DOI: 10.1051/lait:2001118

Lait 81 (2001) 139-150

Catabolisme de l'arginine par OEnococcus oeni : aspects énergétiques et génétiques

Thierry Tonon, Jean-Paul Bourdineaud and Aline Lonvaud-Funel

Laboratoire de Biotechnologie et de Microbiologie Appliquée, Faculté d'oenologie, Unité associée INRA, Université Victor Ségalen-Bordeaux 2, 351 cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France

Abstract
Arginine catabolism by OEnococcus oeni: energetic and genetic aspects. Most of the OEnococcus oeni strains are able to breakdown arginine, one of the main amino acid in wine, through the arginine deiminase pathway (ADI pathway). Citrulline is excreted and then reacts with ethanol to produce ethyl carbamate (or urethane). The carcinogenic effects on laboratory animals have been demonstrated for this compound when administrated at high concentrations. Thus, its level in wine might be monitored and regulated. Comparison between strains able or not to hydrolyse arginine has shown that degradation of this amino acid produces ATP. This energy can be used by growing cells and by "viable but non-culturable" cells that retrieve a growing state. Cloning of ADI pathway genes led to isolating the arcABC cluster. Upstream arcA, an open reading frame called orf229 encodes for a protein called ORF229p which shares common features with proteins involved in transcription activation. Moreover, a motif which matches the CRP binding domain was found in the promoter region of arcA. RT-PCR experiments on the arc cluster regulation showed that arginine stimulates transcription of the 4 genes. From sequence data, primers were chosen and applied in a PCR test, but failed to discriminate strains able or not to catabolise arginine.

Résumé
La majorité des souches d'OEnococcus oeni sont capables de dégrader l'arginine, un des acides aminés majoritaires dans le vin, par la voie de l'arginine déiminase (voie ADI). Ce catabolisme conduit notamment à la libération de citrulline, qui réagit avec l'éthanol pour former du carbamate d'éthyle (ou uréthane). Ce composé, à fortes doses, présente des effets cancérigènes mis en évidence sur des animaux de laboratoire. Sa teneur pourrait donc être réglementée. La comparaison de souches positive et négative vis-à-vis de ce caractère a montré que l'utilisation de l'arginine entraîne la production d'ATP. Cette énergie est consommée par des cellules en croissance et par des cellules viables mais non cultivables. Le clonage des gènes codant pour les enzymes de la voie ADI a permis l'isolement du cluster arcABC. En amont d'arcA, un cadre ouvert de lecture nommé orf229 a été repéré. La séquence en acides aminés déduite (ORF229p) présente des homologies de séquence et un lien phylogénétique avec des facteurs liés à l'activation de la transcription. De plus, un site similaire à celui spécifique impliqué dans la fixation des facteurs de type CRP a été identifié dans la région promotrice du gène arcA. Des expériences de RT-PCR ont montré que l'arginine stimulait la transcription des trois gènes arc et de l'orf229. Les données génétiques ont ensuite été appliquées, mais n'ont pas abouti, pour tenter de différencier par PCR les souches capables et celles incapables d'hydrolyser l'arginine.

Key words: OEnococcus oeni / arginine / arginine deiminase pathway / starved cell / arc cluster

Mots clés : OEnococcus oeni / arginine / voie de l'arginine déiminase / cellule carencée / cluster arc

Correspondence and reprints: Aline Lonvaud-Funel Tél. : (33) 5 56 84 64 66 ; fax : (33) 5 56 84 64 68 ; e-mail : Aline.Lonvaud@oenologie.u-bordeaux2.fr

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