Production de monoxyde d’azote par les staphylocoques à coagulase négative : implication de l’oxyde nitrique synthase de staphylococcus xylosus

Coagulase Negative Staphylococci (CNS) are usually isolated from meat and meat products. In meat products, S. xylosus and S. carnosus are the only CNS species used as meat starter cultures. In these products, nitrate and nitrite are used as additives where they contribute to the development of the typical red coloration. Staphylococci contribute to the development and stability of colour through their nitrate reductase activity that reduces nitrate to nitrite. Nitrite is chemically reduced to nitric oxide (NO) which is able to bind the ferrous-heme iron to form the stable bright red nitrosomyoglobin pigment. However, the safety regarding the use of these additives on meat products has been questioned as nitrite is able to form N-nitroso compounds such as nitrosamines. Some bacteria are able to synthesize NO by nitric oxide synthase (NOS). The nos gene was identified in a collection of CNS isolated from meat. The NOS sequence is well conserved between species. NO production has been investigated based on the formation of red myoglobin derivatives from metmyoglobin such as oxymyoglobin and nitrosomyoglobin. Subsequently, the nitrosoheme was extracted from nitrosomyoglobin. Nitrosoheme formation was reduced under limited oxygenated condition while it was abolished under aerobic condition in a S. xylosus C2a nos deleted mutant. Moreover, NOS is involved in oxidative stress resistance in S. xylosus C2a. In order to determine the potential of NO production among other strains of S. xylosus and other CNS species, their potential to form nitrosomyoglobin was evaluated. Nitrosomyoglobin formation is strain- and species-dependent. This assay has also revealed that several CNS strains are able to form oxymyoglobin from metmyoglobin.This study has demonstrated NOS-dependent NO production in S. xylosus and the ability of CNS isolated from meat to form nitrosomyoglobin.Les staphylocoques à coagulase négative (SCN) sont des bactéries fréquemment isolées de viandes et de produits carnés. Parmi les SCN, seules les deux espèces S. xylosus et S. carnosus sont utilisées comme ferments dans les produits carnés. Dans ces produits, il est d’usage d’ajouter du nitrate/nitrite pour le développement de la couleur typique des salaisons. Les staphylocoques participent au développement et à la stabilité de la couleur en réduisant le nitrate en nitrite via leur activité nitrate réductase. Le nitrite est chimiquement réduit en monoxyde d’azote (NO), qui se lie au fer de l’hème de la myoglobine pour former la nitrosomyoglobine, un pigment rouge et stable. Le contexte actuel vise à réduire l’utilisation du nitrate/nitrite afin de limiter le risque de formation de composés N-nitrosés tels que les nitrosamines. Il a été montré que les bactéries pouvaient synthétiser du NO à partir d’une oxyde nitrique synthase (NOS). Le gène nos a été identifié dans une collection de souches de SCN isolées de viande. La séquence protéique de la NOS est fortement conservée entre les espèces. Pour mettre en évidence la production de NO, un test basé sur la conversion de metmyoglobine en pigments rouges, l’oxymyoglobine et la nitrosomyoglobine, a été utilisé. Le nitrosohème contenu dans la nitrosomyoglobine a été extrait. La formation du nitrosohème, chez un mutant de délétion du gène nos de la souche S. xylosus C2a, est fortement réduite en condition limitée en oxygène et abolie en condition aérobie. De plus, la NOS de S. xylosus C2a est impliquée dans la réponse à un stress oxydant. Afin de déterminer le potentiel de production de NO de souches de S. xylosus et d’autres espèces de SCN, leur capacité à former de la nitrosomyoglobine a été évaluée. Cette formation est espèce- et souche-dépendante. Les souches de S. xylosus ont un potentiel de production de NO plus élevé que les souches des autres espèces. Ce test a également révélé que certaines souches de SCN sont capables de former de l’oxymyoglobine à partir de la metmyoglobine.Cette étude a permis de mettre en évidence l’implication de la NOS dans la production de NO chez S. xylosus et la capacité de formation de nitrosomyoglobine chez d’autres souches de SCN isolées de viande

Nitric oxide production among coagulase negative staphylococci : involvement of nitric oxide synthase from Staphylococcus xylosus

