CE21 - Alimentation et systèmes alimentaires

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

Compréhension du réseau d'interactions bactériennes au sein du microbiome des produits de la mer en vue d'un procédé de biopréservation raisonné

Comprendre la relation entre toutes les espèces bactériennes du microbiome des produits de la mer aidera à prédire les meilleures cultures protectrices et l’impact de leur addition sur la communauté bactérienne, dans l’objectif de proposer un procédé de biopréservation à façon, plus efficace et plus reproductible.

Caractérisation des interactions moléculaires entre les bactéries des produits de la mer

Les produits de la mer et les conditions dans lesquelles ils sont conservés favorisent le développement de micro-organismes pouvant provenir du poisson, de l'eau de mer ou d'une contamination au cours de la transformation du produit. De ce fait, ces matrices s’altèrent rapidement et sont des vecteurs potentiels de bactéries pathogènes humains. La biopréservation est une stratégie naturelle basée sur la compétition bactérienne. Elle consiste à lutter contre les bactéries indésirables en inoculant, dans les aliments, des micro-organismes protecteurs ou leurs métabolites, présentant des activités antimicrobiennes. Les cultures protectrices sont généralement sélectionnées parmi les bactéries lactiques (LAB) endogènes des produits, ayant un statut GRAS (Generally Recognized as Safe). De nombreux exemples de biopréservation ont été décrits, notamment en utilisant des LABs produisant des peptides antimicrobiens très efficaces contre le pathogène Listeria monocytogenes. Cependant, une telle approche apparait plus compliquée lorsque plusieurs espèces sont visées, notamment pour prévenir l'altération. A ce jour, la biopréservation reste une méthode empirique dont les mécanismes sous-jacents sont peu étudiés. Pour chaque produit de la mer et chaque condition de stockage, la sélection de cultures protectrices appropriées est nécessaire, son efficacité dépendant probablement de la composition et de l'évolution de la communauté bactérienne endogène. <br />L'objectif du projet SEABIOMIC est de caractériser les compétitions bactériennes au sein du microbiome des produits de la mer. Le projet est focalisé sur les interactions moléculaires liées aux activités antimicrobiennes car elles représentent le mécanisme le plus efficace en biopréservation.

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 seront sélectionnées pour :
1) établir le réseau d'interactions bactériennes au sein du microbiome du saumon. Des activités d'inhibition croisées miniaturisées permettront i) d'identifier les interactions possibles entre toutes les espèces bactériennes, qu'il s'agisse de bactéries protectrices, pathogènes, d'altération ou neutres, ii) de prédire les « effets collatéraux » de l'addition de culture protectrice à l’échelle du microbiome.
2) déterminer les substances antimicrobiennes potentiellement impliquées dans les compétitions bactériennes. Les 100 génomes seront séquencés (stratégies Illumina et Nanopore), assemblés et annotés. Les gènes codant pour des voies de biosynthèse de composés antimicrobiens seront 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.
3) caractériser la régulation de la biosynthèse des composés antimicrobiens pendant la conservation du saumon. Il est bien connu que les changements abiotiques peuvent avoir un grand impact sur les interactions bactériennes et la production de métabolites antimicrobiens. L'effet de diverses conditions de culture mimant la conservation du saumon (culturomique) sera évalué sur l’activité antimicrobienne par cytométrie en flux à l’aide de souches fluorescentes et sur l'expression des gènes de biosynthèse codant des composés antimicrobiens (transcriptomique).

Lors de cette première phase du projet, 100 génomes complets ont été séquencés et assemblés par la technologie Illumina. Ces génomes ont été déposés sur la plateforme d’annotation automatique MAGE (Genoscope, Evry) et seront mis à la disposition de la communauté scientifique dès que possible. L’annotation des clusters de biosynthèse de composés antimicrobiens (BGCAM) a été réalisée pour l’instant à l’aide du pipeline Antismash. Entre 0 et 23 BGCAM ont pu être identifiés par génome. La moitié d’entre eux concernent la synthèse de molécules peptidiques (bactériocines non modifiées, RiPPs, NRPs). Les données génomiques ont été corrélées avec les activités antagonistes étudiées pour les 100 souches. Ces analyses ont permis de sélectionner 15 souches modèles pour la suite du projet.

La prochaine étape consiste à développer des outils génétiques et des protocoles en cytométrie en flux, pour comparer les capacités inhibition et les cinétiques de souches bactériennes en co-cultures, en fonction des multiples conditions croissance. Ces étapes permettront de sélectionner les conditions de culture permettant d’étudier la régulation des BGCAM dans 5 souches modèles.

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.

Coordination du projet

Delphine Passerini (Biotechnologies et Ressources Marines)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

RBE-BRM Biotechnologies et Ressources Marines

Aide de l'ANR 210 801 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2020 - 36 Mois

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