Les transporteurs d’oligopeptides sont essentiels à la croissance de L lactis

L. lactis est une bactérie lactique d’intérêt technologique puisque son développement a un rôle direct sur l’acidification du lait, étape indispensable à la fabrication des fromages. Tout comme les bactéries lactiques en général, elle est exigeante d’un point de vue nutritionnel car auxotrophe pour de nombreux acides aminés (Chopin 1993). La concentration en acides aminés et peptides libres du lait est faible et insuffisante pour le développement optimal de cette bactérie. La principale source d’azote du lait disponible est constituée des caséines qui représentent 80% des protéines totales. Leur utilisation par L. lactis nécessite l’action coordonnée d’un ensemble de protéines formant un véritable réseau coopératif dédié à la nutrition azotée (système protéolytique) (Fig. 13).

Membrane cytoplasmique

Paroi

Fig. 13: Le système protéolytique de L. lactis.

d’après Kunji et al. 1995 Int. Ext. Opp A S DtpT Dégradation Transport Dégradation Biosynthèse PrtP Pep Pep Opt AA

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• Les caséines sont tout d’abord hydrolysées par la protéase de paroi PrtP, générant ainsi plus d’une centaine d’oligopeptides dont la taille varie de 4 à au moins 30 acides aminés (Juillard et al. 1995b). Le gène codant cette protéase est portée sur un plasmide. Or les souches de laboratoire MG1363 et IL1403, qui ont été curées, en sont dépourvues. Dans les études présentées ci-dessous, un plasmide portant le gène prtP a été introduit dans ces souches et du glucose a été ajouté au lait pour qu’elles s’y développent.

• Pour internaliser ces peptides L. lactis dispose de plusieurs systèmes de transport : un système à force proton motrice, DtpT et des systèmes de type ABC, Opp et/ou Opt selon les souches (Tableau 4). Des mutants de délétion des différents transporteurs ont été obtenus dans les souches MG1363 et IL1403, et leur croissance dans le lait analysée pour déterminer leur impact respectif. Les résultats montrent que le mutant de transport des di- et tripeptides dtpT- obtenu chez MG1363 n’est pas affecté dans la croissance en lait (Kunji et al. 1995), ce qui peut s’expliquer par le fait que la concentration en peptides libres dans ce milieu est faible et que l’hydrolyse des caséines ne génère pas ou très peu de di- et tripeptides (Juillard et al. 1995b). En revanche, le mutant opp- de la souche MG1363 et le mutant opt- de la souche IL1403 sont très affectés lors de leur croissance dans le lait (Fig.14) (Juillard et al. 1995a ; Lamarque et al. 2004). Concernant le système Opt qui possède deux protéines de fixation, il a été montré plus précisément que seule OptA était impliquée dans la croissance, un mutant OptS ayant le même comportement que la souche sauvage. Ces résultats indiquent que les oligopeptides constituent la source principale de nutriments azotés dans le lait et mettent en évidence la fonction nutritive exercée par les transporteurs d’oligopeptides Opp et Opt pour le développement de la bactérie dans ce milieu.

• Les peptides internalisés sont ensuite immédiatement hydrolysés en acides aminés par un ensemble de peptidases intracellulaires (au moins 13), qui seront alors utilisés par la cellule.

Ces résultats mettent tout d’abord en évidence le rôle central au sein du réseau protéolytique des transporteurs d’oligopeptides Opp et Opt pour la croissance de la bactérie dans le lait. Des études sur la spécificité de substrat de ces deux transporteurs ont montré que Opp est capable d’importer des peptides de 4 à 35 résidus (Doeven et al. 2004) et Opt (par OptA) de 3 à 6 résidus (Lamarque et al. soumis), tous deux sans exigence stricte vis-à-vis de la séquence peptidique. La spécificité de substrat large de ces systèmes est cohérente avec la fonction qu’ils exercent : pour être le plus efficace possible, un transporteur à vocation nutritionnelle doit pouvoir prendre en charge un grand nombre de peptides. Dans le cas

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Wt (Opp+, DtpT+) DtpT- Opp- souches D O f in a le 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Wt (Opt+, DtpT +) DtpT- OptS- OptA-

Fig.14: Croissance en lait de L. lactis et des différents mutants de transport

A. DO finale obtenue après 24h de croissance en lait par la souche de L.lactis MG1363 et de ses différents mutants de transport

B. DO finale obtenue après 24h de croissance en lait par la souche de L.lactis IL1403 et de ses différents mutants de transport

d’après Kunji et al. 1995; Lamarque et al. soumis

A. B. DtpT+, Opp+, Opt+ SK11,Wg2,ML3 DtpT+, Opp-, Opt+ IL1403 DtpT+, Opp+, Opt- MG1363 Transporteurs de peptides Souche

Tableau 4 : Equipement en transporteurs de peptides fonctionnels de différentes souches de L. lactis

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particulier de L. lactis, chacun des systèmes Opp et Opt est essentiel à la croissance optimale des souches IL1403 et MG1363 étudiées ici, qui ne possèdent que l’un ou l’autre des transporteurs. Cependant pour d’autres souches de L. lactis, les deux transporteurs sont fonctionnels, ce qui amène à s’interroger sur l’intérêt qu’a la bactérie à synthétiser deux systèmes ayant des spécificités en grande partie recouvrantes et potentiellement la même fonction. Une explication possible serait qu’Opp et Opt soient induits de manière différentielle, par exemple en fonction de la phase de croissance, ou des conditions environnementales, ce qui pourrait constituer un facteur d’adaptation de la bactérie à différentes niches écologiques.

A l’issue de ces études, une autre question se pose sur les transporteurs de peptides de L. lactis : quel est le rôle d’OptS ? En effet, la présence ou non de cette protéine de fixation n’a aucun impact apparent sur la croissance de la bactérie. Des expériences de transport de peptides ont révélé de plus une spécificité de substrat très restreinte se limitant à certains dipeptides (Lamarque et al. soumis). Cette protéine de fixation exercerait donc vraisemblablement un autre rôle que l’import de peptides à vocation nutritionnelle mais lequel ? L’étude de la régulation des gènes du système protéolytique a permis d’apporter des éléments de réponse à cette question.

2)

La régulation des gènes codant les transporteurs de peptides de L.