Lait 78 (1998) 31-37
DOI: 10.1051/lait:199815

Carbamoylphosphate and natural auxotrophies in lactic acid bacteria

Françoise Bringel

Laboratoire de Microbiologie et de Génétique, Université Louis-Pasteur, CNRS URA, n° D1481, 28, rue Goethe. 67083 Strasbourg, France

Abstract - Lactic acid bacteria require rich and complex media because they have multiple auxotrophies. A study of arginine and pyrimidine requirements of 113 homofermentative lacto-bacilli, mostly Lactobacillus plantarum and L. pentosus, showed that only 64% were protoptrophs for these compounds. 33% of the strains required arginine and uracil in aerobic growth conditions (but not in a carbon dioxide-enriched atmosphere), suggesting a deficiency of the common intermediate between the arginine and the pyrimidine metabolism: carbamoyiphosphate (CP). No auxotrophs for the pyrimidines only were detected. Among the four auxotrophs for arginine only, three had no ornithine carbamoyltransferase (EC 2. 1.3. 3), an enzyme that utilizes CP as a substrate. Thus, the CP metabolism appears to be a good tool to study homofermentative lactobacilli evolution and adaptation to their ecological niches. In this paper, CP metabolism and its variability within lactic acid bacteria will be presented. Depending of the species, CP is produced either from carbamoyiphosphate synthetase (CPSase; EC 6. 3. 5. 5) from carbon dioxide, ATP and glutamine (L. plantarum), or from arginine caiabolism via the arginine deiminase (ADI) pathway (Lactobacillus leichmannii). Among lactic acid bacteria, the ADI pathway is absent; partially or totally present with different regulation expressions. © Inra / Elsevier. Paris.

Résumé - Caramel phosphate et auxotrophes naturelles chez les bactéries lactiques
Les bactéries lactiques requièrent des milieux de culture très riches, du fait de leurs multiples auxotrophes. L'étude des besoins nutritionnels en arginine et en pyrimidines de 113 souches de lactobacilles homofermentaires, principalement des Lactobacillus plantarum et des L pentosus, a montré que seulement 64 % des souches étaient prototrophes pour ces composés ; 33 % des souches nécessitent la présence d'arginine et d'uracile dans le milieu de culture en aérobiose (mais non en atmosphère enrichie en gaz carbonique) suggérant une déficience au niveau de l'intermédiaire commun entre ces deux métabolismes : le carbamyl phosphate (CP). Aucun auxotrophe pour les pyrimidines seules n'a été détecté et parmi les quatre souches auxotrophes pour l'arginine seul, trois souches sont dépourvues d'activité ornithine transcarbamyla.se (EC 2. 1.3. 3) qui est une enzyme utilisant le CP comme substrat. Ainsi, le métabolisme du CP semble être un bon modèle d'étude de l'évolution et de l'adaptation des lactobacilles homofermentaires à leurs niches écologiques. Dans cet article nous faisons le point de l'état des connaissances et de la variabilité du métabolisme du CP chez les bactéries lactiques. Selon les espèces, le CP est soit synthétisé par la carbamyl phosphate synthetase (CPSase ; EC 6.3.5.5) à partir de gaz carbonique, d'ATP et de glutamine (L plantarum), soit provient du catabolisme de l'arginine par la voie de l'arginine désiminase (ADI) (Lactobacillus leichmannii). Au sein des bactéries lactiques, la voie de l'ADI peut être absente, partiellement ou totalement présente avec différentes régulations de son expression. © Inra / Elsevier, Paris.

Key words: arginine / pyrimidine / carbamoylphosphate synthetase / arginine deiminase / auxotrophy

Mots clés : arginine / pyrimidine / carbamyl phosphate synthetase / arginine désiminase / auxotrophie