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  Des microbes et des humains sur la voie
lactée 

• Hervé Levesque, Claire Casnin
• enseignants-associés,
• équipe ACCES-INRP-Versailles
• Travail mené en collaboration avec lINRA, Centre
  de Grignon-Massy-Versailles

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Plan de la présentation

• 1- lécosystème lait, un milieu favorable à de
  nombreux microbes, les uns sympathiques, les
  autres moins, et de fait il nous faut gérer
  cela 
• 2- le métabolisme du lactose, comment les
  bactéries font et ont appris à le faire, même
  question posée aux humains 
• 3- la persistance chez ladulte de la lactase,
  illustration de la relation entre évolution
  génétique des populations humaines et culture,
   nous devenons ce que nous mangeons ou
  presque .

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 Des microbes et des humains sur la voie lactée 

• 1- lécosystème lait, un milieu favorable à de
  nombreux microbes, les uns sympathiques, les
  autres moins, et de fait il nous faut gérer cela
  
• -a- le lait nest pas un milieu naturellement
  stérile
• -b- la diversité des produits laitiers, un
  prodige microbien

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Définir le lait

• Le lait est un liquide biologique dont la
  composition chimique montre la présence des
  différents constituants habituellement rencontrés
  chez les êtres vivants  eau, ions minéraux, gaz
  dissous, molécules organiques diverses dont
  glucides (le lactose principalement), lipides
  simples et complexes, acides aminés et protéines,
  vitamines, éventuellement hormones, nucléotides,
  etc.

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Définir le lait

• Des grandes familles des molécules organiques,
  seuls les polymères dacides nucléiques et les
  sucres complexes ne sont pas représentés ce qui
  saccorde avec leur caractère peu soluble et
  encombrant rendant leur transport difficile, le
  lait étant avant tout un liquide nourricier et
  circulant.
• La présence de toutes ces catégories de
  constituants chimiques explique pourquoi le lait
  est un bon aliment.
• Et pourquoi il se contamine facilement!

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 Des microbes et des humains sur la voie lactée 

• -a- Le lait nest pas un milieu naturellement
  stérile

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Justifier le terme écosystème

• Le lait est donc un milieu avec un ensemble de
  caractéristiques chimiques particulières mais il
  comporte aussi tout un riche cortège de cellules
  dorganismes variés, cellules de lorganisme
  maternel ainsi que des cellules des
  microorganismes qui y sont naturellement
  présents.
• Lorsque le lait fait lobjet dune collecte,
  dautres sources de contamination sont possibles
  ne serait-ce quau contact de lair.

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• Le lait nest pas un milieu stérile!
• La mère transmet à son petit des microbes qui
  coloniseront son tube digestif
• En outre des constituants importants du lait (les
  oligosaccharides) ne sont pas transmis pour
  nourrir lenfant mais les microbes que maintenant
  il héberge

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http//ffhi.ucdavis.edu/prog/fg/proj/im

• Infant Microbiome Project  
• Oligosaccharides are the third most abundant
  solid component in human milk after lactose and
  lipids, yet these molecules are indigestible to
  the human infant because they lack the enzymes to
  break them down. Instead, oligosaccharides in
  milk deliver materials to resident
  gastrointestinal microbiota. The relationship of
  gastrointestinal bifidobacteria, particularly the
  Bifidobacterium infantis, their infant host, and
  milk provides a fascinating example of
  co-evolution. The aim of the Infant Microbiome
  Project is to determine how milk-derived
  oligosaccharides serve as prebiotics, promoting
  the growth and activity of beneficial colonic
  bacteria enriched in the gut of breastfed
  infants, and characterize the compositional and
  structural aspects of milk oligosaccharides
  through stages of lactation and as a function of
  genetics. The long-term goals of this project are
  to build functional assays for the development of
  new prebiotic products that mimic the
  health-promoting properties of oligosaccharides
  found in human milk.

