Interactions Staphylococcus aureus Lactococcus lactis in situ (Approche transcriptomique de leur physiologie, seuls et en interaction, dans la matrice fromagère)

Abstract

Les écosystèmes microbiens associés aux produits fermentés, et en particulier les fromages sont complexes. Plusieurs espèces y interagissent entre elles et avec la matrice. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif d appréhender la physiologie de deux bactéries, seules ou en interaction, in situ, dans la matrice fromagère, par une approche essentiellement transcriptomique, afin de comprendre les phénomènes mis en jeu lorsque les deux espèces interagissent. Les deux bactéries étudiées sont Lactococcus lactis, espèce modèle pour l étude des bactéries lactiques (BL), largement utilisée dans l industrie fromagère, et Staphylococcus aureus, bactérie pathogène opportuniste qui constitue, par sa capacité à produire des entérotoxines (SE), l une des principales causes de Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC) en France et la première cause de TIAC associées au lait et aux produits laitiers. Deux messages clairs ressortent des analyses des deux bactéries seules dans la matrice fromagère : d une part, la forte capacité d adaptation de L. lactis à la matrice fromagère et d autre part, la diminution de l expression de la virulence de S. aureus (dont certaines entérotoxines). L étude des interactions L. lactis-S. aureus a montré que S. aureus a très peu d effet sur le profil d expression génique de L. lactis en culture mixte alors que le transcriptome de S. aureus est modifié de façon significative en présence de L. lactis. En culture mixte, la réponse au stress et les métabolismes carboné et azoté de S. aureus sont altérés par les capacités acidifiantes, réductrices et protéolytiques de L. lactis. Ces effets conduisent S. aureus à entrer dans un mode de survie, similaire à celui du mode de croissance en biofilm. De façon marquante, en culture mixte, l expression du système agr, un système clé dans la régulation de la virulence chez de S. aureus, ainsi que l expression de certains gènes de virulence est fortement atténuée. Ces travaux donnent une vision mécanistique de la physiologie d un microorganisme en interaction avec un autre, qu il soit pathogène ou d intérêt technologique. Les mécanismes identifiés dans ce travail ouvrent des perspectives intéressantes quant la physiologie de S. aureus lors de croissance en colonie et en matrice fromagère et quant aux bases moléculaires de la régulation de la virulence chez S. aureus lors d interaction avec une flore compétitrice.The microbial ecosystems associated with fermented foods are often complex, with several species acting in interaction, between themselves and with the matrix. The objective of this work was to comprehend the physiology of two bacteria, alone or in interaction, in situ, in cheese matrix, and, using a transcriptomic approach, to understand the underlying phenomena intervening when they interact. The two studied bacteria are Lactococcus lactis, the model Lactic Acid Bacterium (LAB), widely used in the dairy industry and Staphylococcus aureus, an opportunistic pathogen, that is, by its enterotoxin (SE) production capacity, a major cause of food poisoning outbreaks in France in milk and milk products. Two main messages came out from the analyses of the two bacteria alone in the cheese matrix: on one hand, the high L. lactis capacity of adaptation to the cheese matrix and on the other hand, the diminution of S. aureus virulence expression (including some enterotoxins). The study of L. lactis - S. aureus interactions showed that S. aureus hardly affected L. lactis gene expression profile while S. aureus transcriptomic response was dramatically modified by L. lactis. In mixed culture, L. lactis modified S. aureus carbohydrate and nitrogen metabolisms as well as its stress response by acidifying, reducing and proteolysing the cheese matrix. Presence of L. lactis in the cheese matrix induced the entry of S. aureus into a survival mode, similar to a biofilm mode of growth. Strikingly, in mixed culture, the agr system expression, a key virulence regulator for S. aureus, and virulence gene expression were strongly attenuated. This work gives a mechanistic view of microorganism physiology in interaction with one another, for a pathogenic and/or technologic bacterium. Mechanisms identified in this work open interesting perspectives in the study of S. aureus physiology during growth in colony and in cheese matrix and also a molecular basis for S. aureus virulence regulation when interacting with a competitive flora.RENNES-Agrocampus-CRD (352382323) / SudocSudocFranceF