Les staphylocoques à coagulase négative (SCN) sont des bactéries fréquemment isolées de viandes et de produits carnés. Parmi les SCN, seules les deux espèces S. xylosus et S. carnosus sont utilisées comme ferments dans les produits carnés. Dans ces produits, il est d’usage d’ajouter du nitrate/nitrite pour le développement de la couleur typique des salaisons. Les staphylocoques participent au développement et à la stabilité de la couleur en réduisant le nitrate en nitrite via leur activité nitrate réductase. Le nitrite est chimiquement réduit en monoxyde d’azote (NO), qui se lie au fer de l’hème de la myoglobine pour former la nitrosomyoglobine, un pigment rouge et stable. Le contexte actuel vise à réduire l’utilisation du nitrate/nitrite afin de limiter le risque de formation de composés N-nitrosés tels que les nitrosamines. Il a été montré que les bactéries pouvaient synthétiser du NO à partir d’une oxyde nitrique synthase (NOS). Le gène nos a été identifié dans une collection de souches de SCN isolées de viande. La séquence protéique de la NOS est fortement conservée entre les espèces. Pour mettre en évidence la production de NO, un test basé sur la conversion de metmyoglobine en pigments rouges, l’oxymyoglobine et la nitrosomyoglobine, a été utilisé. Le nitrosohème contenu dans la nitrosomyoglobine a été extrait. La formation du nitrosohème, chez un mutant de délétion du gène nos de la souche S. xylosus C2a, est fortement réduite en condition limitée en oxygène et abolie en condition aérobie. De plus, la NOS de S. xylosus C2a est impliquée dans la réponse à un stress oxydant. Afin de déterminer le potentiel de production de NO de souches de S. xylosus et d’autres espèces de SCN, leur capacité à former de la nitrosomyoglobine a été évaluée. Cette formation est espèce- et souche-dépendante. Les souches de S. xylosus ont un potentiel de production de NO plus élevé que les souches des autres espèces. Ce test a également révélé que certaines souches de SCN sont capables de former de l’oxymyoglobine à partir de la metmyoglobine.Cette étude a permis de mettre en évidence l’implication de la NOS dans la production de NO chez S. xylosus et la capacité de formation de nitrosomyoglobine chez d’autres souches de SCN isolées de viande.Coagulase Negative Staphylococci (CNS) are usually isolated from meat and meat products. In meat products, S. xylosus and S. carnosus are the only CNS species used as meat starter cultures. In these products, nitrate and nitrite are used as additives where they contribute to the development of the typical red coloration. Staphylococci contribute to the development and stability of colour through their nitrate reductase activity that reduces nitrate to nitrite. Nitrite is chemically reduced to nitric oxide (NO) which is able to bind the ferrous-heme iron to form the stable bright red nitrosomyoglobin pigment. However, the safety regarding the use of these additives on meat products has been questioned as nitrite is able to form N-nitroso compounds such as nitrosamines. Some bacteria are able to synthesize NO by nitric oxide synthase (NOS). The nos gene was identified in a collection of CNS isolated from meat. The NOS sequence is well conserved between species. NO production has been investigated based on the formation of red myoglobin derivatives from metmyoglobin such as oxymyoglobin and nitrosomyoglobin. Subsequently, the nitrosoheme was extracted from nitrosomyoglobin. Nitrosoheme formation was reduced under limited oxygenated condition while it was abolished under aerobic condition in a S. xylosus C2a nos deleted mutant. Moreover, NOS is involved in oxidative stress resistance in S. xylosus C2a. In order to determine the potential of NO production among other strains of S. xylosus and other CNS species, their potential to form nitrosomyoglobin was evaluated. Nitrosomyoglobin formation is strain- and species-dependent. This assay has also revealed that several CNS strains are able to form oxymyoglobin from metmyoglobin.This study has demonstrated NOS-dependent NO production in S. xylosus and the ability of CNS isolated from meat to form nitrosomyoglobin

Nitric oxide synthase: What is its potential role in the physiology of staphylococci in meat products?

International audienceCoagulase-negative staphylococci are frequently isolated from meat products and two species are used as starter cultures in dry fermented sausages. In these products, they face various environmental conditions such as variation of redox potential and oxygen levels that can lead to oxidative stress. Furthermore, when nitrate and nitrite are added as curing salts, staphylococci also experience nitrosative stress. A nos gene encoding a nitric oxide synthase (NOS) is present in the genome of all staphylococci. NOS produces nitric oxide (NO) and citrulline from arginine, but its activity is still poorly characterized, particularly in coagulase-negative staphylococci. NO is highly reactive with a broad spectrum of activity resulting from targeting metal centres (heme and non-heme) and protein thiols. At low concentration, NO acts as a signalling molecule, while at higher concentration it generates stress. Thus, it was initially suggested that staphylococcal NOS counteract oxidative stress in relation to PerR and Fur regulators. In the physiology of staphylococci, it has recently been highlighted that NO controls the rate of aerobic respiration and regulates the transition from aerobic to nitrate respiration and also helps maintain the membrane potential in relation to the two-component systems SrrAB and AirRS. As NO interacts with heme centres, it binds the heme iron atom of myoglobin to form nitrosomyglobin, which is the typical red pigment of cured meat. However, the contribution of NOS to this reaction in meat products has yet to be evaluated

Insight into the genome of staphylococcus xylosus, a ubiquitous species well adapted to meat products

