Lait 78 (1998) 69-76
DOI: 10.1051/lait:199819

Regulation of the carbohydrate metabolism in Lactococcus lactis and other lactic acid bacteria

Evert J. Luesink^a, Oscar P. Kuipers^a and Willem M. de Vos<sup>a, b

a</sup>  Microbial Ingredients Section, NIZO, P.O. Box 20, 6710 BA, Ede. the Netherlands
^b  Laboratory of Microbiology, Department of Biomolecular Sciences, Wageningen AgriculturalUniversity, the Netherlands

Abstract - In recent years significant progress has been made in elucidating the regulation of carbohydrate metabolism in Lactococcus lactis and other lactic acid bacteria. Since insight in these mechanisms could provide valuable tools for metabolic engineering, an overview of the various global control Systems in Gram-positive bacteria is presented with specific attention for inducer exclusion, inducer expulsion and catabolite repression. Inducer exclusion is the phenomenon where the addition of a rapidly metabolizable sugar like glucose to the medium results in a reduced uptake of other sugars. Under the same circumstances another system called inducer expulsion is active that reduces the intracellular concentration of sugar phosphates by dephosphorylating sugar phosphates and removing the sugars from the cell. Both mechanisms have been shown to depend on the phosphorylation state of residue serine 46 of the phosphocarrier HPr by a metabolite-activated kinase. Apart from allosteric control, the carbohydrate metabolism can also be regulated at the transcriptional level. An example of transcriptional regulation is catabolite repression where the presence of a rapidly metabolizable sugar in the medium reduces the transcription of genes required for the utilization of other sugars. Gram-positive bacteria mediate catabolite repression via a transcriptional regulator, CcpA. To analyze the role of HPr and CcpA in the sugar metabolism in Lactococcus lactis, the genes encoding HPr and CcpA, ptsH and ccpA respectively, have been cloned and analyzed. © Inra / Elsevier, Paris.

Résumé - Régulation du métabolisme des sucres chez Lactococcus lactis et d'autres bactéries lactiques
Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des dernières années pour élucider la régulation du métabolisme des sucres chez Lactococcus lactis et d'autres bactéries lactiques. Comme la connaissance de ces mécanismes constitue un outil précieux pour l'ingénierie métabolique, une vue d'ensemble des différents systèmes de contrôle globaux des bactéries Gram positives est présentée, avec une attention particulière portée à l'exclusion par l'inducteur, l'expulsion par l'inducteur et la répression catabolique. L'exclusion par l'inducteur correspond au phénomène où l'addition d'un sucre rapidement métabolisable comme le glucose dans le milieu résulte en une moindre consommation des autres sucres. Dans les mêmes circonstances, un autre système, appelé expulsion par l'inducteur est actif et réduit la concentration intracellulaire des sucres phosphorylés en les déphophorylant et en otant les sucres de la cellule. Les deux mécanismes sont dépendants de l'état de phosphorylation du résidu sérine-46 du phosphotransporteur HPr qui dépend d'une kinase activée par un métabolite. Outre un contrôle allostérique, le métabolisme des sucres peut aussi être régulé au niveau transcriptionnel. Un exemple de régulation transcriptionnelle est la répression catabolique où la présence d'un sucre rapidement métabolisable dans le milieu réduit la transcription des gènes requis pour l'utilisation des autres sucres. Les bactéries Gram positives expriment leur répression catabolique via un régulateur transcriptionnel, CcpA. Pour analyser le rôle de HPr et CcpA dans le métabolisme de Lactococcus lactis, les gènes codants pour HPr et CcpA, ptsH et ccpA respectivement, ont été clones et analysés. © Inra / Elsevier, Paris

Key words: Lactococcus lactis / catabolite repression / carbohydrate metabolism / regulation

Mots clés : Lactococcus lactis / répression catabolique / métabolisme des sucres / régulation

Corresponding author: Oscar P. Kuipers Kuipers@nizo.nl