GENOFERMENT

Compréhension du fonctionnement d’espèces microbiennes cibles dans les matrices alimentaires et origine de leur diversité génétique
(acronyme GENOFERMENT)

CONTEXTE

Les aliments fermentés, par leur diversité et leurs qualités organoleptiques, représentent un patrimoine culturel, gastronomique et économique de première importance pour notre pays, et une source reconnue d’innovation alimentaire. Dans un contexte de mondialisation des réglementations, le devenir de ces aliments fermentés est plus que jamais lié à une totale maîtrise des microorganismes mis en œuvre. La littérature est abondante en articles sur l’impact de telle souche, sur le résultat final en termes de qualité organoleptique ou de sécurité alimentaire, cependant les mécanismes d’action sont rarement élucidés.

OBJECTIFS

Le challenge de GENOFERMENT était de parvenir à appliquer les nouveaux outils de la génomique à partir des ARN et protéines extraits d’une matrice alimentaire fermentée pour déterminer ce que les bactéries expriment in situ et comment elles interagissent entre elles. La deuxième priorité était d’explorer la variabilité génomique entre souches pour plusieurs espèces d’intérêt alimentaire et d’établir les mécanismes. Ce programme s’inscrit dans la compréhension du rôle et de la maîtrise des écosystèmes complexes pour assurer la qualité et la sécurité des aliments.

RESULTATS

Parmi les principaux résultats acquis :

• La mise au point de matrices alimentaires modèles, fromagères ou carnées, de composition modulable parfaitement contrôlée en termes de physico-chimie, et de contamination microbienne initiale avant ajout des espèces cibles.
• Deux méthodologies d’extraction d’ARN totaux dont la quantité et la qualité sont compatibles avec la mise en œuvre d’une approche transcriptomique via l’utilisation de puces à ADN dès le début de la croissance. L’efficacité de ces méthodes a été validée sur des fromages commerciaux
• L’analyse transcriptionnelle en dynamique en matrice fromage d’une bactérie lactique réalisée pour la première fois, de 2h à 7j de croissance, montrant la variation significative de 600 gènes.
• La comparaison in situ des profils transcriptomiques, protéomiques et métabolomiques de plusieurs souches a révélé d’une part des réponses similaires et d’autre part des réponses adaptatives souche-spécifiques ; les différences étaient dues soit à l’absence de certains gènes soit à une activation de certaines voies métaboliques alternatives. Les différences observées étaient bien corrélées avec les données phylogénétiques.
• La caractérisation des éléments génétiques mobiles responsables de la diversité génomique a été réalisée sur une collection de 37, 100 et 25 souches respectivement de L. lactis, L. sakei et S. xylosus ; selon l’espèce, la variation intraspécifique de la taille du génôme par rapport à la souche séquencée de référence était de 16 à 25%

CONCLUSIONS

En conclusion, les verrous méthodologiques principaux ont été levés pour le suivi de l’expression microbienne in situ dans les aliments fermentés. L’ensemble du programme a généré environ 15 publications (acceptées ou soumises) et un brevet international. La mise en commun des compétences respectives des partenaires et le traitement en parallèle des questions communes « matrices laitières » et matrice carnée » a représenté une réelle valeur ajoutée.

PERSPECTIVES

Les perspectives de recherche à la suite de ce projet sont les suivantes :

• explorer avec les outils développés les interactions bactéries/matrice alimentaire. La composition de cette matrice et sa microstructure, la distribution des colonies et leur microenvironnement modifient-ils l’expression des gènes d’intérêt technologique ?
• établir les mécanismes impliqués dans les interactions mises en évidence entre le levain lactique et l’expression des gènes de virulence de S. aureus ; cette partie sera réalisée dans le cadre de l’ANR NABAB dont la finalité est d’augmenter, par la maitrise de ces interactions, la sécurité alimentaire ;
• poursuivre l’exploration des bases moléculaires de la biodiversité des espèces et des souches utilisées dans les aliments fermentés, et contribuer par ces connaissances à la maitrise de la qualité organoleptique finale et aux démarches d’innovation.

CONTACT : Koenraad DUHEM,
CNIEL ,
Tél : 01.49.70.71.19,
Email : kduhem@cniel.com