress acide,
mblent peu
les chapero
B
des ATPase
nnes. Leur a
spécificité d
ées qui ne p
on de proté
t en stress th
èle d’action
les du stres
otections cr
érale mise e
tant à défini
nts stress, ré
hez Lc. lact
tion des pro
rotéines com
dont 9 le son
et al., 1996
e (2,5 % N
tefois, les p
thermique,
u nombreuse
onnes DnaK
Bibliograph
es Clp-dépe
association
de substrat
peuvent pas
éines anorm
hermique ou
du complex
ss
roisées et d
en place dan
ir.
éférencées
tis, mais la m
ofils protéiq
mmunes. Ai
nt égalemen
6). De mêm
NaCl) sont
protéines in
osmotique
es chez Lc.
K, GroEL e
hie
endantes, clp
à ClpP con
(Ingmer e
s être replié
males (Frees
u osmotiqu
xe Clp proté
de multi-rés
ns différent
dans le Ta
majorité des
ques obtenu
insi, chez L
nt en stress
me, les prot
toutes des
nduites dans
, oxydatif),
lactis et les
et GroES, u
pB, clpC et
nfère une ac
et al., 1999)
ées par les c
s et Ingme
e.
éase (Mary
sistances su
tes condition
ableau 2, o
s protéines
us lors de d
Lc. lactis IL
thermique,
téines indui
protéines
s la totalité
nommées
s bactéries la
une seule G
clpE. Ces A
ctivité proté
). Le compl
chaperonnes
er, 1999). C
,2003)
uggèrent l’e
ns de stress
nt été carac
induites ne
différents str
L1403, 33 p
4 en stress
ites chez L
de choc th
é des condi
protéines g
actiques en
GSP a été
3
ATPases
éolytique
lexe Clp
s, ce qui
ClpP est
existence
s chez L.
ctérisées
sont pas
ress met
protéines
UV et 2
Lc. lactis
hermique
itions de
générales
général.
mise en
31
Bibliographie
32
évidence chez Lc. lactis, Gls24 (anciennement YtgH, Giard et al., 2002) et elles sont au
nombre de 6 seulement chez Streptococcus mutans (Svensater et al., 2000).
Ceci contraste fortement avec ce qui est observé chez les micro-organismes modèles B.subtilis
et E. coli, qui présentent une réponse générale au stress (GSR) beaucoup plus étendue, et
laisse donc en suspens notre interrogation sur l’existence d’une réponse générale au stress
chez Lc. lactis.
Tableau 2 : Caractérisation de l’induction de protéines en réponse au stress chez Lc. lactis
Le stress peut être défini comme un changement dans le génome, protéome ou
l’environnement. Le stress thermique est l’une des majeures contraintes des microorganismes
car il induit des altérations importantes telles que la dénaturation des protéines et la
déstabilisation des macromolécules (ribosomes, RNA, membrane).
Pour surmonter ces perturbations les bactéries ont développé plusieurs systèmes de défense tel
que l’induction de chaperonnes moléculaires et les protéases qui sont impliquées dans
l’adaptation des bactéries aux différents stress.
Bibliographie
33
1.7.1.4 Réparation de l’ADN
Diverses conditions de stress conduisent à une altération de l’ADN qui est fortement
dommageable pour le développement de la cellule. RecA est la principale protéine impliquée
dans la réparation de l’ADN par ses propriétés recombinantes et sa capacité à induire la
réponse SOS. Chez Lc. lactis, recA est impliqué dans les réponses aux agents endommageant
l’ADN (Duwat et al., 1995).
MATERIEL ET
METHODES
Matériel et méthodes
34
2-1 Matériel biologique
Les vingt souches utilisées dans cette étude sont des coques lactiques isolées au laboratoire à
partir de lait de chamelles de la région de Timimoun (Sud algérien). Ces souches sont codées
CHT et numérotées de 1 à 20. Elles ont été identifiées comme montré dans le Tableau 3
Après homogénéisation, les tubes sont incubés à 100°C pendant 30 minutes. La lecture
de l’absorbance est ensuite effectuée à 528 nm. Les résultats permettent d’établir une
courbe étalon (densité optique en fonction de la concentration de proline).
• Dosage de la proline dans le surnageant : Les échantillons à analyser (de même densité optique) sont préparés de la même
manière que pour l’électrophorèse SDS-PAGE.
La concentration de la proline est estimée après extrapolation des densités optiques
correspondantes sur la courbe étalon.
Matériel et méthodes
41
2-13 Extraction de l’ADN plasmidique
La méthode utilisée est celle décrite par Klaenhammer et O’Sullivan (1993). Les étapes de
cette méthode qui convient pour les lactocoques et les lactobacilles sont résumées dans la
Figure 9.
20 µl de la solution d’ADN obtenue sont additionnés de 20 µl de Bleu de Bromophénol puis
sont soumis à électrophorèse sur un gel d’agarose à 0.8% pendant 2h à 100 volts. Le tampon
de migration est du tampon TBE (Tris-Borate-EDTA) contenant 5 µg/l de BET (Bromure
d’éthidium).
Après migration le gel est examiné sous lumière UV.
Etape 1 Culture (20 ml ; D0600nm=1) Centrifuger (5000g, 10mn, 4°C) Culot récupéré, surnageant écarté Resuspendre le culot dans la solution I (Volume final 200 µl) Incuber à 37°C/15min Etape 2 Ajouter 400 µl de solution II (Vortexer) Incuber 7 min (TA) Etape 3 Ajouter 300 µl de solution III (Vortexer) Centrifuger (15 min/12000g/TA) Etape 4 Transférer le surnageant dans un nouvel eppendorf Ajouter 650 µl d’isopropanol (TA) (Vortexer) Centrifuger (15 min/12000g/4°C) Etape 5 Eliminer le surnageant Resuspendre le culot dans 320 µl d’EDS Ajouter 200 µl d’acétate d’ammonium 7.5M Ajouter 350 µl de phénol/chloroforme (Vortexer) Centrifuger (15 min/12000g/TA) Etape 6 Transférer la phase aqueuse dans un tube eppendorf Ajouter 1 ml d’éthanol absolu (-20°C) (Vortexer) Placer à -20°C une nuit Centrifuger (15 min/12000g/4°C) Culot d’ADN plasmidique récupéré, surnageant écarté Etape 7 Lavage du culot à l’éthanol 70% (TA) Centrifuger (15 min/12000g/4°C) Eliminer surnageant, sécher le culot Resuspendre le culot dans 40 µl de TE+2 µl RNase (0.1 mg/ml)
Solution I : 25% sucrose – 30 mg/ml de lysozyme Solution II : 3% SDS – 0.2N NaOH Solution III : 3M acétate de sodium glacial (pH=4.8) TA : température ambiante EDS : eau distillée stérile TE : Tris-HCl 50mM -EDTA 5m M.
La cytométrie de flux est une méthode permettant de différencier et de dénombrer les cellules
des microparticules en mesurant simultanément de multiples caractéristiques physiques d’une
cellule.
Le cytomètre (Figure 10) enregistre le comportement de la cellule quand celle-ci passe devant
le laser en mesurant la diffusion de la lumière incidente et l’émission de la fluorescence
Figure10 : Principe de la cytométrie en flux.
Cette étude a été réalisée au laboratoire de Microbiologie Industrielle (ENSIA, Massy
Palaiseau, France) en utilisant la technique établie au laboratoire pour les bactéries lactiques.
2-14-1 Marquage des cellules
100µl de culture cellulaire (DO600nm = 1) sont dilués par 900µl de tampon citrate phosphate di
sodique pH7,7 . 10µl d’une solution d’iodure de propidium (marqueur de cellules mortes)
sont ajoutés à 100µl de dilution cellulaire. Après incubation à 40ºC pendant 20mn on ajoute
20µl d’une solution de cFDA (diacétate de carboxy fluorescéine : marqueur de cellules
vivantes).
Matériel et méthodes
43
Après agitation sur vortex, les cellules sont ré incubées pendant 10mn puis centrifugées à
12000g pendant 1mn et enfin resuspendues dans 1ml de tampon pH7,7 . La suspension
cellulaire est alors diluée au 1/1000 avec le même tampon avant analyse par cytométrie.
Les longueurs d'onde d'excitation et d'émission du cFDA, ou plus exactement de sa forme cF,
(Figure 11) sont respectivement de 492 nm et de 516 nm.
Figure 11 : Réaction d'hydrolyse de la 5(6)-carboxyfluorescéine diacétate en 5(6)-carboxyfluorescéine par les estérases intracellulaires (Hoefel et al., 2003)
2-14-2 Analyse des cellules stressées par cytométrie
Des cultures bactériennes sont préparés dans un milieu M 17 en présence de 0, 1.1, 1.2, 1.4,
1.6 et 1.7 M de NaCl, après incubation à 30ºC pendant 40h les cellules sont doublements
marqués comme décrit précédemment puis analysés par le cytomètre.
Les analyses ont été réalisées avec un cytomètre BACTIFLOW multiparamétrique
(Chemunex) équipé d’une source laser à argon. Les résultats des analyses (cellules viables et
cellules mortes) sont fournis sous forme de cytogrammes.
