Rina MEKULI

Composition du jury 

• M. Olivier Cunrath, Chargé de recherche, CNRS (Université de Strasbourg), Rapporteur
• M. Thibault Nidelet, Chargé de recherche, INRAE (centre Occitanie-Montpellier), Rapporteur
• M. Matthieu Jules, Professeur, AgroParisTech (Université Paris-Saclay), Examinateur
• Mme Claire Le Henaff Le Marrec, Professeure, Bordeaux INP (Université de Bordeaux), Examinatrice
• M. Frédéric Barras, Chercheur, Institut Pasteur (Université Paris Cité), Examinateur
• Mme Marie-Christine Champomier-Vergès, Directrice de recherche, INRAE (Université Paris-Saclay), Examinatrice

Mots clés :  Fer, bactéries d’affinage, interactions microbiennes, multi-omiques, modèle métabolique à l’échelle du génome

Résumé : Le fer est un micronutriment essentiel pour la plupart des micro-organismes, il joue un rôle déterminant dans diverses voies métaboliques. Il constitue souvent un facteur limitant dans divers écosystèmes, telle que la surface du fromage. Cela en fait un modèle de choix pour étudier les réponses des micro-organismes d’affinage à la disponibilité du fer, qui permettra une compréhension plus large du métabolisme microbien. Pour s’adapter à l’environnement limité en fer, certaines bactéries synthétisent des molécules à forte affinité pour le fer, appelées sidérophores. Ces sidérophores peuvent être partagés entre les micro-organismes, impliquant de nombreux types d’interactions. Nous avons étudié l’effet de la disponibilité du fer pour deux bactéries d’affinage en monoculture et en coculture, en utilisant un milieu synthétique qui mime les conditions d’affinage de fromages. Nous avons d’abord sélectionné cinq souches isolées de fromage ayant des capacités variables de synthèse de sidérophores - Hafnia alvei, Brevibacterium aurantiacum, Corynebacterium casei, Staphylococcus equorum, et Glutamicibacter arilaitensis - et nous avons étudié leur température optimale et l’effet de la disponibilité en fer sur leur croissance. Dans tous les cas une inhibition par la limitation en fer a été observée. Nous avons ensuite sélectionné deux souches pour une analyse plus approfondie : H. alvei et B. aurantiacum. Ces souches ont été cultivées individuellement dans deux conditions de fer : l’une limitée en fer et l’autre riche en fer. Des données transcriptomiques, protéomiques et métabolomiques ont été acquises et une analyse comparative a été effectuée pour évaluer le rôle du fer dans leur physiologie. La réduction de la disponibilité en fer a entraîné une modification du métabolisme des deux souches, affectant à la fois le métabolisme central et le profil du volatilome. Nous avons ensuite effectué et comparé aux monocultures des cocultures des deux souches dans les mêmes conditions, en ayant acquis les mêmes types de données ; afin d’évaluer si la disponibilité en fer influençait leur dynamique d’interaction. Nous avons confirmé que H. alvei bénéficie de l’activité protéolytique de B. aurantiacum, et que sa synthèse de sidérophores a un effet bénéfique sur la croissance de B. aurantiacum. De plus, il est intéressant de noter que cette synthèse de sidérophores a été réduite dans la coculture, probablement en raison de la présence de B. aurantiacum en tant qu’opportuniste. En outre, la putrescine a été identifiée comme un métabolite de co-alimentation potentielle, B. aurantiacum la synthétisant et H. alvei l’utilisant comme source d’énergie. Enfin, nous avons développé un modèle métabolique à l’échelle du génome pour l’une des souches, H. alvei. Les cofacteurs du fer sont généralement sous-représentés dans ces modèles. Nous avons intégré des clusters fer-soufre dans le réseau métabolique, ce qui permet d’analyser les distributions de flux dans les réactions nécessitant du fer dans différentes conditions de simulation. L’ensemble de ces résultats met en évidence la façon dont la disponibilité en fer influence à la fois les métabolismes individuels et les interactions microbiennes dans un environnement limité en fer. En intégrant des analyses multi-omiques et en développant un modèle métabolique qui tient compte des cofacteurs du fer, cette étude fournit un cadre complet pour comprendre l’adaptation microbienne et la coopération à la surface du fromage, avec des implications plus larges pour l’écologie microbienne dans les écosystèmes à teneur limitée en fer.