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(No Transcript)
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Contaminants du lait issudune collecte

• De nombreux microorganismes pathogènes,
  principalement des bactéries peuvent être
  présents dans le lait, le plus souvent à de
  seuils extrêmement bas ne posant pas de problème
  à un individu en bonne santé, mais parfois aussi
  à des niveaux élevés qui le seront dautant plus
  que des règles élémentaires dhygiène lors de la
  collecte et de bonne conservation nauront pas
  été respectées ou pas pu être mises en œuvre.

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Stérilisation du lait

• Face au risque de contamination et au problème de
  conservation dun lait issu de la traite dune
  espèce domestique, différentes parades ont été
  recherchées par les humains dont la principale
  est la stérilisation, généralement par
  pasteurisation.
• le lait
  pasteurisé est typiquement traité
• 
  à 72 pendant 15 secondes

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Dautres sources de contamination à ne pas
négligerLillustration montre deux laits
différenciés par une technique de chromatographie
de telles techniques ont des applications en
répression des fraudes, dans la recherche de
polluants (ex. récent de la mélamine en Chine,
recherche de dioxine, etc.).
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Constater la diversité des produits issus du lait

• La diversité des produits laitiers
• un prodige microbien

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La diversité des produits laitiers un prodige
microbien

• Mais aussi des savoir-faire industriels et
  artisanaux

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Transformer le lait en yaourt
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Transformer le lait en yaourt

• Après avoir été pasteurisé, le lait est refroidi
  à une température de 42C à 45C et ensemencé
  avec les deux bactéries, Streptococcus
  thermophilus et Lactobacillus bulgaricus. Le
  yaourt doit ainsi contenir les deux bactéries à
  l'état vivant.

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Une étape-clé lacidification

• Les bactéries du yaourt, Lactobacillus
  bulgaricus et Streptococcus thermophilus
  (coloration au Bleu de Méthylène)

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Lassociation bénéfique mais non indispensable
des deux souches est qualifiée de
proto-coopération
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Un effet synergique des bactéries lactiques lors
de lacidification du lait

• effet synergiq acidifica lactobac streptococ

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Lacidification du lait

• Le lactose sucre facilement fermentescible est
  transformé en acide lactique à lorigine de
  labaissement du pH
• Il sagit dun métabolisme qualifié
  dhomofermentaire (plus de 90 des produits de
  fermentation est de lacide lactique)
• Le résultat de cette acidification est dempêcher
  le développement dautres microorganismes car le
  milieu devenu très acide est peu favorable à la
  croissance de la plupart dentre eux.

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Lacidification du milieu est en général peu
favorable à la croissance et au développement
dune majorité dorganismes vivants
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Lacidification du lait

• Lautre résultat remarquable est la coagulation
  du lait qui forme ainsi le caillé le lait est
  devenu un solide !
• Cette transformation affecte principalement les
  protéines du lait, les caséines, dont les
  interactions sont modifiées les charges
  négatives des caséines sont neutralisées par les
  ions H, les micelles se rapprochent et se
  soudent entre elles avec des liaisons fortes et
  irréversibles, résultat dinteractions
  hydrophobes contenant dans ce réseau des globules
  gras, des micro-organismes, des vitamines, du
  calcium, etc. On obtient un gel grâce à ces
  interactions. On note également que le sel
  diminue les répulsions électrostatiques.

