Involvement of two-component systems in Streptococcus thermophilus response to environmental changes such as mixed culture with Lactobacillus bulgaricus
Implication des systèmes à deux composants dans les réponses de Streptococcus thermophilus à des changements environnementaux, dont la coculture avec Lactobacillus bulgaricus.
Résumé
The lactic acid bacterium Streptococcus thermophilus is widely used in the dairy industry and, as a food bacterium, has to cope with changing environments such as milk, yogurt as well as the digestive tract, after the product has been ingested. Two-component systems (TCS), typically composed of a sensor kinase (HK) that detects a stimulus and of a response regulator (RR) which acts as a transcriptional regulator, are among the most prevalent means for bacteria to adapt to changing environments via fine-tune gene expression. To get a more comprehensive view of the role of all two-component systems in S. thermophilus physiology, we have investigated the contribution of each S. thermophilus LMD-9 TCS to its fitness and adaptation to milk. Transcriptomic studies (RT-qPCR) and construction of negative mutants of the rr genes were performed for LMD-9 S. thermophilus strain. We have shown that all LMD-9 response regulators were expressed in milk, at different levels and with different profiles of expression during growth. In mixed culture with Lactobacillus bulgaricus, the S. thermophilus partner in yoghurt, the expression of four LMD-9 rr increased; for two of them, rr02 and rr09, the increase reached a factor 6. These results indicate that Lb. bulgaricus induces regulatory changes in S. thermophilus and that S. thermophilus is able to adapt to these changes by probable fine tuning regulations. We constructed negative mutants for 7 out of 8 LMD-9 RRs and we showed that RR05 -an ortholog of B. subtilis YycF or S. aureus WalR- was essential for the optimum growth of S. thermophilus. For the 7 other RR, the absence of a single rr gene was not sufficient to notably impact the growth of LMD-9 in milk. The determination of the TCS06 regulon by post-genomics shows that TCS06 is involved in bacitracin resistance through the modulation of the rhamnose polysaccharide pathway.
S. thermophilus est une bactérie lactique largement utilisé dans l'industrie laitière et, comme toute bactérie, doit s'adapter à des environnements variés tels que le lait, le yaourt et même le tractus digestif, après que le produit ait été ingéré. Les systèmes à deux composants (TCS) constituent un des mécanismes essentiels qu'utilisent les bactéries pour percevoir et s'adapter à des changements environnementaux. D'un point de vue structural, les TCS sont constitués de deux composants: un « senseur » ou protéine histidine kinase (HK) qui s'auto-phosphoryle en réponse à un stimulus puis transfère son groupement phosphate au « response regulator » (RR), le deuxième composant. Celui-ci se comporte alors le plus souvent comme un régulateur transcriptionnel permettant une réponse physiologique adaptée. Afin de mieux comprendre ces phénomènes de régulation impliqués dans la réponse aux changements environnementaux, nous avons étudié la contribution de chacun des 8 TCS de Streptococcus thermophilus LMD-9 à son adaptation dans le lait. Ainsi, des études transcriptionnelles effectuées sur des cultures en lait montrent que tous les RR sont exprimés, à des niveaux et profils d'expression différents. Nous avons noté en coculture avec Lactobacillus bulgaricus, le partenaire de Streptococcus thermophilus dans le yaourt, une induction de l'expression de 4 RR qui atteint, pour rr02 et rr09, un facteur 6. Nous avons construit par ailleurs des mutants négatifs pour 7 des 8 RR de S. thermophilus et montré l'essentialité de RR05, un orthologue de YycF chez B. subtilis ou de or de WalR chez S. aureus. Pour les 7 autres mutants RR, l'absence d'un seul gène rr n'impacte pas suffisamment la croissance du streptocoque en lait. Enfin, la détermination du régulon du TCS06 par des études post-génomiques a permis de montrer que ce système est impliqué dans la résistance à la bacitracine en modulant entre autres la voie de biosynthèse du polysaccharide à rhamnose (RGP).
Origine : Version validée par le jury (STAR)