DOI: 10.1051/lait:2001120

Lait 81 (2001) 161-171

Molecular characterization of the phenolic acid metabolism in the lactic acid bacteria Lactobacillus plantarum

Lise Barthelmebs, Charles Diviés and Jean-François Cavin

Laboratoire de Microbiologie, UMR INRA ENSBANA, Université de Bourgogne, 1 esplanade Erasme, 21000 Dijon, France

Abstract
The lactic acid bacteria Lactobacillus plantarum displays substrate-inducible decarboxylase activities on p-coumaric, caffeic and ferulic acids. Purification of the p-coumaric acid decarboxylase (PDC) was performed. Sequence of the N-terminal part of the PDC led to the cloning of the corresponding pdc gene. Expression of this gene in Escherichia coli revealed that PDC displayed a weak activity on ferulic acid, detectable in vitro in the presence of ammonium sulfate. Transcriptional studies of this gene in L. plantarum demonstrated that the pdc transcription is phenolic acid-dependent. A mutant deficient in the PDC activity, designated LPD1, was constructed to study phenolic acid alternate pathways in L. plantarum. LPD1 mutant strain remained able to metabolize weakly p-coumaric and ferulic acids into vinyl derivatives or into substituted phenyl propionic acids. These results indicate that L. plantarum has a second acid phenol decarboxylase enzyme and also displays inducible acid phenol reductase activity. Finally, PDC activity was shown to confer a selective advantage for LPNC8 grown in acidic media supplemented with p-coumaric acid, compared to the LPD1 mutant devoid of PDC activity.

Résumé
Caractérisation moléculaire du métabolisme des acides phénol chez Lactobacillus plantarum . La bactérie lactique Lactobacillus plantarum est capable de décarboxyler les acides p-coumarique, férulique et caféique. La purification de l'acide p-coumarique décarboxylase (PDC) a été réalisée. La détermination de la séquence N-terminale de cette enzyme a permis de cloner le gène pdc correspondant. L'expression de ce gène chez Escherichia coli révèle que la PDC possède une faible activité sur l'acide férulique, détectable in vitro uniquement en présence de sulfate d'ammonium. L'étude des ARN messagers du gène pdc chez L. plantarum montre que la transcription de ce gène dépend des acides phénols. La construction d'un mutant déficient pour l'activité PDC, nommé LPD1 a été réalisée afin d'étudier les métabolismes secondaires des acides phénols chez L. plantarum. Ce mutant LPD1 reste capable de dégrader les acides phénols en dérivés de type vinyl phénol ou en acides phényl propioniques. Ces résultats indiquent que L. plantarum possède une seconde acide phénol décarboxylase ainsi qu'une activité acide phénol réductase. Enfin, l'activité PDC confère à L. plantarum un avantage sélectif pour sa croissance en milieu contenant des acides phénols, comparé à la souche LPD1 dépourvue d'activité PDC.

Key words: phenolic acid / phenolic acid decarboxylase / phenolic acid reductase / Lactobacillus plantarum

Mots clés : acide phénol / acide phénol décarboxylase / acide phénol réductase / Lactobacillus plantarum

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