Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1902. N°: 1099.

Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1913. N°: 1531. / Notes bibliogr.

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Les potentialités liées aux cultures mixtes de micro-organismes sont immenses et ouvrent de vastes possibilités pour l’innovation dans les bioprocédés. Cependant, étant donné la complexité des phénomènes régulant la physiologie d’un seul micro-organisme, leur mise en oeuvre en culture mixte est d’autant plus difficile à maîtriser que des interactions entre ces micro-organismes viennent s’ajouter. Le travail présenté dans ce manuscrit est une étude d'un couple de levures oenologiques constitué de Saccharomyces cerevisiae et de Torulaspora delbrueckii. Son objectif est d'acquérir des informations expérimentales afin d’analyser et in fine modéliser l'évolution des cultures pures et des cultures mixtes. L'analyse des données expérimentales acquises lors des cultures pures de chaque levure a permis de quantifier l'effet favorable de la concentration initiale d'azote assimilable sur la croissance et la vitesse de fermentation des deux levures. Elle a aussi mis en évidence une prolongation de la phase de latence de T. delbrueckii induite par une augmentation des facteurs anaérobies. Les cultures mixtes ont été réalisées en présence et en absence de membrane de séparation permettant ainsi d'observer les effets du contact physique sur l'évolution des cocultures. Le contact physique influence la dynamique des populations. En culture mixte, S. cerevisiae domine T. delbrueckii dans un milieu synthétique classique. Une augmentation de la concentration initiale de facteurs anaérobies inverse complètement cette domination. L'analyse des résultats expérimentaux nous a orienté vers le développement d'un modèle «stoechio-cinétique» structuré dans lequel l'azote assimilé par la levure se répartit en deux compartiments: le compartiment constitutif et le compartiment de stockage. Ce modèle a permis une représentation fidèle des cinétiques observées en culture pure. La prise en compte des interactions s'est faite en intégrant la compétition pour les substrats, les interactions indirectes et les interactions directes. L'ensemble des hypothèses émises lors de ce travail de modélisation souligne la nécessité d'approfondir les connaissances scientifiques concernant le métabolisme deT. delbrueckii en anaérobiose stricte et l'effet des facteurs anaérobies sur les interactions microbiennes.

Les extraits polysaccharidiques totaux (EPS) produits par LOCA-1 et LOCA-2, deux souches de levures isolées de la peau de raisin en Champagne viticole, ont été isolés en vue de leur caractérisation tant biochimique que fonctionnelle. La caractérisation structurale par GC démontre que ces EPS sont des hétéropolymères complexes de haut poids moléculaires (~2.106 g/mol) et sont composés de monomères de mannose, glucose, xylose et d’acide glucuronique, et deux types de substituants mis en évidence par analyse MALDI (sulfate et phosphate). L’élucidation de l’enchaînement structural des résidus osidiques au sein de ces EPS, sur la base des analyses GC/MS et RMN, a mis en évidence la présence d’une ossature principale linéaire constituée d’unités α-(1→3)-D-mannopyranosyles. Toutefois, des différences sont notables entre ces deux souches du même genre. Pour la souche LOCA-1, de courtes chaines latérales de β-(1,2)-xyloses (2-5 résidus) se ramifient à la chaine principale sur ses positions C-2 et/ou C-6. A l’opposé, la chaine mannosidique principale, plus longue chez la souche LOCA-2 (˃40 unités), est substituée en ses positions 2 et/ou 4 par des antennes de xylomannanes. Les caractéristiques structurales de ces EPS n’avaient jamais été observées auparavant chez d’autres microorganismes. La seconde partie de ce travail de thèse est dédiée aux propriétés fonctionnelles (pouvoirs moussant, gélifiant, viscosifiant) de ces EPS. Des propriétés viscosifiantes et moussantes tout à fait exceptionnelles ont été observées à l’issue d’une analyse comparative avec des biopolymères industriels commercialisés.Les propriétés intrinsèques des polymères naturels produits par