Post-genomic analysis of Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbruekii ssp. bulgaricus cooperative growth in milk
Une nouvelle vision de la proto-coopération entre Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus par des approches post-génomiques
Résumé
Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus are thermophilic lactic acid bacteria used for the manufacture of yoghurt. In milk, the association of these two species can have positive effect on their growth and on the acidification rate, it is therefore considered as protocooperation. Although the basis of this cooperation remains poorly characterised, previous studies showed that nutritional exchanges are implicated. The recent completion of the genome sequences of both S. thermophilus and L. bulgaricus allows re-examining this phenomenon at a molecular level using genomic and post-genomic analysis. Our objective is to unravel the molecular basis of the protocooperation, to evaluate the nature and the extent of the exchanges between the two species and to determine if other phenomena such as inter-species regulation occur. We selected a couple of strains which co-culture resulted in a marked improvement on S. thermophilus growth, higher acidification rate and lower post-acidification values. Using proteomic and transcriptomic analysis, the pure cultures and the co-culture in milk have been compared at two different growth stages (early and late exponential). 88 genes or proteins (4.6% of CDS) of S. thermophilus were modified in presence of L. bulgaricus. Of note, amino acids biosynthesis, purines biosynthesis and iron transport and chelating were modified. Proteomic and transcriptomic data will be integrated in order to give an interpretation of metabolic modifications observed when two lactic acid bacteria interact in an ecosystem.
S. thermophilus et L. bulgaricus sont les bactéries lactiques utilisées dans la fabrication du yaourt. En milieu laitier, cette association est appelée proto-coopération lorsqu'elle est bénéfique au développement de chacune des espèces. Même si quelques facteurs nutritionnels impliqués dans cette coopération ont été identifiés, ce phénomène reste encore peu connu au niveau moléculaire. Notre objectif est d'identifier plus amplement les bases moléculaires de cette association, d'évaluer la nature et l'étendue des échanges bactériens et d'estimer si des phénomènes de régulation interviennent entre les deux espèces. Nous avons sélectionné le couple de souches, S. thermophilus LMG18311 et L. bulgaricus ATCC11842, dont les génomes sont séquencés, pour lequel nous avons observé un effet proto-coopératif. En utilisant des analyses protéomique et transcriptomique, nous avons comparé la croissance en lait de S. thermophilus en présence (co-culture) ou en absence (monoculture) de L. bulgaricus et à deux stades de croissance différents. Nous avons obtenu la variation de 88 différents gènes ou protéines (4.6% des CDS) de S. thermophilus qui variaient en présence de L. bulgaricus. Notamment des variations concernant les métabolismes azoté, des purines et du fer. De plus, la co-culture conduit à des changements de régulation chez S. thermophilus avec la variation d'un régulateur de réponse, homologue au régulateur de réponse CovR des streptocoques. Cette étude révèle des échanges nutritionnels inattendus et des relations de régulation entre St. thermophilus et Lb. bulgaricus offrant de nouvelles pistes pour la compréhension du comportement proto-coopératif entre ces deux bactéries.