Lait 69 (1989) 87-113
DOI: 10.1051/lait:198927

Lactic acid bacteria and metal ions

P. Boyaval

INRA, Laboratoire de recherches de technologie laitière, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France

(Received 12-10-1987, accepted 23-6-1988)

Abstract - While substantial literature has accumulated on the utilization of major nutrients such as carbon and nitrogen by lactic acid bacteria, little is known about the effects of "minor" nutrients such as metal ions. An attempt has been made to summarize the available information on transport, nutrition, enzymatic implications and importance of metal ions to lactic acid bacteria. Mg⁺⁺, Mn⁺⁺, Fe⁺⁺, Ca⁺⁺, K⁺ and Na⁺ have been considered in detail.
Knowledge of the relationships between lactic acid bacteria and heavy metals is very fragmentary. Generally, they have an inhibitory effect (Cd, Cs, Cu, Zn, Ur, Th) or no effect (Mo); however, they sometimes have a positive effect (Co, Zr).

Résumé - Les minéraux et les bactéries lactiques
Si la nutrition azotée et glucidique des bactéries lactiques est maintenant relativement bien connue, il n'en est pas de même de leurs besoins en minéraux. La complexité des milieux utilisés pour satisfaire les besoins nutritionnels de ces micro-organismes rend cette étude particulièrement difficile. En effet, les milieux complexes couvrant l'ensemble de leurs besoins contiennent généralement, comme contaminants, des quantités suffisantes d'éléments minéraux essentiels au développement d'une croissance plus ou moins importante. De plus, la présence de nombreux composés organiques rend inefficaces différentes méthodes destinées a enlever certains minéraux en vue d'étudier ensuite l'ajout d'une supplémentation minérale. Les variations des teneurs minérales dans le lait sont probablement l'une des causes, non négligeables, responsables des problèmes d'acidification rencontrés dans l'industrie laitière.
Une supplémentation en magnésium du lait permet une stimulation de la croissance de S. thermophilus, S. lactis, L. acidophilus et beaucoup d'autres bactéries. De nombreux procédés de production d'acide lactique ont été améliorés, au niveau de la productivité, par l'apport de cet ion. Le rôle d'activateur enzymatique joué par le magnésium ainsi que son intervention dans de nombreuses étapes de la vie cellulaire (division, stabilisation des acides nucléiques, synthèse de la paroi, métabolisme du pyruvate, hydrolyse de peptides, survie, etc.) rendent sa présence dans le milieu indispensable. Le manganèse fut mis en évidence dans les jus de tomate, dont l'apport dans les milieux de culture stimulait la croissance des bactéries lactiques. Le rôle particulier joué par les ions manganèse, liés à des polyphosphates, dans la résistance des lactobacilles à l'oxygène a été mis en évidence. Son rôle dans certaines activités enzymatiques est discuté (LDH, ARN polymérase, xylose isomérase, manganocatalase, superoxide dismutase...). Le problème de la toxicité de H₂O₂ est relié aux très faibles teneurs en fer intracellulaire. La présence chez les bactéries lactiques de sidérochromes n'a pas été mise en évidence. Les besoins en fer semblent très variables d'une espèce à l'autre, voire d'une souche à l'autre. Le fer est impliqué dans différentes activités enzymatiques chez les bactéries lactiques. Les streptocoques lactiques semblent requérir le calcium pour leur croissance. L'effet du Ca⁺⁺ sur la croissance des lactobacilles semble moins net. Certains transporteurs membranaires du calcium ont été étudiés et des hypothèses formulées sur leurs natures et leurs modes d'action. Le calcium intervient dans la lyse cellulaire causée par les phages, mais pas au niveau de leur adsorption. Le calcium joue un rôle dans la liaison de certaines enzymes avec la paroi cellulaire. L'ATPase membranaire stimulée par le calcium et le magnésium exerce un effet crucial dans le métabolisme énergétique des bactéries lactiques. Le potassium joue un rôle important dans le contrôle du pH intracellulaire. Une addition de KCl modifie peu le gradient électrochimique d'ions hydrogène. Cet ion est nécessaire à la croissance de nombreuses bactéries lactiques. Le sodium exerce un effet sélectif sur les différentes espèces de bactéries lactiques. Il peut stimuler la production d'acide de certains streptocoques lactiques et en inhiber totalement d'autres. Les informations relatives aux relations des bactéries lactiques avec les métaux lourds sont très fragmentaires. Ils présentent, à des degrés divers, un profil inhibiteur vis-à-vis des bactéries lactiques. C'est le cas du cadmium, du césium, du cuivre, du zinc, de l'uranium, du thorium et du thallium. Le molybdène semble ne pas avoir d'effet, tandis que le cobalt est nécessaire pour certaines bactéries lactiques.
De nouvelles techniques de dosages des métaux permettront une étude plus fine des relations métaux-bactéries lactiques.

Key words: lactic acid bacteria / metal ions / nutrition / transport / calcium / magnesium / potassium / iron / manganese / sodium / heavy metals

Mots clés : bactéries lactiques / minéraux / nutrition / transport / calcium / magnésium / potassium / fer / manganèse / sodium / métaux lourds