ces souches indigènes de baies de raisin, en font des candidats potentiels pour une exploitation dans divers domaines d’applications biotechnologiques, et notamment oenologique. / The total polysaccharide extracts (EPS) produced by LOCA-1 and LOCA-2, two yeast strains collected from grape skin in Champagne, were isolated for both their biochemical and functional characterization. Their structural characterization by GC analysis show that EPS were complex heteropolymers with high molecular weight (~2.106 g/mol), and were composed of mannose, glucose, xylose and glucuronic acid as monosaccharide constituents, and 2 types of substituents (sulphate and phosphate) evidenced by MALDI analysis. Elucidation of the structural enchainment of these EPS carbohydrates based on GC-MS and NMR analyses revealed in both studied cases, a linear main backbone built up of α-(1→3)-D-mannopyranosyl residues. However differences have been noted between these two strains. For LOCA-1 EPS, some short side chains of β-(1→2)-xyloses (2-5 residues) are branched to the main linear backbone on its C-2 and/or C-6 positions. In contrast, the LOCA-2 main backbone that is more extended (˃40 units) than the former, is substituted on its C-2 and/or C-4 positions by xylomannan antennas. This is the first report of these yeasts’ polysaccharides with such structural characteristics. The second part of this thesis is devoted to the functional properties (foaming, gelling, and viscosifying abilities) of the EPS. Very exceptional viscosifying and foaming properties were observed after a comparative analysis with some marketed industrial biopolymers.The intrinsic properties of these natural polymers produced by these grape berries indigenous yeast strains, make them potential candidates for operating in various fields of biotechnology applications, especially enology.

En plus de leurs propriétés structurales comme constituants majeurs des membranes biologiques des cellules, les lipides jouent de nombreux rôles dans la signalisation cellulaire, le stockage d’énergie et le transport de protéines. Leurs importances biologiques ont mené à une augmentation accrue des méthodes analytiques pour la caractérisation d’espèces moléculaires uniques. De récents progrès en spectrométrie de masse ont amené à la caractérisation et à la quantification des espèces moléculaires des lipides dans des extraits lipidiques bruts (Han and Gross, 2005; Murphy et al., 2001). Par exemple, les espèces moléculaires de phospholipides peuvent être identifiées spécifiquement par leur tête polaire, la nature de leurs chaînes d’acide gras et leur positionnement au niveau du squelette glycérol. / In addition to their structural properties as main constituents of biological membranes, lipids play a multitude of roles such as in cell signalling, energy storage, and protein transport. Their biological importance has led to an increasing focus on analytical methods for the characterisation of their individual molecular species. Improvements in mass spectrometric technology has provided a great advantage for the characterisation and quantification of molecular lipid species in total lipid extracts (Han and Gross, 2005; Murphy et al., 2001). For instance, phospholipid molecular species can be identified on the basis of a characteristic fragment of the lipid class, the nature of the acyl chains and their positions on the glycerol backbone.A method allowing the quantitative profiling of the yeast lipidome was developed in a recent study using automated shotgun infusion strategy (Ejsing et al., 2009). We applied this method to characterise several lysophospholipid acyltransferase yeast mutants produced using reverse-genetics. These enzymes are involved in essential biological processes like de novo synthesis or remodelling of the phospholipid membrane component (Testet et al., 2005; Le Guedard et al., 2009). The comparative analysis of phospholipid molecular species from the wild-type strain and the corresponding deletion mutants has allowed us to identify lipid compositional changes, and has given us significant indications about the in vivo function of the encoded lysophospholipid acyltransferases.

