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La séquence du génome du lactobacille du yaourt est dévoilée

Une équipe de l’INRA de Jouy-en-Josas, en collaboration avec le Génoscope, a séquencé et analysé le génome de l’un des deux microorganismes du yaourt : Lactobacillus bulgaricus. Après le récent séquençage du génome de Streptococcus thermophilus, l’autre bactérie spécifique du yaourt, coordonné et réalisé pour partie par le même laboratoire, les mystères du yaourt sont peu à peu levés. A terme, ce type d’étude peut avoir un impact important sur la maîtrise des procédés industriels de fermentation.

Le yaourt, produit de la fermentation du lait

Le yaourt, si courant aujourd’hui dans notre alimentation, est connu et apprécié depuis fort longtemps : les premières références à ce produit datent de 3200 ans avant J.C. dans des écrits découverts en Irak sur des tablettes d’argile. Il est issu de la fermentation du lait par deux bactéries dites « lactiques » : Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus.
Sur le plan alimentaire, l’acide lactique et les autres molécules qui résultent de la fermentation font du yaourt un produit à la fois acide et onctueux, apprécié pour ses qualités gustatives et nutritionnelles, notamment pour son apport en calcium. Sur un plan microbiologique, l’acidification rend sa conservation beaucoup plus longue que celle du lait, ce qui en fait un aliment pratique pour différer la consommation de lait, une denrée très fragile.
Au début du siècle dernier, Metchnikoff émit l’hypothèse que les bactéries vivantes du yaourt exerçaient un effet bénéfique pour la santé et le yaourt était préconisé pour le traitement de certaines maladies. Ce même concept est actuellement repris sous le terme de « probiotique ». Actuellement, des lactobacilles proches de L. bulgaricus sont notamment utilisés en association avec les bactéries du yaourt, dans des produits laitiers probiotiques.


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Le yaourt provient de la fermentation du lait par deux bactéries : Lactobacillus bulgaricus (forme de bâtonnet) et Streptococcus thermophilus (forme de chapelet).

L. bulgaricus : décryptage de son ADN

Le génome de la bactérie L. bulgaricus, est constitué d’environ 1,9 millions de bases. Il présente plusieurs caractéristiques d’une évolution et d’une adaptation rapide à l’environnement laitier. La plus évidente est l’inactivation de plus de 250 gènes sur 1800.
L’inactivation de nombreux gènes a aussi été observée chez S. thermophilus. Les fonctions perdues témoignent de la spécialisation du lactobacille qui semble être passé d’un habitat végétal à un milieu laitier. Plusieurs voies de de sucres d’origine végétale ont été inactivées pour favoriser l’utilisation spécifique du lactose, le sucre du lait. De même, quasiment toute la capacité de biosynthèse d’acides aminés a été perdue en faveur de l’utilisation des protéines du lait. Enfin, l’abondance d’opérons ribosomiques, éléments génétiques essentiels à la vie de la bactérie, suggère que celle-ci a connu une importante réduction de la taille de son génome.
Cette évolution contribue à différencier L. bulgaricus des lactobacilles proches : la comparaison des contenus génétiques révèle environ 2/3 de gènes communs à la famille des lactobacilles et 1/3 de gènes spécifiques à L. bulgaricus. Certains de ces gènes spécifiques pourraient jouer un rôle dans l’adaptation de la bactérie au lait.

Au delà de la spécialisation vers le milieu laitier, L. bulgaricus semble aussi être adaptée à son partenaire indissociable du yaourt : S. thermophilus. Pour la synthèse de certaines molécules, les voies de biosynthèse peuvent être partagées par les deux microorganismes : des étapes inactivées chez L. bulgaricus sont prises en charge par S. thermophilus et inversement. Par exemple, pour la synthèse de folate (vitamine B), S. thermophilus pourrait intervenir pour que la molécule soit synthétisée par L. bulgaricus.

La connaissance des séquences génomiques des deux bactéries du yaourt ouvre la voie à des études visant une meilleure compréhension de la collaboration entre les deux, ainsi qu’une analyse de la dynamique des processus cellulaires pendant la fermentation. A terme, ce type d’étude peut avoir un impact important sur la maîtrise des procédés industriels de fermentation.© INRA/M. Van de Guchte
Atlas du génome de L. bulgaricus.

Les sept cercles (de l’extérieur à l’intérieur) montrent :
- Cercle 1, les gènes inactivés (pseudogènes) sur le brin positif (rouge) et le brin négatif (bleu).
- Cercle 2, les éléments IS.
- Cercle 3, les séquences codantes (en excluant les pseudogènes et les transposases) sur le brin positif (rouge) ou le brin négatif (bleu).
- Cercle 4, les gènes codant les ARN ribosomiques (rRNA, rouge) et les ARN de transfert (tRNA, vert).
- Cercle 5, [(G-C) / largeur de fenêtre (2000)], de moins de -0,1 (cyan) à plus de +0,1 (rouge).
- Cercle 6, [(A+T) / largeur de fenêtre (500)], de moins de 0,3 (cyan) à plus de 0,7 (rouge).
- Cercle 7, position sur le génome.

Sources :

The complete genome sequence of Lactobacillus bulgaricus reveals extensive and ongoing reductive evolution. M. van de Guchte et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. 13, 9274-9279.
Complete genome sequence and comparative analysis of the dairy bacterium Streptococcus thermophilus. A. Bolotin et al. (2004) Nat. Biotechnol. 22, 1554-1558.

Contacts scientifiques :

Maarten VAN DE GUCHTE
tél. : 01 34 65 25 28 ou 01 34 65 25 11
Maarten.VanDeGuchte@jouy.inra.fr

ou Emmanuelle MAGUIN
tél. : 01 34 65 25 18 ou 01 34 65 25 11
Emmanuelle.Maguin@jouy.inra.fr

Unité de recherche " Génétique microbienne", département "Microbiologie et chaîne alimentaire", centre INRA de Jouy-en-Josas.

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