Food Microbial Ecology

TEAM MEMBERS

OUR PROJECT (for our publications follow this link)

Understanding the microbial ecology of the food chain towards more sustainable and healthy food.

Since 2016, when it was created, the FME team aims at understanding how bacteria can spoil, ferment or protect food products. We aim at understanding how food microbial diversity may be levered to design microbial solutions for a more sustainable and healthy fermented food production. This is achieved by tackling food ecosystems through metagenomics, metatranscriptomics and metabolomics and by pursuing fundamental comparative genomic analyses of the metabolic functions carried out by the species involved in these phenomena. As shown in the figure below, a scientific strategy relies on four research axis and strong inter-disciplinarily approaches are used from microbial ecology, high throughput omics data integration and computational biology.

1. Holistic view of food microbiomes in the food chain.

Our work follows two different approaches: one is to carry out very large and ambitious sampling surveys in order to collect several hundreds, even several thousands of data on a production line or on a given type of food. Metagenetic analysis (e.g. with 16S rDNa, ITS, or gyrB markers) and multivariate discriminant analysis are then performed to understand the parameters that shape the microbial communities. Our work demonstrates the potential of these type of data (especially when the sampling is designed  with industrial partners) to develop predictive tools and to characterize the steps of the production process that can shape the microbial flow. The innovation potential for the industry is very important to generate, for instance, tools for steering the production. The second approach relies on thorough functional analysis of food microbiome with comparative genomic analysis of new strains/species isolated from food and shotgun metagenomics. In this framework, we are setting up a metagenomic study tool that is easy to access for biologists integrating public genomic data (genes, functions...), metagenomic data (gene profiles and nucleotide variabilities extracted from shotgun sequencing), ecological data and technological data.

Our recent projects on this topic.

• 2021-2022 EGG-TO-MEAT project (Holoflux program). Impact of production practices on poultry microbiomes.
• 2021-2024 EMOVOL project (with industry partner). Molecular microbial ecology of poultry meat production.
• 2016-2021 ANR project REDLOSSES (web site, in French). REDucing food LOSSES by microbial spoilage prediction.
• 2017-2021 HAMAQ project (with industry partner). HAM Accurate Quality - Impact of nitrite/salt reduction.
• 2015-2019 MetaPDO CHEESE project. Microbial community profiling of French PDO cheeses.
• 2012-2018 FOOD MICROBIOME TRANSFER (with industry partners). Food microbiome analytical tools.

2. Improving functional analysis of metabolic interactions in food.

Our work follows two different approaches: one is to carry out very large and ambitious sampling surveys in order to collect several hundreds, even several thousands of data on a production line or on a given type of food. Metagenetic analysis (e.g. with 16S rDNa, ITS, or gyrB markers) and multivariate

Nos questions majeures

• Comment s’assemble un écosystème alimentaire?
• Comment évolue-t-il sous les contraintes environnementales (procédé/matrice)
• Quelles sont les interactions fonctionnelles entre microorganismes et microorganismes et matrices?
• Comment définir la salubrité de l’aliment et maitriser sa qualité

Principaux programmes :

• Dynamique des communautés microbiennes et identification de marqueurs
  • 2Projets ANR « BLACHP » et « Redlosses »
  • un projet industriel
• Développement de concept en métagénomique « food »
  • Un projet de coopération internationale « Safe-Dairy »
  • Un projet industriel « Food-Mirobiome-Transfert »

Quelques détails…

Caractérisation de la structure et la dynamique des communautés bactériennes des produits carnés

Cette étude vise à mieux comprendre la dynamique des communautés des produits carnés et de la mer, et leur implication vers l’altération en fonction de facteurs abiotique, comme le sel, la pression en gaz…, et de facteurs biotiques tel l’introduction de cultures protectrice. Dans cette étude, nous avons montré qu’il pouvait y avoir jusqu’à 80 espèces en interaction dans certains produits. Certaines de ces espèces sont des bactéries se développant dans la chaine du froid, et appartenant à des taxons jusqu’ici inconnu et dont nous ne maitrisions pas la culture sur les milieux usuels de laboratoire. Cette étude a une importance particulière pour mieux maitrise le développement des microorganismes dans des produits où l’on désire diminuer le taux de sel utilisé traditionnellement pour préserver les aliments.

Fonctionnalités dans l’écosystème carné et interactions entre les populations

Cette étude vise à comprendre les interactions fonctionnelles des microorganismes menant à l’altération ou au contraire à la biopréservation. Nous développons à cet effet un modèle de carpaccio où l’activité des communautés microbiennes est suivie à l’aide de technique de métatranscriptomiques. Dans ce modèle, il semble que contrairement à certaines idées reçues, l’altération semble liée à une baisse de diversité microbienne. Enfin, certaines espèces semblent développer un rôle stabilisateur permettant de limiter l’altération.

Adaptation des bactéries environnementales à l’aliment

Les micro-organismes qui se développent dans les aliments peuvent provenir de leur ajout volontaire, comme pour les ferments lactiques des produits laitiers, ou bien de contamination de l’environnement (chaîne de fabrication, eau, air…). L’étude de leur génome permet de révéler leurs capacités métaboliques, et donc en partie les environnements dans lesquels elles ont évolué. En particulier, certaines bactéries des produits fermentés proviennent de contaminants qui se sont adaptés et spécialisés pour pousser dans les aliments. Cette spécialisation a laissé des empreintes dans leurs génomes. À travers des études génomiques, nous caractériserons ces empreintes pour mieux comprendre l’histoire et le rôle potentiel de ces bactéries dans notre alimentation. En particulier, nous avons travaillé sur Streptococcus thermophilus et S. infantarius qui ont évolué à partir de bactéries commensales humaines pour ce spécialisé dans la fabrication de produits fermentés laitiers comme le yaourt pour le premier et délais fermentés africains pour le second. Nous développons actuellement des études semblables sur des bactéries nouvellement caractérisées dans les écosystèmes alimentaires dont la croissance est favorisée par l’ajout de sel ou la chaîne du froid. C’est caractérisation permettront de s’assurer de leur innocuité dans des processus de bio préservation par exemple.

Développement de méthodologie avec des techniques haut débit, la métagénomique shotgun

Dans le cadre de nos études, nous mettons en place un outil d’étude métagénomique d’accès facile pour les biologistes, constitué d’une base de données et d’un site web permettant l’analyse et l’exploration de ces écosystèmes. Ce site web offrira un outil d’expertise fonctionnel des écosystèmes microbiens des aliments fermentés à la fois pour le secteur académique et pour les industriels agroalimentaires. Il intégrera des données publiques génomiques (gènes, fonctions…), métagénomiques (profils géniques et variabilités nucléotidiques extrait des séquençages shotgun), écologiques, technologiques…. Les informations seront compilées à partir de projets précédents (ANR, projets INRA transversaux…), de l'annotation des génomes, d’extractions d’informations textuelles de la bibliographie et banques de données expertisées. Ce site sera mis en place autour de données concernant les microorganismes intéressant l’industrie laitière, puis sera étendu à l’ensemble des microorganismes alimentaires. La version actuelle permet de réaliser des études de métagénomique shotgun des produits fermentés laitiers.

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