Analyses génomiques comparatives de souches de Brevibacterium et étude de leurs interactions biotiques avec Hafnia alvei dans un fromage modèle

The objective of this study was to better understand the molecular mechanisms of microbial adaptation to the cheese habitat by functional genomic approaches using Brevibacterium as a model microorganism. This bacterium is widely used for the manufacturing of cheese but its growth on the cheese surface is sometimes difficult to control.Comparative genomic analysis of 23 Brevibacterium strains, including 12 strains isolated from cheeses, revealed differences in genetic determinants involved in the growth on the cheese surface. Some of them are correlated to strain phylogeny and others are the result of gene transfers, especially those involved in iron acquisition and bacteriocin biosynthesis. We identified genomic islands corresponding to transfers of genes involved in iron acquisition between cheese-associated Brevibacterium strains and cheese-associated strains belonging to other genera. We also detected a conjugative transposon encoding bacteriocin production, which is present in cheese-associated Brevibacterium strains as well as in a cheese-associated Corynebacterium strain.Functional study of biotic interactions between Brevibacterium and Hafnia alvei, another cheese-ripening bacterium, was performed in a model cheese developed in this study. By coupling microbial, biochemical and transcriptomic (RNA-seq) analyses, we revealed several interaction mechanisms between these bacteria. These concern, in particular, iron acquisition, proteolysis, lipolysis, sulfur metabolism and D-galactonate catabolism. Our findings suggest that in the mutualistic relationship between some Brevibacterium strains and H. alvei, the latter stimulates Brevibacterium growth by the secretion of siderophores, which can be used by Brevibacterium to capture iron more efficiently. In return, Brevibacterium secretes lipases and proteases, which degrade cheese caseins and triglycerides into energetic substrates that stimulate H. alvei growth. This type of interaction is interesting to consider in the formulation of ripening cultures because it results in a better ability of all partners to colonize the cheese, and thus to generate the desired technological properties.L’objectif de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de l’adaptation microbienne à l’environnement fromager par des approches de génomique fonctionnelle via le modèle de Brevibacterium, un genre bactérien largement utilisé en technologie fromagère, mais dont l’implantation est parfois difficile à maîtriser.L’analyse génomique comparative de 23 souches de Brevibacterium, dont 12 issues de fromages, a révélé des différences en déterminants génétiques impliqués dans la capacité à croître à la surface du fromage. Parmi ces différences, plusieurs sont corrélées à la phylogénie des souches, et d’autres résultent de transferts horizontaux, notamment dans le cas des gènes liés à l’acquisition du fer et à la biosynthèse de bactériocines. Nous avons identifié des îlots génomiques correspondant à des transferts de gènes d’acquisition du fer entre des souches fromagères de Brevibacterium et des bactéries d’affinage appartenant à d’autres genres. Nous avons également mis en évidence un transposon conjugatif codant pour la synthèse de bactériocines présent chez des souches de Brevibacterium d'origine fromagère mais aussi chez une souche fromagère du genre Corynebacterium.L’étude fonctionnelle des interactions biotiques entre Brevibacterium et Hafnia alvei, une autre bactérie d’affinage du fromage, a été menée dans un modèle fromager développé au cours de ce travail. En couplant des analyses microbiologiques, biochimiques et transcriptomiques (RNA-seq), nous avons mis en évidence l’existence de différents mécanismes d’interaction entre ces bactéries. Ceux-ci concernent notamment l’acquisition du fer, la protéolyse, la lipolyse, le métabolisme soufré et le catabolisme du D-galactonate. Nos résultats suggèrent que dans la relation mutualiste observée entre certaines souches de Brevibacterium et H. alvei, cette dernière sécrète des sidérophores qui sont utilisés par Brevibacterium pour capter le fer plus efficacement, stimulant ainsi sa croissance. En contrepartie, Brevibacterium sécrète des lipases et des protéases qui dégradent les caséines et triglycérides du fromage en constituants énergétiques favorisant la croissance de H. alvei. Ce type d’interaction est intéressant à considérer pour la formulation des ferments d'affinage car il en résulte une meilleure capacité de tous les partenaires à coloniser le fromage, et ainsi à générer les propriétés technologiques recherchées