Adaptation of Staphylococcus xylosus to meat model, impact of nitroso compounds and use of iron sources

Staphylococcus xylosus est couramment utilisé comme ferment dans les produits carnés pour son rôle dans le développement de la flaveur et de la couleur. Beaucoup de propriétés technologiques ont été caractérisées in vitro. Cependant, les mécanismes moléculaires mis en place par cette bactérie pour s’adapter à une matrice carnée et aux composés nitrosés, fréquemment ajoutés dans ces produits, étaient méconnus. Pour identifier ces mécanismes, des approches de transcriptomique globale ont été mises en œuvre. S. xylosus survit dans un modèle viande en modulant l’expression de 55 % de ses gènes. Il surexprime des gènes codant des protéines impliqués dans le catabolisme du glucose et du gluconate et des gènes codant des peptidases. En parallèle, il sous exprime de nombreux gènes impliqués dans la synthèse des acides aminés probablement en raison de leur disponibilité dans le modèle viande. Le modèle viande est un milieu riche en divers substrats et la bactérie pourrait adapter sa physiologie via les régulateurs transcriptionnels CcpA et CodY. S. xylosus répond au sel ajouté au modèle viande en surexprimant des gènes impliqués dans des mécanismes d’osmoprotection, d’extrusion de Na + et de protons. S. xylosus répond aux composés nitrosés dans le modèle viande en modulant 24 % de son génome. Ces composés nitrosés génèrent un stress nitrosant et S. xylosus répond à ce stress par la surexpression de gènes impliqués dans l’homéostasie du fer via la dérépression du régulateur Fur. S. xylosus surexprime aussi des gènes codant des enzymes antioxydants via la dérépression du régulateur PerR. De plus, il surexprime des gènes impliqués dans la réparation de l’ADN et des protéines. La viande est un aliment riche en fer hémique et non hémique. Ainsi, S. xylosus est capable d’acquérir du fer à partir de ferritine, de transferrine et potentiellement des hémoprotéines. La ferritine est une source préférentielle de fer pour S. xylosus. Un opéron codant potentiellement un complexe membranaire impliqué dans des réactions d’oxydo-réduction a été identifié. Un mutant de délétion/insertion dans le premier gène de l’opéron confirme que ce système pourrait jouer un rôle dans l’acquisition du fer de la ferritine chez S. xylosus. Cette étude révèle un changement global dans l’expression des gènes de S. xylosus dans un modèle viande, elle souligne la capacité de S. xylosus à s’adapter à un stress osmotique ou nitrosant et elle caractérise pour la première fois la capacité d’un staphylocoque à utiliser du fer de la ferritine.Staphylococcus xylosus is used as starter culture in meat product for its role in the development of flavor and color. S. xylosus is characterized for its technological properties in vitro. However, the molecular mechanisms for its adaptation in meat with or without nitrate and nitrite, frequently added in meat product, remained unknown. Global transcriptomic approaches were carried out to determine the molecular mechanisms. S. xylosus modulated the expression of 55 % of the genes to survive in a meat model. Many genes encoding proteins involved in glucose and gluconate catabolisms and peptidases were up expressed. In parallel, a lot of genes involved in amino acids synthesis were down regulated, probably due to their availability in the meat model. The meat model is a rich medium composed of various substrates and S. xylosus adapted its physiology through the transcriptional regulators CcpA and CodY. Finally, it responded to salt added in the meat model in overexpressing genes involved in mechanisms of osmoprotection, Na + and H + extrusion. S. xylosus modulated the expression of 24 % of the genes in presence of nitroso compounds in the meat model. These compounds generated a nitrosative stress. S. xylosus responded to this stress by over expressing genes involved in iron homeostasis through the derepression of the regulator Fur. It over expressed also genes encoding antioxidant enzymes through the derepression of the regulator PerR. Moreover, it over expressed genes involved in DNA and proteins repairs. Meat is rich in hemic and non-hemic iron. S. xylosus is able to grow in presence of ferritin, transferrin and potentially hemoproteins. Ferritin is one of preferential iron sources. An operon encoding potentially a membranous complex involved in oxydo-reduction reactions has been identified. A strain defective in the first gene of the operon confirmed that this complex could contribute to the iron acquisition from ferritin. This study revealed a global change in the gene expression of S. xylosus in the meat model; it highlighted ability of S. xylosus to mitigate nitrosative or osmotic stress, it characterised for the first time the capacity of a Staphylococcus to acquire ferritin-iron