Il est équipé de 4 filtres différents, permettant d'analyser 4 paramètres simultanément :
• Un détecteur de taille (FSC : forward angle light scatter) : mesure la lumière
diffractée dans l'axe du laser, combiné à un collecteur
• Un détecteur de granulosité (SSC : side angle light scatter), mesure la lumière
diffractée à 90°C et donne des informations relatives à la granulosité des cellules.
• Un filtre (photomultiplicateur FL-1) de bande passante à 530 nm (515-545 nm), qui
collecte la fluorescence verte de la carboxyfluorescéine.
Matériel et méthodes
44
• Un filtre (photomultiplicateur FL-2) de bande passante à 670 nm, qui collecte la
fluorescence rouge.
Une combinaison spécifique de FSC et SSC est utilisée afin de discriminer les bactéries
dubruit de fond.
Les enregistrements transmis par le cytomètre sont donc la taille relative de la cellule (FSC),
sa granulométrie relative (SSC) et l’intensité de la fluorescence émise (FL1).
Les cellules doublement marquées sont observés à l’aide d’un microscope à fluorescence
Axiostar plus (HBO50).
RESULTATS ET
DISCUSSION
Résultats et discussion
45
3.1 Effet du stress salin sur les cellules bactériennes
3.1.1 Caractéristiques des souches utilisées
Les souches utilisées dans ce travail étant identifiées majoritairement comme des souches de
Lactococcus par Zadi (1998) et Karam et Karam (2006). Les souches de Lactococcus,
identifiées à l’aide de galeries API 20 STREPT ainsi que par comparaison des profils protéique
des bactéries avec des souches de références, présentent la capacité de croître en présence de
1.1M de NaCl et à 45ºC.
Nous avons tout d’abord confirmé la pureté des souches et vérifié leurs caractéristiques basiques
(morphologie des colonies, aspect des cellules, test de catalase et coloration de Gram).
La culture des bactéries sur boite montre des petites colonies blanchâtres, rondes à contour
régulier, lisses et légèrement bombées, comme illustré par la Figure 12 pour deux souches.
Figure 12. Aspect des colonies des bactéries CHT1 et CHT4 sur milieu M17
Sous microscope, les cellules se présentent sous forme de coques isolés ou regroupés en paires
ou en petites chainettes, colorées positivement à la coloration de Gram. Les souches étudiées
sont toutes dépourvues d’activité catalasique.
Le Tableau 6 résume les caractéristiques des souches utilisées. Les résultats obtenus confirment
l’appartenance de ces souches au groupe lactique.
Résultats et discussion
46
Tableau 7 : Caractéristiques des souches utilisées
La Figure 28 montre la courbe étalon de l’absorbance à 582nm en fonction de la concentration en proline.
Figure 28. Courbe étalon représentant la variation de l’absorbance en fonction de la concentration en proline
La Figure 29 montre l’aspect des tubes du dosage de la proline dans les échantillons.
Figure 29 : Aspect de la gamme de dosage de la proline
Tube 1 : Témoin sans proline Tube 11 : Témoin sans proline Tube 2 : CHT1 Tube 12 : CHT4 Tube 3 : 1.1 M de NaCl. Tube 13 : 1.1 M de NaCl Tube 4 : 1.2 M de NaCl. Tube 14 : 1.2 M de NaCl Tube 5 : 1.4 M de NaCl. Tube 15 :1.4 M de NaCl Tube 6 : 1.6 M de NaCl. Tube 16 :1.6 M de NaCl +70mM proline Tube 7 : 1.7 M de NaCl+70mM proline Tube 17 : proline pure Tube 8 : Proline pure.
Résultats et discussion
67
Le Tableau 8 représente les concentrations de proline estimées dans chaque échantillon. Ces valeurs sont mesurées grâce à la courbe étalon et exprimées en µM.
Tableau 8 : Concentrations de proline estimées dans chaque échantillon
Dans le cas des bactéries lactiques, l'utilisation du couple de colorant "carboxyfluorescéine
diacétate" / "iodure de propidium" (cFDA/IP) est mis en oeuvre en routine pour la détermination
de la viabilité cellulaire (Rault et al., 2007 ; Smelt et al., 2002 ; Bunthof et al., 2001). L'iodure
de propidium pénètre dans les cellules ayant une membrane endommagée et les colore en rouge,
tandis que le cFDA est un composé non fluorescent qui diffuse au travers de toutes les
membranes cellulaires et est hydrolysées par les activités estérases intracellulaires pour donner
un composé fluorescent vert. Ces deux composantes de fluorescence peuvent être facilement
caractérisées par analyse multi paramétrique au niveau d'un cytomètre en flux. La difficulté
majeure que rencontre l'application de la cytométrie en flux au réside dans l'interprétation des
résultats. Les valeurs numériques issues des convertisseurs sont stockées par l’informatique et
présentées sur les écrans des cytomètres sous deux formes :
• des histogrammes monoparamétriques où l’axe des abscisses représente l’intensité du signal
analysé et l’axe des ordonnées le nombre de cellules.
• des histogrammes biparamétriques ou cytogrammes présentant deux signaux simultanément.
Résultats et discussion
70
La représentation de la taille et de la granulosité « Dot Plot » pour chaque cellule qui passe, sa
taille est analysée par rapport à sa granulosité. C’est un bon moyen de détecter un petit nombre
d’évènements dont les populations sont clairement séparées.
La «density-plot » Cette représentation simule une représentation en 3D où le troisième
paramètre est le nombre d’évènements. Cela permet à l’utilisateur, de mettre en évidence une
population discrète.
Dans ce travail nous avons utilisé les souches CHT2 et CHT4, qui ont des sensibilités différentes
au stress osmotique.
3.3.1 Etat physiologique des cellules dans les différentes conditions de stress osmotique
Les résultats obtenus dans différentes conditions de stress pour les deux souches sont montrés dans les Figures 31 (A, B, C et D) et 32 (A, B, C, D et E).
FL1= Intensité de fluorescence de la carboxy fluorescéine (cellules vivantes); FL2= Intensité de fluorescence de l’iodure de propidium (cellules mortes) ; RN1= Pic de cellules pour le comptage sur FL1 ; FSC : taille relative de la cellule ; SSC : granulométrie relative ; la combinaison spécifique SSC / FSC est utilisée afin de discriminer les bactéries du bruit de fond.
Figure 31 (A) : Cytogramme de CHT4 cultivée en absence de sel
Résultats et discussion
71
Figure 31 (B) : Cytogramme de CHT4 cultivée en présence de 1.1M de NaCl
Figure 31 (C) : Cytogramme de CHT4 cultivée en présence de 1.2M de NaCl
Résultats et discussion
72
Figure 31 (D) : Cytogramme de CHT4 cultivée en présence de 1.4M de NaCl
Figure 32 (A) : Cytogramme de CHT2 cultivé en absence de NaCl
Résultats et discussion
73
Figure 32 (B) : Cytogramme de CHT2 cultivée en présence de 1.1M de NaCl
Figure 32(C) : Cytogramme de CHT2 cultivée en présence de 1.2M de NaCl
Résultats et discussion
74
Figure 32 (D) : Cytogramme de CHT2 cultivée en présence de 1.4M de NaCl
Figure 32 (E) : Cytogramme de CHT2 cultivée en présence de 1.6M de NaCl
Résultats et discussion
75
En absence de NaCl le nombre de cellules vivantes atteint la valeur RN1 (Figures 31A et 32A) pour les deux souches avec des pourcentages de 94,48% et 85,96% pour la CHT4 et CHT2 respectivement.
En présence de 1.1M et 1.2M de NaCl le pourcentage des cellules vivantes est réduit à 2,18% et 33,74%, par contre à une concentration plus importante de NaCl ce pourcentage augmente (95,03% et 67,19).
Ces cytogrammes permettent de faire les observations suivantes :
• En absence de sel, il y a très peu de cellules mortes dans les cultures des deux bactéries
(0,58% pour CHT2, 0,01% pour CHT4)
• En présence de 1.1M, 1.2M NaCl, c’est la situation inverse : il y a plus de cellules mortes
dans les cultures (0,48% pour CHT2, 0,55% pour CHT4). Une proportion de 33,74% et
2,18 % de cellules de CHT2 et CHT4 respectivement sont viables dans ces conditions.
Ces cellules ont acquis la capacité de résister au stress.
• En présence de 1.4M et 1.6M NaCl, les cellules vivantes prédominent dans les cultures.
L’avantage du double marquage qui permet de visualiser sur le même graphe les pourcentages de
cellules tuées et de cellules viables. Nous avons mis en évidence au cours de cette étude le fait
que l’IP, souvent considéré comme un marqueur de cellules mortes, marque également les
cellules stressées, qui doivent vraisemblablement présenter une légère perte d’intégrité
membranaire.
L’utilisation conjointe avec le cFDA permet d’évaluer les cellules vivantes par rapport aux
cellules mortes dans les différentes conditions de culture. Les résultats obtenus dans les
cytogrammes permettent d’estimer les nombres de cellules vivantes et de cellules mortes
(Figures 33 et 34) pour les deux souches analysées.
Résultats et discussion
76
Figure 33 : Etat des cellules CHT2 dans les différentes concentrations de NaCl.