Les levures du genre Brettanomyces sont considérées depuis longtemps comme des contaminants par les industries vinicoles et brassicoles dû aux composés phénoliques indésirables qu’elles produisent. Cependant, l’utilisation des espèces B. bruxellensis et B. anomalus en brasserie est maintenant plus répandue grâce à leur capacité à diversifier les composés aromatiques produits par la traditionnelle levure Saccharomyces cerevisiae. Malgré cette émergence dans le domaine brassicole, peu d’informations sont disponibles en ce qui concerne la diversité génétique des souches et leur potentiel en fermentation. À notre connaissance, aucune méthode permettant de caractériser, d’identifier rapidement les souches de Brettanomyces spp. et pouvant facilement être mise en place dans un contexte industriel est présentement disponible. L’objectif de l’étude était donc de développer une nouvelle méthode rapide et fiable pour le typage moléculaire des levures Brettanomyces spp. dans l’optique de différencier les espèces et les souches, ainsi que de prédire leur potentiel brassicole. À cet effet, la méthode de typage génétique Random Amplification of Microsatellites (RAM)-PCR utilisant l’amorce (CGA)₅ a été développée et validée avec la méthode Restriction Endonuclease Analysis-Pulsed-Field Gel Electrophoresis (REA-PFGE) sur vingt-deux (22) souches de Brettanomyces spp., une (1) souche de Pichia kluyveri, une (1) souche de Candida parapsilosis, une (1) souche de Schizosaccharomyces pombe et une (1) souche de Saccharomyces cerevisiae, toutes isolées de bières, ferments commerciaux, vin rouge, levain et kombucha. Des essais de fermentation primaire ont révélé que les souches ayant un bon potentiel brassicole se trouvent dans les mêmes groupes phylogénétiques générés avec la méthode RAM-PCR et l’amorce (CGA)₅. Le projet a donc permis de fournir un outil efficace pour les brasseurs et les fournisseurs de levures pour l’identification rapide des espèces, des souches et du potentiel brassicole de levures Brettanomyces spp. provenant de différents substrats, sans avoir à faire appel aux techniques de séquençage et d’essais de fermentation qui sont plus coûteux ou qui demandent plus de temps à réaliser. / The yeasts of the genus Brettanomyces are often considered as a major contaminant in the wine and beer industries because of their production of phenolic off-flavors. Recently, few species of this genus, especially B. bruxellensis and B. anomalus, have been used in beers to enlarge the pool of aromatic compounds produced by the traditional Saccharomyces cerevisiae starter used for decades in breweries. The characterization of Brettanomyces species is therefore crucial to identify the strains showing interesting technological traits. However, to our knowledge, no fast method is currently available to evaluate the genetic diversity of the genus Brettanomyces which can be easily adapted in an industrial context. The aim of this study was to develop and optimize a new, fast and reliable typing method used for the species and strains differentiation of Brettanomyces spp. isolates and for the prediction of their brewing potential. Twenty-two (22) strains of Brettanomyces, one (1) Pichia kluyveri, one (1) Candida parapsilosis, one (1) Schizosaccharomyces pombe and one (1) Saccharomyces cerevisiae were isolated from beer, red wine, kombucha, sourdough, chicha and commercial starters and used for the development of a method based on the Random Amplification of Microsatellites (RAM)-PCR technique with (CGA)₅. This method was validated with the already existent and reliable Restriction Endonuclease Analysis coupled with Pulsed-Field Gel Electrophoresis (REA-PFGE) method. Further fermentation assays revealed that potential brewing isolates were clustered in the same phylogenetic group generated with RAM-PCR electrophoretic profiles. The study allowed the development of a useful tool for brewers and yeast suppliers for the identification at the species and strains levels and the brewing potential of various Brettanomyces spp. isolates, without the need for sequencing and laborious fermentation assays.

