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La membrane bactérienne sous la lumière UV du synchrotron SOLEIL

Comment obtenir des bactéries lactiques résistantes à la congélation ? En étudiant finement sous microscope la modification des propriétés de leur membrane lors de l’application d’un stress froid. En collaboration avec les chercheurs du synchrotron SOLEIL, une équipe de l’UMR 0782 GMPA a imaginé un dispositif expérimental utilisant l’imagerie de fluorescence en lumière polarisée pour réaliser des cartographies de la fluidité membranaire des cellules bactériennes lors de leur refroidissement. Les résultats obtenus laissent entrevoir des leviers d’action pour la production commerciale de souches de bactéries lactiques aux propriétés technologique et organoleptiques prometteuses

images d‘anisotropie de fluorescence (fluidité) des cellules résistantes (A) et sensibles (B) à la congélation, obtenues par microscopie UV au Synchrotron SOLEIL. Les régions colorées en jaune correspondent aux zones rigides (faible valeur de fluidité membranaire) et les régions colorées en bleu aux zones fluides (forte valeur de fluidité) au sein de la membrane (adapté de Passot et al. 2014, Biomedical Spectroscopy and Imaging). © Inra, inra - soleil
Mis à jour le 03/11/2015
Publié le 03/11/2015

La fluidité des membranes : un paramètre clé gouvernant la résistance des cellules à la congélation.

Les bactéries lactiques représentent un acteur majeur dans la diversité et la typicité des produits fermentés. Cependant, pour être utilisées commercialement, ces bactéries doivent résister à des conditions de stress parfois drastiques lors de la mise en œuvre des procédés de stabilisation (congélation, lyophilisation). La membrane bactérienne et notamment ses propriétés de fluidité jouent un rôle important non seulement dans le fonctionnement de la cellule mais aussi dans sa capacité à résister aux stress environnementaux induits lors de la congélation (stress froid, osmotique).
Des travaux récents ont montré qu’une modification de la composition en acides gras de la membrane de Lactobacillus bulgaricus, induite par l’utilisation de différents milieux de culture, améliore sensiblement sa résistance à la congélation par le biais d’une diminution de la température de transition lipidique de la membrane. Cependant, le suivi direct de l’évolution de la fluidité membranaire à l’échelle cellulaire au cours du refroidissement reste une pièce manquante dans la compréhension des mécanismes de dégradation cellulaire lors de la congélation.
L’existence de domaines fluides et rigides à basse température au sein des membranes bactériennes de cellules sensibles à la congélation a pu être montrée grâce à l’aide des chercheurs de la ligne DISCO du Synchrotron SOLEIL. Un dispositif expérimental orignal a été conçu afin de mesurer, pour la toute première fois, sous microscope, la fluidité membranaire de cellules bactériennes à différentes températures. La mesure repose sur la quantification du degré de liberté d’une sonde fluorescente insérée dans la membrane lipidique après excitation avec un rayonnement ultraviolet (UV) lointain. Deux populations bactériennes de Lactobacillus bulgaricus présentant des niveaux extrêmes de résistance au procédé de congélation ont été étudiées. Après acquisition et traitement des images, les membranes des bactéries ont été cartographiées pour différentes températures. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’apparition de domaines rigides au sein d’une membrane encore fluide lors du refroidissement de cellules bactériennes sensibles à la congélation. En revanche, les membranes de cellules résistantes à la congélation sont caractérisées par le maintien de valeurs élevées et homogènes de fluidité membranaire jusqu’à des températures proches de zéro.

Images d‘anisotropie de fluorescence (fluidité) des cellules résistantes (A) et sensibles (B) à la congélation, obtenues par microscopie UV au Synchrotron SOLEIL. Les régions colorées en jaune correspondent aux zones rigides (faible valeur de fluidité membranaire) et les régions colorées en bleu aux zones fluides (forte valeur de fluidité) au sein de la membrane (adapté de Passot et al. 2014, Biomedical Spectroscopy and Imaging). © Inra, Inra - Soleil
Images d‘anisotropie de fluorescence (fluidité) des cellules résistantes (A) et sensibles (B) à la congélation, obtenues par microscopie UV au Synchrotron SOLEIL. Les régions colorées en jaune correspondent aux zones rigides (faible valeur de fluidité membranaire) et les régions colorées en bleu aux zones fluides (forte valeur de fluidité) au sein de la membrane (adapté de Passot et al. 2014, Biomedical Spectroscopy and Imaging) © Inra, Inra - Soleil

Une approche transposable à l’étude d’autres microorganismes et d’autres stress environnementaux.

L’étude de l’évolution de la fluidité membranaire de bactéries lors de leur exposition à différent types de stress environnementaux (osmotique, acide, oxydatif) permettra de mieux comprendre les déterminants cellulaires à l’origine de la résistance des bactéries aux procédés de production et de stabilisation. Cette étude est également complétée par la mesure de fluidité membranaire par cytométrie en flux afin d’estimer l’hétérogénéité de cette propriété au sein de la population bactérienne.

Partenaire :

Ligne de lumière DISCO, synchrotron SOLEIL, France

En savoir plus

Passot, S., Jamme, F., Refrégiers, M., Gautier, J., Cenard, S., Fonseca, F. (2014) Synchrotron UV fluorescence microscopy for determining membrane fluidity modification of single bacteria with temperatures. Biomedical Spectroscopy and Imaging, 3, 3: 203-210.

A propos de

Des chercheurs et équipes de recherches impliquées

Contact :Stephanie.Passot@grignon.inra.fr, Fernanda.Fonseca@grignon.inra.fr,

UMR 0782 Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires (GMPA) http://www6.versailles-grignon.inra.fr/gmpa