Indirect interaction in milk between proteolytic and isogenic non-proteolytic strains of Lactococcus lactis. I. Effect of pre-culturing by a non-proteolytic variant

Abstract - The indirect interaction between proteolytic and isogenic non-proteolytic strains of Lactococcus lactis was studied by performing sequential cultures in skim milk. After pre-culturing with a non-proteolytic strain for specific periods of time, the milk was pasteurized, re-inoculated with a second strain and then re-incubated. This second strain was either the same non-proteolytic strain, or the parental proteolytic strain.
In the control milk, both proteolytic parental and non-proteolytic strains grew exponentially at the same rate. Whereas the non-proteolytic variant stopped growing, its parental strain continued to grow exponentially, but at a lower growth rate than in the first exponential growth phase.
When grown in milk pre-cultured by the non-proteolytic strain, the same strain exhibited a slower growth rate and a lower maximum population than when grown in control milk. While abundant growth of the pre-culture strain led to lower maximum populations of the second culture, the combined cell populations in the first and second cultures were constant. Furthermore, this sum was equal to the maximum population attained by the non-proteolytic strain in control milk.
When grown in pre-cultured milk, the proteolytic strain exhibited biphasic exponential growth and attained the same maximum population as when cultured in control milk. While the growth rates during the 2 exponential phases were not affected, the shift from the first to the second growth rate occurred earlier in the pre-cultured than in the control milk, with the shift in growth rates occurring earlier in milk containing higher populations of pre-culture organisms.
This apparent inhibitory effect of pre-culturing milk with a non-proteolytic variant was suppressed by adding some non-proteic nitrogen sources to the milk, thus indicating that the pre-cultured milk was depleted in non-proteic nitrogen sources. The result of this depletion was an indirect competition in milk between isogenic proteolytic and non-proteolytic strains for non-proteic nitrogen. This indirect competition was also observed using 11 other isogenic pairs of proteolytic and non-proteolytic strains belonging to the species L lactis.

Résumé - Interaction indirecte entre souches isogéniques de Lactococcus lactis dans le lait. I. Effet de la pré-culture par un variant non protéolytique
L'interaction indirecte entre souches isogéniques protéolytiques et non protéolytiques de Lactococcus lactis a été étudiée en réalisant des cultures séquentielles dans le même lait : celui-ci était pré-cultivé par une souche non protéolytique pendant une période de temps donnée, pasteurisé, puis réensemencé avec une seconde souche avant d'être incubé à nouveau. Cette seconde souche était soit la même que celle utilisée pour la pré-culture du lait, soit la souche parentale, protéolytique.
Dans le lait témoin, la souche protéolytique et la souche non proléolytique poussaient exponentiellement, avec le même taux de croissance. Lorsque le variant non protéolytique s'arrêtait de croître, sa souche parentale continuait à se développer exponentiellement, avec un taux de croissance plus lent que le premier.
Le variant non proléolytique, lorsqu'il était cultivé dans un lait pré-cultivé par la même souche, atteignait un niveau maximal de population plus faible que dans le lait témoin et ce, avec un taux de croissance moins rapide. L'inhibition de la seconde culture était d'autant plus marquée que le niveau de population atteint à l'issue de la pré-culture était important. Cependant, la somme des niveaux en fin de première et de seconde culture restait constante, et correspondait au niveau maximal atteint par cette souche non protéolytique cultivée dans le lait témoin.
La souche parentale, lorsqu'elle était cultivée dans un lait pré-cultivé par son variant non protéolytique, atteignait la même densité cellulaire maximale que dans le lait témoin. La pré-culture du lait n'affectait pas non plus les taux de croissance de la souche parentale pendant les deux phases exponentielles. En revanche, le niveau cellulaire auquel le changement de taux de croissance était observé était d'autant plus faible que le niveau cellulaire atteint à l'issue de la pré-culture était important.
Cet effet inhibiteur de la pré-culture du lait par un variant non protéolytique était supprimé en rajoutant au lait une source d'azote non protéique, ce qui démontre clairement que cette interaction était due à un appauvrissement du lait en certaines fractions azotées non protéiques, et non pas à la production d'une substance inhibitrice par la souche cultivée en premier. Cette interaction se traduisait donc par une compétition indirecte entre les deux souches pour ces fractions azotées. Cette compétition indirecte, entre souches isogèniques protéolytiques et non protéolytiques, a été constatée avec onze autres paires de souches de Lactococcus lactis. Elle semble donc être un caractère commun aux souches de cette espèce cultivées séquentiellement dans le lait