Résumé

En collaboration avec plusieurs équipes internationales, une équipe de l’Unité de Génétique Microbienne à Jouy en Josas a séquencé une bactérie du yaourt : Streptococcus thermophilus. L’étude de son génome a permis de mieux connaître l’évolution de la bactérie et comprendre pourquoi ce streptocoque ne comporte aucun risque pour la santé humaine. Les chercheurs expliquent également ses interactions avec une autre bactérie, Lactobacillus bulgaricus, dans la fermentation du lait.

Contexte

Le yaourt est obtenu par la fermentation du lait, à l’aide de deux bactéries, un lactobacille, dénommé bulgaricus et un streptocoque, dit thermophilus, qui agissent ensemble. Les deux bactéries se retrouvent vivantes dans le yaourt et donc, dans la bouche du consommateur. On estime que l’humanité consomme tous les ans un milliard de milliard de milliards (10 puissance 21) de cellules vivantes de Streptococcus thermophilus.
Or, le genre streptocoque englobe non seulement l’espèce thermophilus, réputée sans risque pour la santé humaine, mais également des bactéries connues pour être très dangereuses, comme Streptococcus pneumoniae, l’agent causal de la pneumonie, ou un autre pathogène très répandu, Streptococcus pyogenes. Streptococcus thermophilus pourrait-il se révéler dangereux, par exemple pour une population affaiblie par la perte de l’immunité naturelle ou la vieillesse ? Pour répondre à cette préoccupation, la séquence du génome de S. thermophilus a été analysée.

Résultats

L’analyse a démontré très clairement que S. thermophilus a perdu l’essentiel des gènes reconnus importants dans le pouvoir pathogène de S. pneumoniae ou S. pyogenes. Ces gènes liés à la virulence chez ces deux bactéries sont soit présents, mais dans une forme non-fonctionnelle à cause de mutations qui les inactivent, soit totalement absents chez S. thermophilus. Ces mêmes mutations ou absences de gènes sont retrouvées dans la séquence du génome de deux souches différentes de S. thermophilus isolées du yaourt, qui ont évolué séparément depuis au moins 3 000 ans.
L’inactivation ou la perte de ces gènes se sont donc produites lors de l’adaptation de S. thermophilus à un environnement nouveau, le lait, où ils n’étaient plus d’aucune utilité (le début de la fermentation du lait par l’homme est estimé à il y a 7 000 ans). D’une façon semblable, bien des gènes nécessaires à l’utilisation des sucres absents du lait sont fonctionnels chez les streptocoques pathogènes mais ne sont plus actifs chez S. thermophilus. En tout, quelque 10% des gènes de cette bactérie ne sont pas fonctionnels et pourraient donc bien être en passe d’être entièrement éliminés.
La perte et l’inactivation des gènes liés à la virulence rendent donc totalement invraisemblable la possibilité que S. thermophilus mette en danger la santé de l’homme – les amateurs du yaourt peuvent continuer de s’en délecter.
L’analyse du génome a montré d’autre part, que l’adaptation au lait avait entraîné l’acquisition de gènes utiles à S. thermophilus dans sa nouvelle niche écologique, en particulier pour l’utilisation du lactose que les cousins pathogènes n’utilisent pas. Comment S. thermophilus a-t-il pu se procurer ces gènes? Probablement à partir des bactéries avec lesquelles il partage sa niche écologique. Par exemple, dans le génome de S. thermophilus se trouvent les gènes nécessaires à la synthèse de la méthionine, un acide aminé rare dans le lait, dont plusieurs proviennent de l’autre bactérie du yaourt, Lactobacillus bulgaricus ! La microscopie révèle que les deux bactéries vivent en étroite association, ce qui a pu favoriser les échanges de gènes entre elles.

Perspectives/impact

La génomique comparée des espèces utilisées dans les procédés technologiques permettent de proposer une base raisonnée aux allégations d’innocuité pour l’homme de ces ferments. Elle permet aussi de mieux comprendre comment sont apparues ces souches, et enfin fournit un ensemble de données essentielles à une meilleure maîtrise technologique de ces souches.

Collaborations

Génétique Microbienne et Unité de recherches laitière et génétique appliquée, centre INRA de Jouy en Josas
Integrated Genomics, Chicago, USA
Institut des sciences de la vie, Université catholique de Louvain, Belgique

Bibliographie

A. Bolotin et al. (2004) Complete genome sequence and comparative analysis of the dairy bacterium Streptococcus thermophilus. Nature Biotechnology 22 :1554-1558.

Contact

S. Dusko EHRLICH, Génétique microbienne, INRA Jouy-en-Josas, Tel : 01 34 65 25 11 ehrlich@jouy.inra.fr