Lait 79 (1999) 59-69
DOI: 10.1051/lait:199914

Stress and osmoprotection in propionibacteria

Patrick Boyaval^a, Catherine Deborde^{a, b}, Christian Corre^a, Carlos Blanco^c and Élisabeth Bégué<sup>a, c

a</sup>  Laboratoire de recherches de technologie laitière, Inra, 65, rue de Saint-Brieuc,35042 Rennes cedex, France
^b  ITG, 73, rue de Saint-Brieuc, BP 6224, 35062 Rennes cedex, France
^c  Laboratoire de génétique et physiologie microbiennes, CNRS-URA 256, université Rennes-I, France

Abstract - Propionibacterium starters are subjected to many stresses during Swiss-type cheese manufacture. Among the phenomena which exert strong effects on Propionibacterium growth, osmotic stress influences the cell activity, the spatial cell distribution in the loaf and also drastically influences cheese ripening. In a chemically defined medium (M63), the generation time of Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii CIP 103027 was doubled by 0.3 mol-L^-1 sodium chlo-ride and at 0.7 mol-L^-1, growth was almost totally inhibited. Growth in rich medium was more resistant to hyperosmotic condition.. ¹³C Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to investigate the intracellular solute pools in living cell suspensions and in hydroalcoholic extracts. Glutamate and trehalose were the main osmolytes found in the intracellular fraction of the cells in M63 containing 0.5 mol-L^-1 NaCl. Addition of glycine-betaine, dimethylsulfoniopropionate or dimethylsulfonioacetate to this medium partially restored the growth. These efficient osmoprotectors were accumulated by the stressed cells. Moreover, glutamate and trehalose synthesis were also enhanced. In a rich medium. P. shermanii cells responded to changes in osmolarity by increasing the concentrations of specific solutes, and especially glycine-betaine, in order to maintain a constant turgor pressure. Implications of such behavior in cheese technology are discussed. © Inra / Elsevier, Paris.

Résumé - Le stress osmotique et l'osmoprotection chez les propionibactéries.
Au cours de la fabrication fromagère, les bactéries propioniques sont soumises à différents stress. Parmi ceux-ci figure le stress osmotique, résultat du saumurage, qui influence considérablement la croissance des cellules mais aussi leur distribution au sein de la meule et donc conditionne l'affinage du fromage. Dans un milieu chimiquement défini, le temps de génération de Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii CIP 103027 double en présence d'une concentration de chlorure de sodium de 0,36 mol-L^-1. À 0,7 mol-L^-1 Ia croissance est totalement inhibée. Dans un milieu riche, les cellules sont plus résistantes à l'augmentation de la pression osmotique. Le tréhalose et le glutamate sont les principaux osmolytes accumulés lors d'une croissance en M63 + 0,5 mol-L^-1 NaCl. Une addition de glycine-bétaïne, de diméthylsulfoniopropionate ou de diméthylsulfonioacétale au M63 restaure partiellement la croissance. Mais une addition de tréhalose n'apporte pas d'effet protecteur aux cellules. Une étude par résonance magnétique nucléaire du carbone 13 montre que ces osmolytes sont accumulés par les cellules. Lors de culture en milieu riche (YEL). les cellules de Propionibacterium freudenreichii subsp. shcnnanii accumulent de la glycine-bétaïne prélevée dans le milieu. Les implications potentielles du comportement de Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii en technologie fromagère sont discutée.© Inra / Elsevier, Paris.

Key words: Propionibacterium / trehalose / glycine-betaine / osmotic stress / NMR

Mots clés : Propionibacterium / tréhalose / glycine-bétaïne / stress osmotique / RMN

Corresponding author: Patrick Boyaval boyaval@Iabtechno roazhon.inra.fr