Chaque année, environ 175 millions de personnes souffrent d’infection du tractus urinaire (ITU) dans le monde. Pour diagnostiquer une ITU, une culture d’urine est réalisée mais nécessite un long délai. Pendant ce temps les patients sont souvent traités avec un antibiotique à large spectre qui peut entrainer des complications et contribuer à l’augmentation du nombre de bactéries résistantes. La plupart des échantillons reçus au laboratoire sont négatifs (≤10[indice supérieur 5] ufc /mL) ou contiennent Escherichia coli. Nous avons mis au point une méthode de dépistage rapide des échantillons positifs afin de sauver des coûts et éviter des complications. D’abord un protocole d’extraction d’ADNg a été élaboré avec la même efficacité pour tous les microorganismes. Cette méthode, appelé EtNa, chauffe le microorganisme dans une solution de 70 % éthanol et NaOH. Cette solution permet l’adsorption de l’ADN directement sur une colonne de silice afin de favoriser sa purification par un robot pipeteur. Elle a été comparée favorablement avec d’autres méthodes retrouvées dans la littérature et trousses commerciales, mais a l’avantage d’extraire les bactéries Gram positifs, Gram négatifs et levures avec une efficacité similaire et ce, avec un même protocole simple et sans produits chimiques toxiques. La deuxième étape du projet a été de mettre au point une méthode pour dépister les microorganismes pouvant causer les ITU en utilisant la PCR en temps réel pour amplifier le gène d’ARNr 23S des bactéries et 28S des levures. Grâce à une stratégie innovatrice de dénaturation des sondes, le pathogène peut être détecté et partiellement identifié. Une valeur seuil permettant de distinguer les échantillons positifs a été évaluée et correspond à un Cp de 26 (10[indice supérieur 5] ufc/mL). Un témoin interne est utilisé et permet de contrôler l’extraction et l’amplification. La méthode de dépistage a été éprouvée in vitro avec des souches de bactéries et levures, puis essayée avec quelques échantillons d’urines en provenance de la clinique. Puisque les résultats obtenus étaient très encourageants, l’analyse d’autres échantillons est importante pour faire une validation complète.

Les composés soufrés volatils (CSV) sont des composés majeurs de l'arôme des fromages. Même présents à de très faibles concentrations, ils contribuent de manière significative à leur qualité aromatique et à leur typicité, du fait notamment de leur faible seuil de détection et de leur forte réactivité. Jusqu'à présent, les études portant sur la production de CSV étaient axées essentiellement sur le catabolisme de la méthionine, sans inclure l'implication potentielle de la cystéine dans leur production. Cette étude a donc eu pour principal objectif d'étudier dans quelle mesure la cystéine pourrait contribuer à la production de CSV par les levures et les bactéries de la flore d'affinage. La mise au point d'une technique de piégeage dans un système fermé, et de capture in situ de l'H2S produit par le catabolisme de la cystéine, nous a permis d'effectuer une sélection de souches les plus aptes à dégrader la cystéine. Cette technique a donc été utilisée pour quantifier la production d'H2S de vingt souches de levures et dix-sept souches de bactéries. Cinq souches de levures et quatre souches de bactéries ont été ainsi sélectionnées, et nous avons donc étudié leur capacité à produire des CSV à partir i) de la cystéine, ii) de la méthionine ou iii) de mélanges méthionine-cystéine. En ajoutant de la cystéine, aucun nouveau CSV n'a été produit par les levures, et seulement des traces de CSV ont été quantifiées chez les bactéries. Avec l'ajout de méthionine, deux voies de dégradation de la methionine ont été mises en évidence chez les souches de levures : une produisant du méthional/méthionol, l'autre du DMDS/DMTS. Deux nouveaux composés soufrés volatils ont également été détectés : la 2-méthyl-tétrahydrothiophène-3-one et le 1,3-oxothiane. Concernant les bactéries, elles produisent sur cystéine seule ou méthionine seule les CSV majeurs du catabolisme de la méthionine (DMDS, DMTS, DMQS et des thioesters). En ce qui concerne les mélanges de méthionine-cystéine, la production de CSV est plus ou moins réduite selon la concentration de cystéine ajoutée. Cet effet correspond certainement à une dégradation réduite de la méthionine consécutive à l'ajout de cystéine. Bien que cet effet demeure souche dépendant, des modifications du profil des CSV produits ont été observées dans tous les cas. Chez les bactéries, nous avons obtenu une production accrue des polysulfures DMTS et DMQS, parallèlement à la diminution de la production de thioesters. Chez les levures, on observe une diminution de la concentration de méthional/méthionol et de thioesters, mais sans augmentation de la production des polysulfures. Une faible concentration des formes solubles et réactives de l'H2S (HS- et S2-) dans le milieu de culture acide utilisé pour les levures pourrait expliquer ce résultat. Des essais de flairage ont montré que l'addition de faibles concentrations de cystéine, en présence de méthionine, assure la production de notes aromatiques globalement équilibrées et proches de celles d'un fromage à pâte molle croûte lavée bien affiné. Ainsi, dans un contexte fromager, nous pouvons raisonnablement supposer que l'H2S produit par le catabolisme de la cystéine ne participerait pas à la modification du profil de CSV en début d'affinage, à cause du caractère acide du caillé pendant cette période. Toutefois, l'augmentation du pH, résultat du développement des levures déacidifiantes, peut augmenter la réactivité de l'H2S qui, avec la production simultanée de méthanethiol par le catabolisme de la méthionine des bactéries d'affinage, pourrait ainsi favoriser un meilleur équilibre entre les polysulfures et les thioesters. Ainsi, la co-production de ces molécules soufrées par les levures et les bactéries d'affinage pourrait favoriser le développement d'un arôme équilibré de type fromage affiné.