Figure 34 : Etat des cellules CHT4 dans les différentes concentrations de NaCl.
Ces histogrammes montrent que :
• Pour la CHT2 le nombre de cellules viables diminue avec l’augmentation de la concentration en NaCl et le nombre des cellules mortes est très important à 1.1M et 1.2M de NaCl.
• Pour la CHT4 le nombre de cellules viables est considérable à 1.1M et 1.2M de NaCl ce qui nous permet de déduire une meilleur résistance de cette souche.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 1.1M 1.2M 1.4M 1.6M
coun
ts
Concentration en NaCl
C vivantes
C mortes
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 1.1M 1.2M 1.4M
Coun
ts
Concentation de NaCl
C vivantes
C mortes
Résultats et discussion
77
Dans tous les cas de stress, il y a donc de fortes proportions de sous-populations. Ce phénomène
est dû à la présence de cellules ayant développé un phénotype «viable» comme rapporté dans la
littérature (Abee et Wouters, 1999). Il est aussi probable que des cellules développent un
comportement « intermédiaire » avec des caractéristiques de cellule viable, telle qu’une
membrane cellulaire intègre, et des caractéristiques de cellules non viables, comme par exemple
une activité intracellulaire enzymatique réduite. Ces deux caractéristiques ont évidemment un
impact direct sur le test de double coloration cFDA/IP mis en œuvre, ce qui rend ardue l’analyse
par cytométrie en flux. De manière générale, les cellules métaboliquement actives ont tendance à
développer une fluorescence verte plus importante. Le second colorant utilisé est l’IP qui diffuse
au travers des membranes endommagées et s’intercale de manière irréversible au niveau de
l’ADN de la cellule. Les cellules non viables sont alors colorées en rouge. La Figure 35 montre
les cytogrammes obtenus après double coloration des cellules.
Résultats et discussion
78
Absence de NaCl
1.1M NaCl
1.2M NaCl
1.4M NaCl
1.6M NaCl
Figure 35 : Cytogrammes obtenus suite à la coloration par le système cFDA/IP Q1 : cellules marquées avec IP(A-B+) ; Q2 : cellules marquées avec cFDA/IP(A+B+) ;
Q3 :cellules non marquées(A-B-) ; Q4 : cellules marquées avec le cFDA(A+B-).
CHT4 CHT2
La popu
Q2 : cet
et 1.2M
La cyto
l’hétéro
bien sép
d’évalue
3.3.2 Et
L’obser
différen
aux cell
Figure
ulation inte
tte populati
M NaCl respe
ométrie en f
ogénéité phy
paré les ce
er la perte d
tat physiolo
rvation des c
nces morpho
lules stressé
36 : Aspec
ermédiaire,
on est impo
ectivement
flux nous a
ysiologique
ellules viab
de viabilité c
ogique des
cellules par
ologiques en
ées par la pr
ct des cellul
Résu
représentan
ortante car
pour la sou
permis d’e
e dans les p
bles des cel
cellulaire da
cellules sou
r microscope
ntre les cell
résence de 1
les de CHT
ultats et di
nt les cellul
elle atteint
che CHT2,
estimer auss
populations
llules stress
ans un milie
us microsco
e à fluoresc
ules cultivé
1.6M de Na
T2 en absen
iscussion
les stressées
40,98% et
et 82,45% à
si bien qual
de bactérie
sées et des
eu salé.
ope à fluor
cence après
ées dans les
Cl (Figures
nce de NaCl
s, est représ
50,56% aux
à 1.2M NaC
litativement
es lactique
s cellules m
rescence :
marquage p
conditions
s 36 et 37).
l en micros
sentée par
x concentra
Cl pour la C
t que quant
testées. La
mortes, ce
par FDA rév
normales p
scopie à flu
le quadrant
ations 1.1M
CHT4.
titativement
méthode a
qui permet
vèle des
ar rapport
uorescence.
79
t
M
t
a
t
Résultats et discussion
80
Figure 37 : Aspect des cellules de CHT2 en présence de 1.6M NaCl sous microscope à fluorescence
On remarque que les cellules stressées sont rassemblées en agrégats avec une association en
chainettes par rapport aux cellules normales qui sont plutôt isolées. Ce phénomène d’agrégation
a été aussi observé chez Lb. alimentarius (Lemay et al., 2000) en présence d’un stress hyper-
osmotique.
On relève aussi l’allongement de cellules stressées, cet allongement est l’une des modifications
morphologiques connues lors des stress hypothermique, acide et hyper osmotique. Ainsi, un
phénomène d’allongement cellulaire a été décrit chez Lb. acidophilus en présence d’un stress
hypo-thermique (Lorca et Font de Valdez, 1999), chez Lb. alimentarius en présence d’un stress
acide (Lemay et al., 2000), chez Listeria monocytogenes en présence d’un stress acide, basique
ou hyper-osmotique (Isom et al., 1995) et chez Staphylococcus. aureus en présence d’un stress
hyper-osmotique (Vijaranakul et al., 1995).
Au contraire, un raccourcissement cellulaire est observé chez Lb. sakei en présence d’un stress
hypo-thermique ou hyper-osmotique (Marceau et al., 2003).
CONCLUSION
Conclusion et perspectives
81
Chez les microorganismes, l’effet d’un stress peut affecter différents niveaux de la
physiologie cellulaire et se mesure donc par différentes méthodes.
La première étape vers la compréhension des effets d’un stress consiste à observer le
comportement du microorganisme qui le subit, ce qui requiert le suivi de divers paramètres
macromoléculaires.
Dans ce travail nous avons étudié le comportement des souches isolées à partir du lait de
chamelle de la région de Timimoun. Ces souches ont présenté une résistance notable vis-à-vis
du stress salin car elles pouvaient croître dans un milieu salé d’une concentration allant
jusqu'à 1.6M. L’un des paramètres étudié dans ce travail est la survie des souches face à des
concentrations croissantes de NaCl : ceci a permis de montrer que la CMI de NaCl diffère
entre les souches bactériennes testées, ce qui indique des capacités de réponses au stress
souches-dépendantes.
La résistance au sel est liée à l’accumulation d’osmoprotecteurs dans le cytoplasme ; la
glycine bétaïne et la proline ont un effet osmoprotecteur efficace sur les souches étudiées. La
recherche de la concentration optimale d’osmoprotecteur a montré que la concentration
70mM proline apporte une osmoprotection optimale.
La comparaison des cinétiques de croissance des bactéries cultivées dans un milieu hyper salé
montre des phases de latence beaucoup plus prononcées, indiquant que le sel affecte la survie
et la croissance des cellules dans le cas d’un choc hyperosmotique.
D’autres méthodes, rendant compte de différents états physiologiques tels que la capacité
ou encore l’intégrité membranaire (méthodes colorimétriques) peuvent également servir à
mesurer la viabilité cellulaire (Oliver, 1993). La cinétique de production d’acide lactique en
bioréacteur par la souche CHT2, dans les conditions normales et en présence d’une
concentration élevée de NaCl non létal pour la bactérie, a montré que la production d’acide
par les cellules stressées est beaucoup moins importante.
Nos résultats indiquent des différences en termes de teneur en protéines chez Lactococcus sp.
CHT1 et CHT4 sous différentes conditions de stress salin : il ya production de certaines
protéines nouvelles, non présentes dans le milieu sans sel (par exemple les protéines 106kDa
et 45kDa) et l'inhibition de la production de certaines autres protéines qui sont produites dans
le milieu sans sel (par exemple la protéine 125kDa). Il ya aussi une augmentation du niveau
d'expression de certaines protéines et diminution pour d’autres (par exemple les protéines
Conclusion et perspectives
82
116kDa, 67kDa, 43.7kDa). Toutes ces différences peuvent être directement associées à la
réponse bactérienne au stress salin. La production de nouvelles protéines ou l'augmentation de
la production de protéines déjà existantes, qui ne sont fabriquées que dans des conditions de
stress, est le résultat induit par le stress. La diminution de la production ou l'inhibition de la
production de certaines protéines est probablement le résultat de niveaux élevés de
modification des protéines ou la régulation des gènes, causée par une diminution de l'activité
métabolique.
Les études sur les bactéries lactiques ont montré qu'il n'ya pas de voie de biosynthèse des
solutés compatibles dans ces bactéries. Ainsi, il semble bien que la proline qui a été détectée
dans nos échantillons est exogène et que son accumulation se fait à partir du milieu de culture
(M17). La présence de proline dans les cellules en absence et en présence de sel confirme que
les bactéries utilisent la proline pour la croissance et aussi pour l’osmoprotection.
La comparaison des profils plasmidiques des deux souches permet de faire les observations
suivantes : le nombre de bandes plasmidiques varie en fonction de la concentration saline du
milieu de culture. Une nouvelle bande d’ADN plasmidique est détectée chez CHT1 cultivé en
présence de 1.4M et 1.6M NaCl ainsi qu’à 1.7M NaCl + 70mM proline. Une bande
plasmidique similaire est observée chez CHT4 cultivée en présence de 1.4M NaCl et 1.6M
NaCl+ 70mM proline.
