Lait 78 (1998) 77-84
DOI: 10.1051/lait:1998110

Genetics of galactose utilisation via the Leloir pathway in lactic acid bacteria

Benoît Grossiord^a, Elaine E. Vaughan^b, Evert Luesink^a and Willem M. de Vos<sup>a, c

a</sup>  Microbial Ingredients Section NIZO, P.O. Box 20, 6710 BA Ede. the Netherlands
^b  Nestlé Research Center, Nestlé Ltd., Vers-chez-les-Blancs, P.O. Box 44,1000 Lausanne, Switzerland
^c  Lahoratory of Microhiology, Department of Biomolecular Sciences, Wageningen Agricultural University, the Netherlands

Abstract - Lactic acid bacteria (LAB) are used in industrial dairy fermentations mainly for the conversion of lactose into lactic acid. While the glucose moiety of lactose is metabolised via the well-known glycolysis, two distinct pathways, the tagatose-6P pathway or the Leloir pathway, can be used for degradation of the galactose moiety. The Leloir pathway enzymes include galactokinase (GalK), galactose-lP uridylyltransferase (GalT) and UDP-galactose 4-epimerase (GalE) which are responsible for the conversion of galactose to glucose-1P. Several of these enzymes have been characterised in different LAB. They are chromosomally encoded and their genes are organized in clusters. Here, we present and discuss the characteristics of the gal gene clusters of several LAB including Lactococcus lactis, Leuconostoc lactis, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei and Streptococcus thermophilus. Whereas the degree of identity between the deduced primary sequences of the described Leloir pathway enzymes is very high, the genomic organisation of the clusters together with their mechanisms of regulation are variable and species-specific. Studies of the different factors involved in the control of lactose and galactose utilisation in these LAB will allow the development of new strategies to engineer their efficient utilisation in industrial dairy fermentations. © Inra / Elsevier, Paris.

Résumé - Déterminants génétiques de l'utilisation du galactose par la voie de Leloir chez les bactéries lactiques
La principale fonction des bactéries lactiques (BL) en industrie laitière est la conversion du lactose, principal sucre du lait, en acide lactique. Le métabolisme de ce disaccharide par les BL nécessite la dégradation d'au moins une de ses deux moitiés, glucose ou galactose. Alors que le glucose est dégradé par la voie de la glycolyse, deux voies de catabolisme du galactose ont été mises en évidence chez les BL. Il s'agit de la voie du tagatose-6P, impliquée dans la dégradation du galactose-6P et de la voie de Leloir spécifique du galactose. Les enzymes de la voie de Leloir, la galactokinase (GalK), la galactose-IP uridylyltransferase (GalT) et l'UDP-galactose 4-épimerase (GalE) sont impliquées dans la conversion du galactose en glucose-lP et ont été caractérisées chez plusieurs BL. Les gènes galK, galT, et galE codant pour ces enzymes chez les BL sont situés sur le chromosome bactérien et organisés en groupes formant des unités génétiques spécifiques. Nous présentons et discutons le clonage, l'organisation et l'expression des gènes gal de plusieurs BL incluant Lactococcus lactis, Leuconostoc lactis, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei et Streptococcus thermophilus. La comparaison des différents groupes de gènes gal présents chez ces BL et incluant galK, galT et galE montre un degré d'identité très élevé, alors que leurs organisations chromosomiques et leurs systèmes d'expression sont spécifiques pour chaque espèce. L'étude des systèmes d'expression des gènes gal et de la régulation des mécanismes impliqués dans l'utilisation du lactose ou du galactose par les BL permet d'envisager le développement de nouvelles stratégies visant à contrôler et maîtriser l'utilisation efficace de ces sucres en industries alimentaires et laitières. © Inra / Elsevier, Paris.

Key words: lactic acid bacteria / galactose / metabolism / Leloir pathway / genetics

Mots clés : bactéries lactiques / galactose / métabolisme / voie de Leloir / génétique