Transcriptomic study of the yeast Yarrowia lipolytica metabolism in a cheese ecosystem
Etude du métabolisme de la levure Yarrowia lipolytica dans un écosystème fromager par une approche transcriptomique
Résumé
The adaptation of microorganisms to their environment depends on both their ability to cope with the physico-chemical characteristics of the cheese and their ability to degrade substrates in their environment, while interacting with other microbial species. Controlling the dynamics of populations remains a major challenge in order to control the different steps of cheese production. The flora being selected, this could enable, to shorten the ripening time significantly while maintaining or even improving the microbial and organoleptic qualities of the cheese. Many studies have highlighted the inability of adaptation of the inoculated microorganisms, which are in competition with the natural flora of the cheese. The objective of this work was to better understand the adaptative metabolism of the ubiquitous yeast Yarrowia lipolytica. As a first step, we chose to study the metabolism of this yeast in mono-culture focusing on key metabolic pathways of cheese ripening, lactate and amino acids catabolism. The combination of molecular, microbiological, biochemical and proteomics techniques has helped to confirm a real preference of this yeast for amino acids. The lack of amino acids induces an oxidative stress in Y. lipolytica. Moreover, a correlation between the consumption of amino acids and the production/accumulation of ammonia by the yeast has been highlighted. Ammonia could have a role i) in the alcalinisation of the medium, an essential step in the manufacture of cheese for the development of the acid-sensitive flora ii) as a signal molecule between yeasts. In a second step, the study of the interaction in yeast with 2 bacteria was performed: Lactococcus lactis and Staphylococcus xylosus. A first step was to understand the phenomena of interaction in a chemically defined medium, using a targeted approach (quantitative RT-PCR) on genes involved in the catabolism of lactate, pyruvate or amino acids. The mixed culture study allows the identification of interactions phenomena between micro-organisms in terms of growth or metabolic complementarity. Indeed, in the presence of S. xylosus major genes involved in the amino acids catabolism are repressed in the yeast. In addition, the expression of Y. lipolytica lactate dehydrogenase is induced by the production of lactate by both bacteria. In a second step, the study of yeast co-culture was conducted in a model cheese matrix called
L'adaptation des micro-organismes à leur environnement dépend à la fois de leurs aptitudes à faire face aux paramètres physico-chimiques propre au fromage et à dégrader les substrats présents dans le milieu, tout en étant en interaction avec d'autres espèces microbiennes. La maîtrise de la dynamique des populations reste un enjeu majeur dans le but de maîtriser les étapes de la fabrication du fromage. Cela permettrait, une fois la flore sélectionnée, de raccourcir le temps d'affinage de manière significative, tout en conservant, voire en améliorant les qualités organoleptiques et sanitaires du fromage. De nombreux travaux ont mis en évidence l'incapacité d'adaptation de la flore inoculée, qui se retrouve en compétition avec la flore indigène de l'environnement fromager. L'objectif de ce travail était de mieux comprendre le métabolisme adaptatif de la levure ubiquitaire du fromage Yarrowia lipolytica. Dans un premier temps, nous avons choisi d'étudier le métabolisme de la levure en mono-culture en se focalisant sur des voies métaboliques clés de l'affinage, le catabolisme du lactate et des acides aminés. La combinaison des techniques moléculaires, microbiologiques, biochimiques et protéomiques a permis de confirmer une réelle préférence de la levure pour les acides aminés, l'absence de ces derniers pouvant provoquer un état de stress oxydant chez Y. lipolytica. De plus, une corrélation entre la consommation d'acides aminés et la production/accumulation d'ammoniac par la levure a été mise en évidence. L'ammoniac aurait un rôle i) dans l'alcalinisation du milieu, une étape essentielle dans la fabrication du fromage pour l'implantation de la flore d'affinage acido-sensible ; ii) de molécule signal entre les levures. Dans un second temps, l'étude de la levure en interaction avec deux bactéries Lactococcus lactis et Staphylococcus xylosus a été réalisée. Une première étape a consisté à comprendre les phénomènes d'interactions dans un milieu chimiquement défini, par une approche ciblée (RT-PCR quantitative) sur des gènes impliqués dans des voies de dégradation du lactate, du pyruvate et des acides aminés. L'étude en culture mixte a permis de mettre en évidence des phénomènes d'interactions entre micro-organismes en termes de croissance, mais également de complémentarité métabolique. En effet, les principaux gènes impliqués dans le catabolisme des acides aminés sont réprimés chez la levure en présence de S. xylosus. De plus, l'expression de la lactate déshydrogénase de la levure est induite par la production de lactate par les deux bactéries. Dans une seconde étape, l'étude de la levure en co-culture a été réalisée dans un milieu modèle fromager, le rétentat. Afin d'obtenir une information complète de l'adaptation métabolique de la levure aux différentes associations, une approche globale par puce à ADN à été retenue. On observe un état de stress oxydatif chez la levure en présence de S. xylosus, ainsi qu'une modification du fonctionnement mitochondriale et de l'expression des gènes de la chaîne respiratoire.
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