Yarrowia lipolytica appartient à un groupe de levures qui a divergé très tôt dans l'arbre des hémiascomycètes. Cette levure est capable d'utiliser, comme seule source de carbone, des substrats hydrophobes très variés et est capable de synthétiser de nouveaux acides gras libres à partir de composés non hydrophobes. Ces caractéristiques font de Y. lipolytica un modèle de levure hémiascomycète pour l'étude du métabolisme des lipides. Sa capacité oléagineuse est facilitée par l'expansion de familles de protéines ayant eu lieu au cours de l'évolution après la divergence du clade Yarrowia. En effet, parmi les 204 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides dans Y. lipolytica, plus de 67% sont regroupés dans 30 familles multigéniques avec un maximum de 16 membres pour la famille de la lipase. Le récent séquençage de génomes 5 dans le clade Yarrowia a permis de comparer leur contenu génétique. L'étude des familles de gènes du métabolisme des lipides a permis de mettre en évidence les mécanismes impliqués dans l'évolution de ce clade. Toutes les fonctions nécessaires pour le métabolisme des lipides sont présentes dans toutes les espèces étudiées, avec au moins un gène par famille, même pour les espèces qui ont de 500 à 1000 moins de gènes que Y. lipolytica. Ces espèces se sont d'ailleurs révélées être toutes oléagineuses, grâce à des études physiologiques. Les familles de gènes observées proviennent de multiples duplications de gènes dont chaque exemplaire évolue indépendamment par différents processus de sub- ou neofonctionalisations, fixations, pseudogénisations ou pertes. Les contractions et expansions de familles de protéines, l'expression des gènes, la synténie et la localisation relative des gènes dans le génome ont été étudiés. Plus particulièrement, la pression de sélection agissant sur ces familles de gènes a été comparée à celles agissant sur le reste du génome. La combinaison de ces approches, physiologie, génomique et transcriptomique, a permis d'améliorer la compréhension du métabolisme lipidique, de son évolution et de la régulation des gènes dans un clade des levures oléagineuses. / Yarrowia lipolytica belongs to a group of yeasts that have diverged very early from most other hemiascomycetous yeasts. This yeast is able to use various hydrophobic substrates as unique carbon source and to synthesize new free fatty acid from non hydrophobic compounds. These characteristics make Y. lipolytica a known oleaginous model for the lipid metabolism survey of yeasts. Its oleaginous capacity is facilitated by protein family expansions that occurred across evolution after the divergence of the Yarrowia clade. Indeed, among 190 genes involved in the lipid metabolism in Y. lipolytica, more than 67% are grouped into 30 multigenic families with up to 16 members in the lipase family. The recent sequencing of 5 genomes within the Yarrowia clade enabled to compare their gene content. The study of gene families of the lipid metabolism allowed to highlight the evolutionary mechanisms involved in this clade. All the functions necessary to lipid metabolism are present in all species studied with at least one gene per family even for species that have 500 to 1,000 fewer genes than Y. lipolytica. These species are also found to be all oleaginous through physiological studies. The observed gene families derive from multiple gene duplications of which each copy evolves independently by different processes of sub- or neofunctionalisation, fixation, pseudogenization or loss. Contractions and expansions of protein families, gene expression, synteny and relative localisation of genes in the genome were investigated. More particularly, the selection pressure acting on these gene families was compared with those acting on the rest of the genome. The combination of these approaches, physiology, genomics and transcriptomics, has improved the comprehension of the lipid metabolism, its evolution and gene regulation within a clade of oleaginous yeasts.