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La coagulation de la caséine
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(No Transcript)
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Transformer le lait en fromage
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(No Transcript)
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Seconde étape-clé la désacidification,
lélaboration dun fromage

• Des champignons, levures et moisissures, vont
  pouvoir se développer dans les conditions très
  acides provoquées par les bactéries lactiques et
  progressivement vont faire remonter le pH tout en
  apportant quelques notes aromatiques

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Troisième étape-clé laffinage

• Grâce à la désacidification quopère les
  champignons, vont pouvoir se développer dans une
  troisième étape (appelée  la 3e période ) les
  bactéries daffinage

Figure 2 Evolution du pH dans la croûte ( )
et dans le cœur ( ) des fromages de Munster
au lait cru au cours de leur affinage
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Lenoir et coll. Pour la Science Juillet 1983
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Une vaste diversité microbienne, de molécules, de
processus physiologiques, dorganismes, de
coopération entre les uns et les autres, dans
lespace et dans le temps une leçon décologie!
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(No Transcript)
35
(No Transcript)
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L'affinage des fromages devenir des principaux
constituants du lait
Vion et coll 1999, CEAV GSQ
Devenir du lactose et de l'acide lactique
lactose
glucose galactose
voie des pentoses
voie des hexoses
acide lactique
acétate
éthanol
(anaérobiose)
acétate
propionate
Intervenants Bactéries lactiques par leur
activité fermentaire
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 Des microbes et des humains sur la voie lactée 

• 2- le métabolisme du lactose comment les
  microorganismes font et ont appris à le faire
  même question posée aux humains 

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Le métabolisme du lactose

• Le lactose est un sucre dimérique constitué de
  deux unités, un galactose et un glucose symbole
  du monde animal, cest une invention relativement
  récente de lévolution (moins de 100 millions
  dannées contre plus de 3 milliards dannées pour
  lensemble de lhistoire du monde vivant)

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http//www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?ko00052
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Le métabolisme du lactose

• Pour tirer parti dune molécule présente dans son
  environnement, un organisme (une cellule) doit
  soit faire entrer cette molécule puis la
  transformer dans son cytoplasme, soit transformer
  la molécule dans lespace extracellulaire puis
  faire entrer les produits de la transformation.

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Le métabolismedu lactose

• Les deux stratégies sont ici employées puisque
  les microorganismes (bactéries et champignons)
  ont recours à la première stratégie, les humains
  (et les autres mammifères) à la seconde.

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La perméation du lactose

• Pour la perméation du lactose, les
  microorganismes ont semble-t-il fait appel à
  différentes stratégies adaptatives car les gènes
  des perméases paraissent particulièrement
  différents lorsquon compare les séquences des
  bactéries et des champignons.

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Lhydrolyse du lactose

• Lhydrolyse du lactose est réalisée par des
  enzymes appelées beta-galactosidases, beta- par
  référence à la nature de la liaison entre les
  deux monomères, et galactosidase car le galactose
  est lobjet essentiel de la reconnaissance par
  lenzyme.

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Un gène et une enzyme, véritables stars de la
biologie moléculaire

• Suite au succès de létude de lopéron lactose et
  accompagnant les premiers développements de la
  biologie moléculaire, lenzyme beta-galactosidase
  et le gène (lacZ) qui la produit, sont devenus un
  des principaux outils de la biologie et la
  génétique moléculaires, présents dans les
  vecteurs de clonage, les protéines de fusion
  (gène rapporteur), etc.

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Le gène de la lactase des vertébrés
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Des séquences  codantes  et des séquences  non
codantes 

• Un gène à la structure morcelée la séquence de
  lARN messager ne comporte quune partie de celle
  présente dans lADN

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(No Transcript)
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Le locus LCT du chromosome 2 humain
http//www.ensembl.org/Homo_sapiens/Gene/Summary?g
ENSG00000115850r2136545410-136594750
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(No Transcript)
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 Des microbes et des humains sur la voie lactée 

• 3- la persistance chez ladulte de la lactase,
  illustration de la relation entre évolution
  génétique des populations humaines et culture,
   nous devenons ce que nous mangeons ou presque 

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 Des microbes et des humains sur la voie lactée 

• Remerciements
• Christophe Monnet, Chargé de Recherche à lINRA,
  Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires,
  Centre de Grignon-Massy-Versailles
• Catherine Foucaud-Scheunemann, Service de
  Communication de lINRA , Centre de
  Grignon-Massy-Versailles.