Lait 82 (2002) 45-57
DOI: 10.1051/lait:201004

Genetics and molecular biology of propionibacteria

Nicole Van Luijk^a, Melanie P. Stierli^b, Susanne Miescher Schwenninger^b, Christophe Hervé^c, Gottfried Dasen^b, Jan P.M. Jore^a, Peter H. Pouwels^a, Mariët J. Van Der Werf^a, Michael Teuber^b and Leo Meile<sup>b

a</sup>  Department of Applied Microbiology and Gene Technology, TNO Nutrition and Food Research, Utrechtseweg 48, PO Box 360, 3700 AJ Zeist, The Netherlands
^b  Laboratory of Food Microbiology, Institute of Food Science, ETH Zurich, ETH-Zentrum, 8092 Zurich, Switzerland
^c  Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière, INRA, 65 rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France

Abstract
Research in the genetics and molecular biology of propionibacteria is currently making much progress. In order to develop efficient DNA transfer systems for the genus Propionibacterium, dairy and environmental propionibacteria were screened for the presence of suitable plasmids as a first step. Following nucleotide sequence analysis, potential replication functions were identified on several Propionibacterium plasmids such as pLME106/pRGO1, p545 and pLME108. Furthermore, ppnA, the gene encoding the propionicin SM1, was detected on pLME106. Three of these plasmids which had been fused with antibiotic resistance selection markers (ermE, cml, hygB) originating from bacteria with high G+C DNA content were recently successfully used as Escherichia coli - Propionibacterium shuttle vectors. DNA restriction/modification systems observed in propionibacteria have to be taken into account since successful DNA transformation at high rates (up to 10 ⁸ Propionibacterium transformants/ g of DNA) succeeds only with plasmid DNA originating from propionibacteria with the same restriction/modification system(s) as the strain to be transformed, and not from E. coli hosts. The basis for an integrating vector has been set up after identification of a potential attP site and an adjacent integrase gene from a Propionibacterium phage/prophage system. Finally, approximately 30 gene sequences with attributed coding functions from propionibacteria are available on databases.

Résumé
Génétique et biologie moléculaire des bactéries propioniques. Pour développer des systèmes de transfert d'ADN pour le genre Propionibacterium, la présence de plasmides a été recherchée dans des souches laitières et environnementales. En analysant la séquence de l'ADN, des fonctions probablement responsables de la réplication ont été identifiées sur des plasmides de Propionibacterium : pLME106/pRGOl, p545 et pLME108. De plus, ppnA, le gène codant pour la bactériocine SM1, a été identifié sur pLME106. Ces plasmides ont été fusionnés avec des gènes de résistance aux antibiotiques (ermE, cml, hygB) provenant de bactéries dont l'ADN est riche en nucléotides G+C. Ces vecteurs de clonage ont été utilisés avec succès comme vecteur navette Escherichia coli - Propionibacterium. Des systèmes de restriction/modification dans les bactéries propioniques ont été suspectés du fait que le nombre des Propionibacterium transformants était très haut (10 ⁸ g ^-1 d'ADN) seulement si l'ADN provenait de souches de Propionibacterium et non d'E. coli. Un vecteur de clonage intégratif pourra être construit dans l'avenir par l'identification d'un site attP et d'un gène d'intégrase sur le génome d'un bactériophage de Propionibacterium. Enfin à peu près 30 gènes du génome des bactéries propioniques ont été séquencés et figurent dans des banques de données.

Key words: Propionibacterium / plasmid / bacteriophage / DNA transformation / genetics

Mots clés : Propionibacterium / plasmide / bactériophage / ADN transformation / système génétique

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