L’hétérogénéité physiologique dans la population des bactéries lactique testées est bien
constatée grâce à l’étude par cytométrie en flux et le double marquage cFDA/PI a permis de
bien quantifier les proportions des sous populations. Pour CHT2 cultivées dans du milieu
M17 en absence de NaCl les cellules viables représentent 85,95% de la population contre
0,58% de cellules mortes. Par contre en présence de NaCl à 1.1M ou 1.2M les quantités de
cellules mortes sont beaucoup plus importantes que les cellules viables dans notre échantillon.
Ce taux de mortalité est provoqué par le stress salin.
L’observation de l’état physiologique des cellules sous microscope à fluorescence, nous a
permis de déduire que les cellules stressées sont rassemblées en agrégats avec une association
en chainettes par rapport aux cellules non stressées qui sont plutôt isolées. On relève aussi
l’allongement de cellules stressées, cet allongement est l’une des modifications
morphologiques connus lors des stress hypothermique, acide et hyper osmotique.
Conclusion et perspectives
83
Les perspectives de ce travail consistent à mettre en évidence les systèmes de transport
impliqués dans l’accumulation des solutés compatibles (proline et glycine betaine). En
altérant leur croissance, la plupart des stress modifient également le comportement
métabolique des cellules. L’utilisation de techniques de dosage chromatographique (gaz ou
liquide) est un excellent moyen de mettre en évidence l’accumulation de produits toxiques
mais surtout de révéler quels substrats sont consommés et à la formation de quels produits ils
aboutissent.
La purification et l’identification des protéines impliquées dans la résistance au sel par une
électrophorèse bidimensionnelle est indispensable pour caractériser les protéines spécifiques a
ce stress et ces souches.
L’étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la réponse au stress salin en particulier
la perception des signaux de stress est également un volet d’étude intéressant qu’il faudra
développer.
REFERENCES
BIBLIOGRAPHIQUES
Références bibliographiques
84
A
Abdel-rahim A.G. (1987). The chemical composition and nutritional value of camel (Camelus
dromedarius) and goat (Capra hircus) milk. World Rev. Anim. Prod., 23, 9-11. Abee T. et Wouters, J.A.(1999). Microbial stress response in minimal processing. International journal of food microbiology, 50, 65-91. Albers E., Larsson C., Andlid T., Walsh M. C. and Gustafsson L. (2007). Effect of nutrient
starvation on the cellular composition and metabolic capacity of Saccharomyces cerevisiae. Appl Environ Microbiol 73: 4839-48.
Anthoni U., Chisthersen C., Hougaar L. and Nielson P.H. (1991). Quaternary ammonium compounds in the biosphere- an exemple of a versatile strategy. Comp Biochem Physio. 99:1-18.
Arnau J., Sorensen, K.I., Appel, K.F., Vogensen, F.K. and Hammer, K. (1996). Analysis of heat shock gene expression in Lactococcus lactis MG1363. Microbiology. 142 (7): 1685-1691.
Avinash M., Amit M. and Bhavanath J. (2008). Physiological characterization and stress-induced metabolic responses of Dunaliella salina isolated from salt pan; Society for Industrial Microbiology.
B
Baliarda A. (2003). Evaluation de la réponse au stress chez les bactéries lactiques appartenant aux
genres Pediococcus et Tetragenococcus approches physiologiques et génétiques. Thèse de doctorat université de bordeaux1 France.
Bernhardt J., Weibezahn J., Scharf C. and Hecker M. (2003). Bacillus subtilis during feast and famine: visualization of the overall regulation of protein synthesis during glucose starvation by proteome analysis. Genome Res. 13: 224-237.
Blount P. and Moe P.C. (1999) .Bacterial mechanosensitive channels: integrating physiology, structure and function. Trends in Microbiol. 7: 420-424.
Blunden G., Patel A.V., Armstrong N.J., and Gorham J.(1982). Bétaïne distribution in the Malvaceae Phytochemistry. 58( 3): 451-454.
Boch J., Kempf B., Schmid R. and Bremer E. (1996). Synthesis of the osmoprotectant glycine bétaïne in bacillus subtilis ; caracterization of the gbsAB genes. J Bacteriol. 178(17):5121-8.
Boublenza F. (2003). Résistance au sel et osmoprotection chez les souches de Lactococcus lactis. Mémoire de magister. Université d’Oran.
Bourot S., Sire O., Trautwetter A., Touze T., Wu L. F., Blanco C. and Bernard. T. (2000). Glycine betaine–assisted protein folding in a lysA mutant of Escherichia coli .J Biol Chem. 275(2):1050-6.
Bradford M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantifies of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Annals of biochemistry. 169:4845-4847.
Brown A. D. and Edgley J. R. (1980) .Water relations of sugar tolerant yeast: the role of intracellular polyols. J Gen Microbiol .72(3):589-91.
Bunthof C. J., van den Braak S., Breeuwer P., Rombouts F. M. and Abee T. (1999). Rapid fluorescence assessment of the viability of stressed Lactococcus lactis .Appl Environ Microbiol. 65(8):3681-9.
Références bibliographiques
85
Bunthof C. J., Bloemen K., Breeuwer P., Rombouts F.M., Abee T. (2001). Flow cytmetric assessment of viability of lactic acid bacteria. Applied and environmental microbiology. 67, 2326-2335.
C
Caldas T., Demont-Caulet N., Ghazi A. and G. Richarme.(1999).Thermoprotection by glycine betaine and choline.Microbiology.149(pt9):2543-8.
Caplice E. and Fitzgerald G. F. (1999) .Food fermentations: role of microorganisms in food production and preservation .Int J Food Microbiol. 50 (1-2):131-149.
Carpita N. C.(1985). Tensile strength of cell walls of living cells. Plant physiol. 79: 485-488.
Chambers S.A., Wagener T.J. and Weaver J.H. (1987) .Formation and structure of Fe/Cu(001) interfaces, sandwiches, and superlattices Phys. Rev. 36 :8992–9002 .
Champomier-Verges M.C., Maguin E., Mistou M.Y., Anglade P. and Chich J.F. (2002). Lactic acid bacteria and proteomics: current knowledge and perspectives. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 771: 329-342.
Colmer T.D., Fan T.W.M., Lauchli A. and Higashi R.M. (1996). Interactive effects of salinity nitrogen and sulfure on organic solutes in Spatina alterniflora leaf blads. J.Exp. Bichem. 47:369-375.
Colombie V., Bideaux C., Goma G. and Uribelarrea J. L. (2005). Effects of glucose limitation on biomass and spiramycin production by Streptomyces ambofaciens. Bioprocess Biosyst Eng 28: 55-61.
Condon S. (1987). Response of lactic acid bacteria to oxygen. FEMS Microbiol Rev.46:269-280. Csonka L.N. (1981). The role of proline in osmoregulation in Salmonella typhimurium and
Escherichia coli. Basic Life Sci. 18:533-42.
Csonka L.N. (1989). Physiological and genetic responses of bacteria to osmotic stress. Microbiol. Rev. 53 : 121-147.
Csonka L. N. and Hanson A. D. (1991). Prokaryotic osmoregulation: genetics and physiology .Annu Rev Micrbiol. 45:569-606.
Csonka L.N., keda T.P., Fletcher S.A. and Kustu S.(1994 ).the accumulation of glutamate is necessary for optimal growth of Salmonella typhimurium in media of high osmolarity but not induction of the proU operon. J Bacteriol 176, pp6324-6333.
D
Denich T. J., Beaudette L. A., Lee H. and Trevors J. T. (2003). Effect of selected environmental and physico-chemical factors on bacterial cytoplasmic membranes. J Microbiol Methods .52:149-82.
Dressaire C. (2009). Comprendre l’adaptation des Lactococcus lactis par une approche de biologie intégrative à l’échelle du génome. Thèse de doctorat. Institut national des sciences appliquées de Toulouse.
Duwat P., Ehrlich, S.D., and Gruss, A. (1995) .The recA gene of Lactococcus lactis: characterization and involvement in oxidative and thermal stress. Mol Microbiol 17: 1121-1131.
Références bibliographiques
86
E
Eaton T., Shearman C. and Gasson, M. (1993) .Cloning and sequence analysis of the dnaK gene region of Lactococcus lactis subsp. lactis. J Gen Microbiol 139: 3253-3264.
Enfors S. O. (1991). Modes of operation in fermentation: batch, fed-batch and continuous processes. In "Bioreactors engineering course notes" (M. Bervovic, and T. Koloini, Eds.), pp. 1-40, Kridic, B.
Eymann C., Homuth G., Scharf C. and Hecker M. (2002). Bacillus subtilis functional genomics: global characterization of the stringent response by proteome and transcriptome analysis. J Bacteriol 184: 2500-2520.
F
Facklam R. and J.A Elliott (1995) . Identification, classification, and clinical relevance of catalase-negative, Gram-positive cocci, excluding the streptococci and enterococci. Clin. Microbiol. Rev.8: 479-495.
Folgering J.H., Moe P.C., Schuurman-Wolters G.K., Blount P. and Poolman B. (2005). Lactococcus lactis uses MscL as its principal mechanosensitive channel. J. Biol. Chem. 280:8784-8792.
Frees D. and Ingmer H. (1999) .ClpP participates in the degradation of misfolded protein in Lactococcus lactis. Mol Microbiol 31: 79-87.
