Lait 84 (2004) 39-47
DOI: 10.1051/lait:2003032

Energetic analysis of cultures of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus: identification of the type of control between catabolism and anabolism

Myriam Mercade^{a, b}, Florence Duperray^b and Pascal Loubière<sup>a

a</sup>  Centre de Bioingénierie Gilbert Durand, UMR CNRS 5504, UMR INRA 792, Institut National des Sciences Appliquées, 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France
^b  Danone Vitapole, RD 128, 91767 Palaiseau Cedex, France

(Published online 13 November 2003)

Abstract
Growth and energetic parameters of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus were measured during cultures in synthetic medium, at pH regulated at 6.4 and at free pH. These data enabled the actual biomass yield relative to ATP and the maintenance coefficient to be calculated, and the type of control between catabolism and anabolism to be identified. The cultures of L. delbrueckii subsp. bulgaricus at pH 6.4 or at a non-regulated pH were characterized by a concomitant and early decrease in both catabolism and anabolism. At a regulated pH, the growth decrease seems to be due to the accumulation of toxic compounds, acting on anabolic reactions. This inhibition led to a decrease in the catabolic flux, albeit to a lower extent than the anabolic flux. In this condition, the culture was characterized by an excess of energy. On the contrary, at free pH, the lactic acid production led to a pH decrease responsible for the slowing-down of the catabolic flux. At the same time, maintaining the internal pH in the acidified medium was more energy-consuming. The consequence of both the decrease in the glycolytic flux and the increase in the energy consumption led to an energy limitation of growth, as shown by the lower value of the maintenance coefficient.

Résumé
Les apports de l'énergétique microbienne à l'analyse des cultures de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus : identification du type de contrôle entre catabolisme et anabolisme. La croissance et les paramètres énergétiques de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus sont quantifiés en cinétique de culture en milieu synthétique, à pH régulé à 6,4 et à pH libre. Ces données permettent d'estimer le rendement ponctuel de biomasse par rapport à l'ATP et le coefficient de maintenance, paramètres dont l'analyse permet d'identifier le type de contrôle reliant le catabolisme à l'anabolisme. Lors des cultures de L. delbrueckii subsp. bulgaricus à pH régulé à 6,4 comme à pH libre, un ralentissement concomitant du catabolisme et de l'anabolisme est observé très précocement en cours de culture. À pH régulé, le ralentissement de croissance semble dû à l'accumulation de produits toxiques, qui affecte en premier lieu l'anabolisme, l'inhibition de l'anabolisme provoquant un rétro-contrôle du flux catabolique, mais dans des proportions moindres que l'anabolisme. La culture est alors en situation d'excédent énergétique. Inversement, à pH libre, la production d'acide lactique provoque une diminution du pH responsable d'un ralentissement du catabolisme. En même temps, l'acidification engendre un coût énergétique supplémentaire pour le maintien du pH interne. L'action combinée du ralentissement du flux glycolytique de production d'énergie et de l'augmentation du coût énergétique, provoque finalement une limitation énergétique de la croissance, visualisée en particulier par une faible valeur du coefficient de maintenance.

Key words: Lactic acid bacteria / Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus / energetic analysis / catabolism / anabolism / maintenance coefficient

Mots clés : Bactérie lactique / Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus / analyse énergétique / catabolisme / anabolisme / coefficient de maintenance

Correspondence and reprints: Pascal Loubière loubiere@insa-tlse.fr

© INRA, EDP Sciences 2004