Staphylococcus xylosus belongs to the vast group of coagulase-negative staphylococci. It is frequently isolated from meat products, either fermented or salted and dried, and is commonly used as starter cultures in sausage manufacturing. Analysis of the S. xylosus genome together with expression in situ in a meat model revealed that this bacterium is well adapted to meat substrates, being able to use diverse substrates as sources of carbon and energy and different sources of nitrogen. It is well-equipped with genes involved in osmotic, oxidative/nitrosative, and acidic stress responses. It is responsible for the development of the typical colour of cured meat products via its nitrate reductase activity. It contributes to sensorial properties, mainly by the the catabolism of pyruvate and amino acids resulting in odorous compounds and by the limiting of the oxidation of fatty acids, thereby avoiding rancidity

Quels substrats disponibles pour Staphylococcus xylosus dans les produits carnés

National audienceStaphylococcus xylosus est une bactérie couramment utilisée comme ferment dans les produits carnés pour son rôle dans le développement de la couleur et de la flaveur. L’analyse du génome de S. xylosus et de son expression in situ dans une matrice viande de type mêlée de saucisson, révèle que cette bactérie est capable d’utiliser différents substrats comme source de carbone, d’azote et de fer. S. xylosus a le potentiel génétique pour transporter 18 sucres par des systèmes phosphotransférases (PTS) ou indépendants des PTS. Dans la matrice viande, S. xylosus importe le glucose ajouté via une protéine d’assimilation indépendante du PTS puis le catabolise par les voies d'Embden-Meyerhof-Parnas et des pentoses phosphates. De façon concomitante, le lactate présent dans la viande est importé par une lactate perméase puis catabolisé en pyruvate. L’acétyl-coA résultant alimente le cycle de Krebs et pour partie est catabolisé en acétate qui est excrété dans la viande. Les protéines sont les principaux composants de la viande et elles sont hydrolysées en peptides par des protéinases endogènes durant la maturation. Les peptides ont un rôle clé dans la nutrition des bactéries. Chez S. xylosus, deux clusters de gènes codant des systèmes d’import ont été identifiés ainsi que 20 gènes codant des peptidases. En matrice viande, les gènes codant un des systèmes d’import et 4 des peptidases sont surexprimés. La disponibilité en acides aminés dans la matrice viande entraine la sous expression de nombreux gènes impliqués dans la synthèse des acides aminés. Chez S. xylosus, l’arginine peut être catabolisée par l’arginase puis l’uréase conduisant à la synthèse de NH3 servant de source d’azote. Les gènes impliqués dans le transport et le catabolisme du glutamate et dans l’interconversion du glutamate et de la glutamine sont surexprimés chez S. xylosus en matrice viande. Dans la viande, l’ATP est hydrolysée en nucléosides telles que la xanthine et l’uracile qui peuvent servir de source d’énergie et d’azote. S. xylosus en matrice viande surexprime treize gènes impliqués dans le transport, le recyclage et l’inter conversion des purines et des pyrimidines. La viande est un substrat riche en source de fer hémique et non hémique. S. xylosus a 6 systèmes pour acquérir du fer. Il est capable d’utiliser la ferritine, une source très présente dans la viande. Il produit au moins un sidérophore lui permettant de capter le fer complexé. Cette analyse révèle que S. xylosus possède toutes les fonctions nécessaires pour son adaptation au substrat viande

Metabolic adaptation of Staphylococcus xylosus to meat substrates

National audienceStaphylococcus xylosus is commonly used as meat starter. S. xylosus genome analysis and its gene expression profiling in a meat model miming sausage batter, revealed that it can use diverse substrates as sources of carbon, nitrogen and iron. S. xylosus possesses the genetic potential for transport of 18 carbohydrates. In meat model, S. xylosus imports the added glucose by a PTS-independent system and then glucose is catabolized through the EMP and the PP pathways. The lactate, naturally present in meat, is simultaneously imported by a lactate permease and catabolized to pyruvate. Proteins, the main components of meat, are hydrolysed in peptides by endogenous proteinases during maturation. Peptides play a key role in bacterial nutrition. In S. xylosus, two gene clusters encoding peptide import and 20 genes encoding peptidases are present. In meat model, S. xylosus overexpresses genes encoding one peptide import and four peptidases. The free amino acids availability in the meat model leads to the down regulation of many genes involved the amino acid biosynthesis. In S. xylosus, arginine can be catabolised by arginase then by urease leading to NH3, a nitrogen source. Genes involved in glutamate transport and catabolism are overexpressed in meat model. In meat, nucleosides such as xanthine and uracil can be released from ATP hydrolysis. S. xylosus overexpresses thirteen genes involved in purine and pyrimidine catabolism that generate ribose, which can fuel the EMP pathway resulting in energy production. Meat is rich in hemic and non-hemic iron sources. S. xylosus has six systems to acquire iron. One of them is involved in the acquisition of iron from ferritin, an important substrate in meat. It can produce one siderophore to extract complexed iron. This analysis establishes that S. xylosus is well equipped with all functions necessary for its adaptation to the meat substrates