Frees D., Vogensen F.K. and Ingmer H. (2003). Identification of proteins induced at low pH in Lactococcus lactis. Int J Food Microbiol 87: 293-300.
Fujihama S. and Yoneyama T. (1994). Response of rhizobium freda to osmotic shock inter relationships between K+, Mg2+ glutamate and homospermidine . Microbiology. 140:1909-1916.
Fuller R. (1992) .Probiotics in man and animals .J Appl Bacteriol. 66(5):365-78
G
Galinski E. A. and Truper H. G. (1994). Microbial behaviour in salt-stressed ecosystems. FEMS Microbiol . Rev. 15:95-108.
Giard J-C., Verneuil N., Auffray Y., Hartke A. (2002). Characterisation of genes homologous to the general stress-inducible gene gls24 in Enterrococcus faecalis and Lactococcus lactis. FEMS Microbiol. Let. 206: 235-239.
Glaasker E., Koning W.N. and Poolman B. (1993).Osmotic regulation of intracellular solute pools in Lactococcus plantarum .J .Bactreriol . 178:575-582.
Références bibliographiques
87
Glaasker E., Koning W.N. and Poolman B. (1996a).Glycine betaine fluxes in Lactobacillus plantarum during osmostasis and hyper and hypo osmotic shock. J Biol Chem.271(17):10060-5.
Glaasker E., Koning W.N. and Poolman B. (1996b).Osmotic regulation of intracellular solute pools in Lactobacillus plantarum. J Bacteriol. 178(3):575-82.
Glaasker E., Heuberger E. H., Konings W. N. and Poolman B. (1998). Mechanism of osmotic activation of the quaternary ammonium compound transporter (QacT) of Lactobacillus plantarum . J Bacteriol. 180(21): 5540-6.
Gordin B.R. and Gorbach S.L. (1992). Probiotics for humans. Probiotics, the scientific basis, 355-376.
Gouffi Belhabich Kamila. (1998). Osmoprotection sans accumulation de l'osmoprotecteur : caractérisation du phénomène chez Sinorhizobium meliloti Thèse doctorat. Université de Rennes
Guedon E., Jamet E. and Renault P. (2002) .Gene regulation in Lactococcus lactis: the gap between predicted and characterized regulators. Antonie Van Leeuwenhoek 82: 93-112.
Guillot A., Obis D. and Mistou M.Y. (2000) .Fatty acid membrane composition and activation of glycine bataine transport in Lactococcus lactis subjected to osmotic stress. International Journal of Food Microbiology. 55:47-51.
Gyaneshwar P., Paliy O., McAuliffe J., Popham D. L., Jordan M. I. and Kustu S. (2005). Sulfur and nitrogen limitation in Escherichia coli K-12: specific homeostatic responses. J Bacteriol 187: 1074-90.
H
Hartke A., Bouche S., Gansel X., Boutibonnes,P. and Auffray Y. (1994). Starvtion-induced stress resistance in Lactococcus lactis subsp. lactis IL1403. Appl Environ Microbiol 60: 3474-3478.
Hartke A., Bouche S., Giard J.C., Benachour A., Boutibonnes P., Auffray Y. (1996) The lactic acid stress response of Lactococcus lactis subsp. lactis. Cur. Microbiol. 33: 194-199.
Hartke A., Frere J., Boutibonnes P. and Auffray Y. (1997).Differential induction of the chaperonin GroEL and the Co-chaperonin GroES by heat, acid, and UV-irradiation in Lactococcus lactis subsp. lactis. Curr Microbiol 34: 23-26.
Hecker M., Schumann W. and Volker U. (1996). Heat-shock and general stress response in Bacillus subtilis. Mol Microbiol 19: 417-428.
Hengge-Aronis R. (2002) .Recent insights into the general stress response regulatory network in Escherichia coli. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 4(3):341-6.
Hoefel, D., Grooby, W.L., Monis, P.T., Andrews, S. et Saint , C.P. (2003) A comparative study of carboxyfluorescein diacetate and carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester as indicators of bacterial activity. Journal of Microbiological Methods 52: 379-388.
I
Ingmer H., Vogensen F.K., Hammer K. and Kilstrup M. (1999). Disruption and analysis of the clpB, clpC, and clpE genes in Lactococcus lactis: ClpE, a new Clp family in gram-positive bacteria. J Bacteriol .181: 2075-2083.
Isom L.L., Khambatta Z.S., Moluf J.L., Akers D.F. and Martin S.E. (1995) .Filament formation in Listeria monocytogenes .J. Food Protect. 9: 1031-1033.
Références bibliographiques
88
K
Kappes R.M., Kempf B., Bremer E. (1996).Three transport systems for the osmoprotectantGlycine betaine operate in Bacillus subtilis: characterization of OpuD, J. Bacteriol. 178:5071-5079.
Karam N-E. (1995). Constitution d’un souchier de bactéries lactiques à intérêtbiotechnologique : étude biochimique et moléculaire. Thèse de doctorat d’état. Université d’Oran.
Karam N.E. and Zadi-Karam H. (2006). Bactéries lactiques du lait de chamelle d’Algérie : mise en évidence de souches de Lactococcus résistantes au sel. Tropicultura. 24 :153-156
Kell D. B., Kaprelyants A. S., Weichart D. H., Harwood C. R. and Barer M. R.(1998). Viability and activity in readily culturable bacteria: a review and discussion of the practical issues. Antonie Leeuwenhoek. 73:169–187.
Kempf B. and Bremer E. (1998) .Uptake and synthesis of compatible solutes as microbial stress response to high-osmolality environments.Arch Microbiol. 170(5):319-30.
Kets E.P.W. and de Bont J.A.M. (1996). Protective effect of betaine on survival of Lactobacillus plantarum subjected to drying .FEMS Microbiol.Lett. 116:251-256.
Kilstrup M., Jacobsen S., Hammer K. and Vogensen F.K. (1997).Induction of heat-shock proteins DnaK, GroEL, and GroES by salt stress in Lactococcus lactis. Appl. Environ. Microbiol. 63 : 1826-1837.
Kim S.G. and Batt C.A. (1993). Cloning and sequencing of the Lactococcus lactis subsp. lactis groESL operon. Gene .127: 121-126.
Kinne R.K. (1993). The role of organic osmolytes in osmoregulation: from bacteria to mammals. The Journal of experimental zoology .265(4):346-55.
Klaenhammer R. and O’Sulliver D.J.(1993). Rapid Mini-prep Isolation of High-quality plasmid DNA from Lactococcus and Lactobacillus. Appl environmental Microbiology.59: pp 2730-2733.
Ko R., Smith L. T. and G. M. Smith.(1994).Glycine betaine confers enhanced osmotolerance and cryotolerance on Listeria monocytogenes. J Bacteriol. 176 (2):426-31;
Koch A.L. (1984). Shrinkage of growing Escherichia coli cells by osmotic challenge. J Bacteriol. 159(3): 919-24.
Koch B., Kilstrup M., Vogensen F.K. and Hammer K. (1998). Induced levels of heat shock proteins in a dnaK mutant of Lactococcus lactis. J Bacteriol 180: 3873-3881.
Knoess K.H.; Makhudum A.J., Rafiq M. and Hafeez M. (1986). Potentiel laitier de la chamelle, Rev. Mond de Zoot. n.g 57 :11-21.
Kunji E.R.S., Ubbink T., Matin A., Poolman B. and Konings, W.N. (1993). Physiological responses of Lactococcus lactis ML3 to alterning conditions of growth and starvation. Arch Microbiol 159: 372-379.
L
Laemmeli U.K. (1970) .Cleavage of structural protein during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature .227:680-685.
Larsen P.I., sydnes L.k., Landflad B. et Strom A.R. (1987) .osmoregulation in Escherichia coli by accumulation of organic solutes: betaines, glutamic acid and trehalose. Arch.Microbial. 147, pp1-7.
Références bibliographiques
89
Lavermicocca P., Valerio F., Evidente A., Lazzaroni S., Corsetti A. and Gobbetti M. (2000). Purification and characterization of novel antifungal compounds from the sourdough Lactobacillus plantarum strain 21B .Appl Environ Microbiol. 66(9): 4084-90.
Lemay M.J., Rodrigue N., Gariepy C. and Saucier L. (2000). Adaptation of Lactobacillus alimentarius to environmental stresses . Int J Food Microbiol .55 (1-3) :249-53.
Le Rudulier D., Strom A.R., Dandekar A.M., Smith L.T. and Valentine R.C. (1984). Molecular biology of osmoregulation.Science. 224:1064-1068.
Le Rudulier D. and Bouillard L. (1993) .Glycine betaine, an osmotic effector in Klebsiella pneumoniae and other members of the Enterobacteriaceae. Appl Environ Microbiol. 46(1):152–159.
Le Rudulier D. (1993). L’osmoregulation chez les bactéries : aspect génétique et physiologique. Bull. Soc. Fr. Microbiol. 8(3):167-169.
Lindgren S.E. and Dobrogosz W.J. (1998). Antagonistic activities of lactic acid bacteria in food and feed fermentation. FEMS MICROBIOL REV. 7( 1-2) :149-63.
Lipper K. and Galinski E. A. (1992) .Enzyme stabilization by ectoine-type compatible solutes: protection against heating , freezing and drying.
