Compréhension des réseaux d'interactions bactériennes au sein du microbiome des produits de la mer pour proposer un procédé de biopréservation raisonnée – SEABIOMIC

Le laboratoire EM3B dispose d'une importante collection de plus de 2000 souches bactériennes isolées de saumons frais et transformés. 100 souches représentatives de la diversité du microbiome du saumon ont été sélectionnées pour :

1) Etablir le réseau de compétitions bactériennes au sein du microbiome du saumon. Des activités d'inhibition croisées miniaturisées ont été réalisées afin d'identifier les interactions possibles entre toutes les espèces bactériennes, qu'il s'agisse de bactéries protectrices, pathogènes, d'altération ou neutres.

2) Expliquer les mécanismes impliqués dans les activités d'inhibition observées. Les 100 génomes ont été séquencés (stratégies Illumina et Nanopore), assemblés et annotés. Les gènes codant pour des voies de biosynthèse de composés antimicrobiens ont été prédits afin de fournir une description exhaustive de la diversité et de la capacité antimicrobienne au niveau de la souche, de l'espèce et du microbiome. L'expression de ces gènes a été évaluée en jus de poisson dans des conditions similaires à celles du stockage de saumon fumé. En parallèle, l'implication de compétitions nutritionnelles a été abordée à l'aide de puce de phénotypage haut-débit.

3) Caractériser la régulation de la biosynthèse des composés antimicrobiens pendant la conservation du saumon. L'effet de différents paramètres abiotiques, y compris le jus de saumon fumé, a été évalué sur l’activité antimicrobienne et sur l'expression des gènes de biosynthèse codant des différents type de bactériocines chez Carnobacterium maltaromaticum.

Cent souches représentant la diversité taxonomique et phénotypique du microbiome du saumon fumé ont été sélectionnées. Des tests miniaturisés d'inhibitions croisées entre les 100 souches (10000 tests au total) ont permis de mettre en évidence 613 inhibitions et de dessiner pour la première fois un réseau de compétitions bactériennes. Ce réseau permet d'évaluer l'impact que des souches bioprotectrices pourraient avoir dans la matrice sur d'autres espèces que Listeria, d'identifier d'éventuels candidats pour inhiber des bactéries altérantes et d'avoir pour la première fois une vision globale des interactions pouvant avoir lieu dans ce microbiote.

Afin d'identifier les compétitions bactériennes liées à la synthèse de composés antimicrobiens, les 100 génomes ont été complètement séquencés, assemblés et annotés. Ils sont aujourd'hui disponibles (ENA, PRJEB60605 ; Sauvage et al., 2023) et constituent une base de données de référence pour ce type de microbiote. Environ 500 clusters de gènes codant de potentiels antimicrobiens ont été prédits et comparés in silico. Entre 0 et 17 clusters par génome ont été identifiés; la moitié d'entre eux codent des molécules peptidiques (bactériocines non modifiées, RiPPs, NRPs). L'étude de l'expression de ces clusters dans des conditions mimant celles du stockage du saumon fumé par RNA-seq est encore en cours d'analyse.

L'impact de différents paramètres abiotiques sur la production de molécules actives a été étudié à travers la comparaison de trois souches de Carnobacterium maltaromaticum avec des profils antibactériens variables et contenant entre 3 et 7 clusters de gènes codant des bactériocines de différentes catégories (lanthipeptides, sactipeptides...). Une méthode de RT-qPCR haut-débit a été développée pour suivre l'expression de ces clusters dans différentes conditions. Les résultats ont montré une grande diversité de réponse selon les souches.

Le projet SEABIOMIC a généré de nombreuses données -omiques et de nouvelles stratégies pour étudier les interactions des microbiomes des produits de la mer. Ceci nous a permis d'initier l'étude de la dynamique de ces microbiote et de progresser dans notre compréhension des interactions bactériennes.

Cette approche plus fondamentale de la biopréservation que celles proposées jusqu'à présent devrait permettre de comprendre comment ces microbiomes évoluent, de mieux les contrôler et de pouvoir proposer des stratégies d'ingénierie du microbiome plus efficaces.

Passerini Delphine, Kolypczuk Laetitia, Mace Sabrina, Pilet Marie-France, Leroi Francoise (2021). Biopréservation des produits de la mer avec des bactéries marines . Techniques de l'Ingénieur , BIO 9 240 (27p.) . doi.org/10.51257/a-v1-bio9240

La biopréservation est une méthode de conservation des aliments qui consiste à inoculer des bactéries protectrices afin d’empêcher le développement de microorganismes indésirables (bactéries altérantes ou pathogènes). La description du microbiome de produits de la mer permet aujourd’hui d’aller plus loin dans la compréhension des interactions bactériennes, mécanismes sous-jacents à la biopréservation. Le projet SEABIOMIC a pour objectif de décrire pour la première fois les réseaux d’interactions bactériennes du microbiome de produits de la mer dans sa globalité. La mise en évidence des voies de biosynthèse de molécules antimicrobiennes et de leur régulation permettront de mieux comprendre les facteurs déclenchant les compétitions bactériennes au cours de la conservation du produit. Les connaissances acquises au cours de ce projet permettront de mieux prédire l’évolution du microbiome lors de procédé de biopréservation et de développer une biopréservation plus ciblée et plus efficace.