Lopez-Garcia P. and Forterre P. (2000). DNA topology and the thermal stress response, a tale from mesophiles and hyperthermophiles. Bioessays 22: 738-46.
Lorca G. L. and G. Font de Valdez (1999) .The effect of suboptimal growth temperature and growth phase on resistance of Lactobacillus acidophilus to environmental stress .Cryobiology 39 (2):144-9.
Lozach E. (2001) .Le sel et les micro-organismes. Thèse de doctorat, Ecole Nationale Vétérinaire d'Alfort, Maisons-Alfort, 98p.
M
Magnusson J., Strom K., Roos S., Sjogren J. and Schnurer J. (2003). Broad and complexe antifungal activity among environmental isolates of lactic acid bacteria. FEMS Microbiol Lett. 219 (1): 129-35
Marceau A., Zagorec M. and Champomier-Verges M. C. (2003). Positive effect of growth at suboptimal temperature and high salt concentration on long term survival of Lactobacillus sakei .Res Microbiol .154(3): 37-42.
Martinez-Murcia A. J., Acinas S. G. and Rodriguez-Valera F. (1995). Evaluation of prokaryotic diversity by restrictase digestion of 16S rDNA directly amplified from hypersaline environments. FEMS Microbiology Ecology. 17(4):247-255.
Mary I. (2003). Mécanismes moléculaires de la réponse aux stress environnementaux chez la cyanobactérie marine Prochlorococcus. Thèse de Doctorat Université de Rennes.
Measures J.C (1975). Role of amino acids in osmoregulation in non-halophilic bacteria. Nature. 257, 398–400.
Mehaia M.A. (1995). The fat globule size distribution in camel, goat, ewe and cow milk. Milchwisenschaft. 50, 260-263.
Meury J. (1988). Glycine betaine reverses the effects of osmotic stress on DNA replication and cellular division in Escherichia coli. Arch. Microbiol. 149: 232-239.
Références bibliographiques
90
Mofredj A., Balhoul H. and Chamet C. (2007). Lactococcus lactis: non pathogène opportuniste Médecine et maladie infectieuse. 37: 200-207.
Mogk A., Homuth G., Scholz C., Kim L., Schmid F.X. and Schumann W. (1997). The GroE chaperonin machine is a major modulator of the CIRCE heat shock regulon of Bacillus subtilis. Embo J. 16: 4579-4590.
Mogk A., Volker A., Engelmann S., Hecker M., Schumann W. and Volker U. (1998). Nonnative proteins induce expression of the Bacillus subtilis CIRCE regulon. J Bacteriol 180: 2895-2900.
Molenaar D., Hagting A., Alkema H., Driessen A.J. and Konings W.N. (1993). Characteristics and osmoregulatory roles of uptake systems for proline and glycine betaine in Lactococcus lactis. J. Bacteriol. 175 : 5438-5444.
Monnet V. (1993). Les peptidases des lactocoques. Le lait .73:97-108.
Moritz B., Striegel K., de Graaf A. A. and Sahm H. (2002). Changes of pentose phosphate pathway flux in vivo in Corynebacterium glutamicum during leucine-limited batch cultivation as determined from intracellular metabolite concentration measurements. Metab Eng. 4: 295-305.
Moslah m. (1994). La production laitière du dromadaire en Tunisie. Actes du Colloque : "Dromadaires et chameaux animaux laitiers", 24-26-octobre, Nouakchott, Mauritanie.
Motlagh A. M., Johson M. C. and Ray B. (1991). Viability loss of food born pathogens by starter cultures metabolites. FEMS Microbiol Rev. 2 :131-149.
Mykytczuk N. C., Trevors J. T., Leduc L. G. and Ferroni G. D. (2007). Fluorescence polarization in studies of bacterial cytoplasmic membrane fluidity under environmental stress. Prog Biophys Mol Biol 95: 60-82.
N
Nebe-Von-Caron G., S. P. J., Hewitt C.J., Powell J.R., Badley R.A. (2000). Analysis of bacterial function by multi-colour fluorescence flow cytometry and single cell sorting. Journal of microbiological methods. 42, 97-114.
Neidhardt F.C., Ingraham J.L. and Schaechter M. (1994). La régulation de l'expression des gènes: systèmes multigéniques et régulation globale (chapitre XIII). In Physiologie de la cellule bactérienne - Une approche moléculaire. Masson (ed). Paris, pp. 325-358.
Nikolaev Y.A., Mulyukin A.L., Stepanenko I.Y. and Registan G.I. (2006). Autoregulation of stress response in microorganisms. Microbiol 75(4):420–426.
O
O’Byrne C.P. and Booth I.R. (2002) .Osmoregulation and its importance to food –borne microorganisms . Int JFood Microbiol 74 (3): 203- 16.
Obis D., Guillot A., Gripon J. C., Renault P., Bolotin A. and Mistou M. Y. (1999). Genetic and biochemical caracterisation of high-affinity betaine uptake system (BusA) in Lactococcus lactis reveals a new functional organization within bacterial ABC transporters. J Bacteriol. 181(20): 6238-46.
Références bibliographiques
91
Obis D., Guillot A. and Mistou M. Y. (2001). Tolerance to high osmolality of Lactococcus lactis ssp. Lactis and cremoris is related to the activity of a betaine transport system. FEMS Microbiol. Lett. 202: 39-44.
O'Connell-Motherway M., van Sinderen D., Morel-Deville F., Fitzgerald G. F., Ehrlich S. D. and Morel P. (2000). Six putative two-component regulatory systems isolated from Lactococcus lactis subsp. cremoris MG1363. Microbiology 146 (Pt 4): 935-47.
Oliver J.D. (1993). Formation of viable but nonculturable cells. In Starvation in bacteria. Kjeileberg, S. (ed). New York and London: Plenum press, pp. 239-272.
Orla-Jensen S. (1919) .The lactic acid bacteria. Fred Host and Son, Copenhague. P
Patchet R.A., Kelly A.F., Kroll R.G. (1992). Effet of sodium chloride on the intracellular solute pools of Listeria monocytogenes. Appl. Environ. Microbiol., 58,3959-3963.
Perroud B. and Le Rudulier D. (1985) .Glycine betaine transport in Escherichia coli: osmotic modulation. J Bacteriol. 161(1): 393-401
Poolman B., Driessen A.J.M. and Konings W.N. (1987). Regulation of solute transport in streptococci by external and internal pH values. Microbiol. Rev. 51 : 498-508.
Poolman B., and Glaasker E. (1998). Regulation of compatible solute accumulation in bacteria. Mol Microbiol. 29(2):397-407.
Poolman B., Blount P., Folgering J.H., Friesen R.H., Moe P.C., van der Heide T. (2002) How do membrane proteins sense water stress? Mol. Microbiol. .44: 889-902.
Pot B. (2008). The taxonomy of lactic acid bacteria. In Corrieu, G. et Luquet, F.-M. (ed.). Bactéries lactiques, de la génétique aux ferments. Tec&Doc Lavoisier, Paris, 1-152.
Prorot A., C. Eskicioglu,. R. Droste, C. Dagot et P. Leprat (2008). Assessment of physiological state of microorganisms in activated sludge with flow cytometry: application for monitoring sludge production minimization, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 35: 1261-1268.
Potts M. (1994). Dessication tolerance of prokaryotes. Microbiol Rev .58 (4):755-805.
R
Ragoonanan V., Malsam J., Bond D. R. and Aksan A. (2008). Roles of membrane structure and phase transition on the hyperosmotic stress survival of Geobacter sulfurreducens. Biochim Biophys Acta 1778: 2283-90.
Rallu F. (1999). Etude de la résistance au stress acide de Lactococcus lactis. Thèse doctorale, Université Paris 6, Paris, France.
Ramet J.P. (1993). La technologie des fromages au lait de dromadaire (Camelus dromedarius).Etude F.A.O., Production et santé animales, 113.
Ramet J. P. (2003). Aptitude à la conservation et à la transformation fromagère du lait de chamelle. Actes de l'Atelier International sur : "Lait de chamelle pour l'Afrique", 5-8 novembre, Niamey, Niger. Rault A., Béal C., GhorbaL S., Ogier J.C., Bouix M. ( 2007). Multiparametric flow
cytometry allows rapid assessment and comparison of lactic acid bacteria viability after freezing and during frozen storage. Cryobiology, 55, 35-43.
Références bibliographiques
92
Redon E. (2005). Identification des déterminants de l’expression génétique lors de l’adaptation de Lactococcus lactis au stress : intégration des données de transcriptome et de stabilité des ARN messagers. Thèse de doctorat. Université de Toulouse.
Richard D. et Gerald D. (1989). La production laitière des dromadaires Dankali (Ethiopie).Rev. Elev. Méd. Vét. Pays Trp., 42, 97-103.
Rius N., Sole M. and Lore J.G. (2008). Notion stress Acid-base response of bacterial suspensions. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 35(2):1093–1101.
Romeo Y., Bouvier J. and Gutierrez C. (2001). La réponse au stress osmotique des bactérieslactiques Lactococcus lactis et Lactobacillus plantarum. Le Lait. 81 : 49-55.
Romeo, Y, Bouvier, J., Gutierrez C. et Bouvier I. (2003). La réponse au stress osmotique des bactéries lactiques. pp. 645-661. in Minéraux et produits laitiers, F.Gaucheron ed, Tech & Doc.
Rosetti G. and Congiu S. (1955). Zootechnical and veterinary investigations on the domestic animals of Somalia. Mogadishu: Ispettorato Veterinario,. Amministrazione Fiduciaria Italiana della Somalia. 207 pp., 1955.
Ryu Y. G., Kim E. S., Kim D. W., Kim S. K., and Lee K. J. (2007). Differential stringent responses of Streptomyces coelicolor M600 to starvation of specific nutrients. J Microbiol Biotechnol 17: 305-12.
S
Saad D. (1997) Mise en évidence de Lactococcus lactis résistantes à 7.5% de NaCl . Mémoire de D.E.S. Université d’Oran.
Sanders J.W., Venema G., Kok J. and Leenhouts K. (1998) .Identification of sodium chloride-regulated promoter in Lactococcus lactis by single-copy chromosomal fusion with a reporter gene. Mol.Gen.Genet., 257: 681-685.
Sandine W.E., Radich P.C. and Elliker P.R. (1972) .Ecology of the lactic streptococci. J. Milk Food Technol. 35 : 176-184.
Santoro M. M., Liu Y., M. Khan S., Hou L. X. and Bolen D. W.(1992). Increased thermal stability of proteins in the presence of naturally occurring osmolytes. Biochemestry. 31(23):5278-83.
Sawaya W.N,Khalil J.K.,Al-Shalhat A.F and Al-Mohammed H.(1984). Chemical composition and nutritional quality of camel milk. Journal of Food Science.49: 744-747.
Schleifer K.H., Kraus J., Dvorak C., Kilpper-Balz R., Collins M.D. and Fischer W. (1985). Transfer of Streptococcus lactis and related streptococci to the genus Lactococcus. gen. nov. Appl. Microbiol. 6 :183-195.
Schleifer K.H. (1987). Recent changes in the taxonomy of lactic acid bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 46: 201-203.
Schulz A. and Schumann W. (1996). hrcA, the first gene of the Bacillus subtilis dnaK operon encodes a negative regulator of class I heat shock genes. J Bacteriol 178: 1088-1093.
Sleator R. D. and Hill C.(2002). Bacterial osmoadaptation: the role of osmolytes in bacterial stress and virulence. FEMS Microbiol Rev. 26(1):49-71.
Selkh A. (1995) .Contribution à l’étude des protéines et des bactéries lactiques du lait de chamelle de Timimoun. Mémoire de DES. Université d’Oran. Seruto S., Chillemi R., Morone R., Patti A. and Fiatteli M. (1989). Dragendroff positive
compounds of mediterranean red algae . Biochem Systematic Ecol. 17: 5610.
Références bibliographiques
93
Smelt J. P. P. M., Otten G.D. and Bos A.P. (2002). Modelling the effect of sublethal injury on the distribution of the lag times of individual cells of Lactobacillus plantarum. International journal of food microbiology, 73, 207-212.
Smith L.T., Pocard J.A, Bernard T. and Le Rudulier D. (1988). Osmotic/control of glycine betaine biosynthesis and degradation in Rhizobium meliloti. J Bacteriol. 170: (7):3143-9.
Stiles M.E. (1996) .Biopreservation by lactic acid bacteria. Antonie van Leeuw. 70: 331-340.
Stiles M. E. and W. H. Holzapfel (1997) .Lactic acid bacteria of food and their current taxonomy .Int J food Microbiol .36.(1): 1-29.
Stuart M.R., Chou L.S. and Weimer B.C. (1999). Influence of carbohydrate starvation and arginine on culturability and amino acid utilization of Lactococcus lactis subsp. lactis. Appl. Env. microbiol. 65: 665-673.
Sugimoto S., Abdullah Al M. and Sonomoto K. (2008). Molecular chaperones in lactic acid bacteria: physiological consequences and biochemical properties. J Biosci Bioeng 106: 324-36.
Sukharev S. (1999) .Mechanosensitive channels in bacteria as membrane tension reporters. The FASEB J., 13: 55-61.
Svensater G., Sjogreen B. and Hamilton I.R. (2000). Multiple stress responses in Streptococcus mutans and the induction of general and stress-specific proteins. Microbiology. 146 ( Pt 1): 107-117.
T
Tatzelt J., Prusiner S. B. and Welch W. J.(1996). Chemical chaperones interfere with the formation of scrapie prion protein. EMBO J. 15:6363–6373.
Terzaghi B.E. and Sandine W.E.(1975). Improved medium for lactic streptococci and their bacteriophages. Applied Microbiology. 29:807-813.
Touze T. (2000).Osmoregulation chez Erwinia chrysanthemi: mise en évidence de la spécificité d’action des osmoprotecteurs Thèse de doctorat, Université de Rennes, France.
Troll W. and Lindsley J. (1955) .A photometric method for the determination of proline. J .Bio
chem.215: 655-660. Timasheff S. N. (1993) .The controle of protein stability and association by weak interactions with
water : how do solvents affect these processes . Annu Rev Biomol Struc . 22:67-97.
V
Vandamme P., Pot B., Gillis M., de Vos P., Kersters K. and Swings J. (1996). Polyphasictaxonomy, a consensus approach to bacterial systematics. Microbiol. Rev. 60: 407-438.
Van Der Heide T. and B. Poolman (2000). Glycine bétaïne transport in Lactococcus lactis is osmotically regulated at the level of expression and translocation activity .J Bacteriol . 182(1): 203-6.
Van Asseldonk M., Simons A., Visser H., de Vos W.M. and Simons G. (1993). Cloning, nucleotide sequence, and regulatory analysis of the Lactococcus lactis dnaJ gene. J Bacteriol 175: 1637-1644.
Références bibliographiques
94
Vijaranakul U., Nadakavukaren M. J., de Jonge B. L., Wilkinson B. J., and Jayaswal R. K. (1995) .Increased cell size and shortened peptidoglycan interpeptide bridge of NaCl-stressed Staphylococcus aureus and their reversal by glycine bétaïne .J Bacteriol. 177(17): 5116-21.
W
Wangoh J., Farah Z. and Puhan Z. (1998 ). Composition of Milk from 3 Camels(Camelus dromedarius) Breeds in Kenya during Lactation. Milchwissenschaft, 53, 136-139.
Whitaker R.D. and Batt C.A. (1991) .Characterization of the heat shock response in Lactococcus lactis subsp. lactis. Appl Environ Microbiol 57: 1408-1412.
Wouters J.A., Jeynov B., Rombouts F.M., de Vos W.M., Kuipers O.P., Abee T. (1999) Analysis of the role of 7 kDa cold-shock proteins of Lactococcus lactis MG1363 in cryoprotection. Microbiology. 145: 3185-3194.
Wouters J.A., Mailhes M., Rombouts F.M., de Vos W.M., Kuipers O.P., Abee T. (2000a) Physiological and regulatory effects of controlled overproduction of five cold shock proteins of Lactococcus lactis MG1363. Appl. Environ. Microbiol. 66: 3756-3763.
Wouters J.A., Rombouts F.M., Kuipers O.P., de Vos W.M., Abee T. (2000b) The role of cold-shock proteins in low-temperature adaptation of food-related bacteria. Syst. Appl. Microbiol. 23: 165-173.
Wouters J.A., Frenkiel H., de Vos W.M., Kuipers O.P., Abee T. (2001) Cold shock proteins of Lactococcus lactis MG1363 are involved in cryoprotection and in the production of cold-induced proteins. Appl. Environ. Microbiol. 67: 5171-8.
X
Xu H. S., Roberts N., Singleton F. L., Attwell R. W., Grimes D. J. and Colwell R. R.(1982). Survival and viability of non culturable Escherichia coli and Vibrio cholerae in the marine environemment. Microbial Ecol.8:313-323.
Y
Yagil R. (1982). Camels and Camel Milk. FAO, Animal Production and Health, Paper N° 26, 1-69. Yagil R. and Etzion Z. (1980). Effect of drought conditions on the quality of camel milk. J. Dairy. Res., 47, 159-166.
Z
Zuber U. and Schumann W. (1994). CIRCE, a novel heat shock element involved in regulation of heat shock operon dnaK of Bacillus subtilis. J Bacteriol 176: 1359-1363.
Zadi-Karam H. (1998). Bactéries lactiques isolées du lait de Chamelus dromadarius. Etude microbiologique et biochimique, caractéristique technologique, élaboration de ferments lactiques mésophiles et fabrication de fromages. Thèse de Doctorat d’état. Université de Constantine.
ANNEXE
ANNEXE Milieu de culture M17 Milieu de base : � Peptone trypsique de caséine 2.50g � Peptone pepsine de viande 2.50g � Peptone papainique de soja 5.00g � Extrait de levure 2.50g � Extrait de viande 5.00g � Glycérophosphate de sodium 19.00g � Sulfate de magnésium 0.25g � Acide ascorbique 0.50g � Eau distillée qsp 950ml pH=7.2 Stérilisation à 120°C pendant 20mn Solution de lactose : � Lactose 5g � Eau distillée 50ml Stérilisation à 110°C pendant 15mn Lait écrémé : � Lait écrémé 10g � Extrait de levure 0.5g � Eau distillée 100ml Stérilisation à 110°C pendant 15mn Tampons Tampon de migration (pH=8.3) : � Tris 3.03g � SDS 14.4g � Glycérol 1g � Eau distillée 1000ml Tampon d’échantillon (pH=6.5) : � Tris 0.15g � SDS 0.4g � Glycérol 2g � Bleu de Bromophénol 0.01g � B-Mercaptoéthanol 0.05ml � Eau distillée qsp 100ml Tampon Tris- EDTA (pH=7.5) : � Tris HCl 50mM � EDTA 5mM Tampon TBE (pH=7.5) : � Tris HCl 0.09mM � EDTA 2.08mM � Acide Borique 0.09mM Tampon de charge � Bleu de Bromophénol 25% � Glycérol ou saccharose 40%
Solutions Solution de coloration : � Bleu de coomassie R250(Merk) 0.25g � Méthanol.H2O (V/V) 90ml � Acide acétique 10ml Solution de décoloration : � Méthanol.H2O (V/V) 900ml � Acide acétique 100ml Réactif Réactif de Bradford : � Bleu de coomasie G250(Merck) 10mg � Acide orthophosphorique 10ml � Ethanol 95% 5ml � Eau distillée qsp 100ml Solvant pour la chromatographie sur couche mince : � Butanol 80ml � Acide acétique 20ml � Eau distillée 20ml Composition du mélange utilisé en dosage de proline : � Acide acétique 30ml � Acide orthophosphorique 8ml � Eau distillée 12ml
Résumé : Nous avons étudié l’effet du stress osmotique sur des lactocoques de la collection du laboratoire et qui proviennent du lait de chamelle de la région de Timimoun (Sud Ouest algérien). Le suivi de la croissance de 20 souches en présence de différentes concentrations de NaCl(1.1 ,1.2 ,1.4,1.6 et1.7M) dans le milieu M17 a montré que ces souches pouvaient croitre dans un milieu salé d’une concentration allons jusqu'à 1.6M .L’un des paramètres étudié dans ce travail est la survie des souches face à des concentrations croissantes de NaCl jusqu'à aboutir à la CMI(concentration minimale inhibitrice). L’étude de l’osmoprotection par la proline et la glycine betaine a montrée que les deux molécules apportent une osmoprotection en présence de la CMI de NaCl ; la proline été sélectionné comme l’osmoprotecteur le plus efficace pour ces souches à une concentration de 70mM, la cinétique de croissance des souches dans les différentes conditions a confirmée ces résultats. L’activité acidifiante des souches est affecté par ce stress après culture en fermenteur, cette activité étant la principale activité métabolique de ces bactéries qui caractérise aussi leur l’état physiologique. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons sectionné deux souches (CHT1 et CHT4) pour mettre en évidence l’un des mécanisme de lutte contre ce stress qui est la synthèse de protéine chaperonne par l’électrophorèse SDS-PAGE, les résultats montrent que le sel induit des modifications qualitatives et quantitatives dans la synthèse protéique, les profils protéiques ont été analysés par un logiciel (image j) qui nous a permis de mettre en évidence les différences entre les profils selon le temps d’incubation des cellules dans les différentes concentrations de NaCl (24h,48h et72h) ; le deuxième mécanisme qui a été mis en évidence est l’accumulation de la proline dans les conditions de stress par chromatographie en couche mince et quantifié par un dosage spectrophotométrique. Par ailleurs, une comparaison du profil plasmidique des deux souches suggère que le contenu en ADN plasmidique est susceptible de subir des variations qualitatives en fonction de la concentration saline. Sur la base de la cytométrie en flux et les résultats obtenus avec le double marquage par c FDA et PI a bien quantifié l’hétérogénéité physiologique dans la population des bactéries lactique testées. Par conséquent, on peut conclure que la cytométrie en flux multiparamétrique était un outil excellent pour l'évaluation rapide de la viabilité cellulaire après exposition au stress osmotique. L’observation de l’état physiologique des cellules sous microscope à fluorescence, a permis de déduire que les cellules stressées sont rassemblées en agrégats avec une association en chainettes, ceci représente une caractérisation morphologique des bactéries stressées. Mots clés : Lactococcus- stress salin- osmoprotection- proline- protéines du stress- plasmide-cytométrie en flux
Abstract: We studied the growth of 20 strains in saline M17 medium, M17 medium containing various concentrations of NaCl (1.1, 1.2, 1.4,1.6 et1.7M), these strains showed significant resistance to salt stress because they could grow in a medium salt concentration of 1.6M . We determined the minimal inhibitory concentration (MIC) for each strain. The study of osmoprotection by proline and glycine betaine has shown that the two molecules provide an osmoprotection in the presence of the MIC of NaCl, the proline was selected as the most effective osmoprotecteur these strains at a concentration of 70 mM. The growth kinetics of strains in different conditions has confirmed these results. The acidifying activity of the strains is affected by stress after culture in a fermenter, this activity is the main metabolic activity of the bacteria that also characterized their physiological state. In the second part of the thesis, we cut two strains (CHT1 and CHT4) to highlight one of the mechanism to fight against this stress is the synthesis of the chaperone protein by SDS-PAGE, the results show that salt induces qualitative and quantitative changes in protein synthesis, protein profiles were analyzed by software (image j) which allowed us to highlight the differences between the profiles according to time of incubation of cells in different concentration of NaCl (24, 48 et72h), the second mechanism that has been highlighted is the accumulation of proline in stress conditions by thin layer chromatography and quantified by a spectrophotometric assay. Furthermore, a comparison of plasmid profiles of two strains suggests that the plasmid DNA content is likely to undergo qualitative changes as a function of salt concentration. Based on flow cytometry and the results obtained with the double labeling with c FDA and PI has quantified the physiological heterogeneity in the population of lactic bacteria tested. Therefore, one can conclude that multiparameter flow cytometry was an excellent tool for rapid assessment of cell viability after exposure to osmotic stress. The observation of the physiological state of cells under a fluorescence microscope enabled us to deduce that the stressed cells are collected into aggregates with a silver chain association; this represents a morphological characterization of stressed bacteria. Keywords: Lactococcus-salt stress-proline- osmoprotection-stress protein-plasmid- flow cytometry
:ملخص
حليب الإبل من منطقة المعزولة من lactococci بكثيرياالمن على جمع رثفاع فى ثرآىز الوسط الغدائى درسنا تأثير الإ، 1.2، 1.1(سلالات في وجود ترآيزات مختلفة من آلوريد الصوديوم 20رصد النمو ). جنوب غرب الجزائر(تيميمون 1.4،1.6 et1.7M (وسط في الM17 1.6 حتى ترآيز وسط ال هداهذه السلالات يمكن أن تنمو في أظهرت أنM . إحدى MICفي هذا العمل هو بقاء السلالات التي تواجه زيادة ترآيزات آلوريد الصوديوم للوصول إلى ثدرس الثىالمعلمات
).ترآيز المثبطة الحد الأدنى(في وجود osmoprotectionر أن الجزيئين توفالبرولين ومن البيتين جليكاين osmoprotectionوقد أظهرت دراسة
CMIين آما آلوريد الصوديوم ؛ تم اختيار البرول منosmoprotecteur 70ذه السلالات عند ترآيز هعلى الأآثر فعالية . mM هذا النشاط هو النشاط يعتبر،ثواجدها فى وسط غدائى مالح عند سلالات ى للر النشاط الحمضىتأث النتائجأآدت
.الفسيولوجية حالتهاتميز أيضاالتي ولرئيسي من هذه البكتيريا امن آلية مكافحة الإجهاد هو لتسليط الضوء على واحدة) CHT4و CHT1(سلالتين خثارحة، نفي الجزء الثاني من الأطرو
يسببها الملح ، البروتين انتاج تغييرات نوعية وآمية في ان هناك ، فقد بينت النتائجSDS-PAGEبواسطة البروتين انتاجفي ترآيزات البروثىنلت بين الموجودة سمح لنا لتسليط الضوء على الاختلافات بواسطة برنامج اثالبروتين وتحليل
هده وقد تم التعرف على الآلية الثانية هو تراآم البرولين فية مخثلفة المدحضانة الخلايا وعندمختلفة من آلوريد الصوديوم .الكروماتوغرافىا على الورق عن طرىقظروف ال
البلازميد من المرجح أن تخضع DNAمن سلالتين يشير إلى أن محتوى اثالبلازميدة لك، إن مقارنوعلاوة على ذ .لتغييرات نوعية بوصفها وظيفة من ترآيز الملح
. التي تم اختبارها كتريا الفسيولوجية للبعدم التجانس في نستنتج تم الحصول عليها بناء على التدفق الخلوي والنتائج التيخلية بعد التعرض آان أداة ممتازة للتقييم السريع للبقاء ال multiparametricيمكننا أن نستنتج أن التدفق الخلوي لذلك،
.ر الملحىتوتللخاصية من ، هذا يمثل لخلايا المجهدة ل في مجموعات البكتىريا تجميع نااستخلصللخلايا تحت المجهر ، بعد فحص