Electrophoretic pattern of peptidoglycan hydrolases, a new tool for bacterial species identification: Application to 10 Lactobacillus species

• Published in: Research in microbiology Vol. 148; no. 6; pp. 461 - 474
• Main Authors: Lortal, S., Valence, F., Bizet, C., Maubois, J.-L.
• Format: Journal Article Conference Proceeding
• Language: English
• Published: Paris Elsevier SAS 01.07.1997; Elsevier
• Subjects: Autolyse; Autolysis; Bacterial Proteins - analysis; Bacteriological methods and techniques used in bacteriology; Bacteriology; Biological and medical sciences; Carnobacterium; Electrophoresis, Polyacrylamide Gel - methods; Electrophorèse renaturante; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; Identification; Lactobacillus; Lactobacillus - classification; Lactobacillus - enzymology; Metabolism. Enzymes; Microbiology; Peptide Hydrolases - analysis; Peptidoglycan hydrolase; Peptidoglycane hydrolase; Phenotype; Renaturing SDS-PAGE; Sensitivity and Specificity; Autolysis; Carnobacterium; Peptidoglycan hydrolase; Peptidoglycane hydrolase; Autolyse; Electrophorèse renaturante; Identification; Renaturing SDS-PAGE; Lactobacillus; Lactic acid bacteria; Enzyme; Gel electrophoresis; Bacteria; Hydrolases; Lactobacillaceae; Species specificity
• ISSN: 0923-2508; 1769-7123
• DOI: 10.1016/S0923-2508(97)88344-1

Lactobacilli have been used as industrial starters for a long time, but in many cases their phenotypic identification is still neither easy nor reliable. Previously we observed that the cell wall peptidoglycan hydrolases of Lactobacillus helveticus were highly conserved enzymes; the aim of the present work was to determine whether peptidoglycan hydrolase patterns obtained by renaturing SDS-PAGE could be of interest in the identification of lactobacilli species. For that purpose, the peptidoglycan hydrolase patterns of 94 strains of lactobacilli belonging to 10 different species were determined; most of the species studied are used either in dairy, meat, bakery or vegetable fermentations: L. helveticus, L. acidophilus, L. delbrueckii, L. brevis, L. fermentum, L. jensenii, L. plantarum, L. sake, L. curvatus and L. reuteri. Within a species, the strains exhibited highly similar patterns: the apparent molecular weights of the lytic bands were identical, with only slight variations of intensity. Moreover, each species, including phylogenetically close species such as L. sake and L. curvatus, or L. acidophilus and L. helveticus, gave a different pattern. Interestingly, the closer the species were phylogenetically, the more related were their patterns. The sensitivity of the method was checked using various quantities of L. acidophilus cells: a peptidoglycan hydrolase extract of 5 × 10 6 cells was sufficient to obtain an informative pattern, as was a single colony. Finally, the method was also successfully applied to distinguish two Carnobacterium species. In conclusion, the electrophoretic pattern of peptidoglycan hydrolases is proposed as a new tool for lactobacilli identification: it is rapid, sensitive and effective even for phylogenetically close species. Furthermore, this work provides the first evidence of the potential overall taxonomic value of bacterial peptidoglycan hydrolases. Les lactobaciles sont utilisés depuis longtemps dans de nombreuses fermentations, mais leur identification phénotypique est parfois encore difficile ou imprécise. Dans un précédent article, nous avions observé que les hydrolases du peptidoglycane de Lactobacillus helveticus étaient des enzymes hautement conservées. Le but du présent travail est de déterminer si les profils électrophorétiques des hydrolases de peptidoglycane, obtenus après électrophorèse renaturante, selon Leclerc et Asselin, peuvent constituer un nouvel outil d'identification. Le profil des hydrolases de peptidoglycane a été déterminé pour 94 souches de lactobacilles appartenant à 10 espèces différentes; la plupart de ces espèces sont utilisées industriellement dans divers procédés fermentaires (laitiers ou non): L. helveticus, L. acidophilus, L. delbrueckii, L. brevis, L. fermentum, L. jensenii, L. plantarum, L. sake, L. curvatus et L. reuteri. Les souches d'une même espèce présentent un profil hautement similaire: le poids moléculaire apparent des activités lytiques est identique et seule leur intensité varie légèrement. De plus, il est apparu que chaque espèce présente un profil différent. Des espèces très proches telles que L. sake et L. reuteri ou encore L. helveticus et L. acidophilus peuvent être aisément différenciées. Il est à noter que plus les espèces sont proches phylogénétiquement, plus leur profils sont semblables. La sensibilité de la méthode a été testée par l'extraction des hydrolases de peptidoglycane à partir de quantités croissantes de cellules de L. acidophilus, et 5 × 10 6 cellules (ainsi qu'une colonie de 2 mm de diamètre) se sont avérées suffisantes pour obtenir un profil satisfaisant. Enfin, la méthode a également été appliquée avec succès pour la différenciation de deux espèces de Carnobacterium. En conclusion, le profil électrophorétique des hydrolases du peptidoglycane est proposé comme une nouvelle méthode d'identification des lactobacilles: c'est une méthode sensible, rapide et efficace, même pour des espèces proches. De plus, ce travail représente la première mise en évidence de l'intérêt taxonomique des hydrolases du peptidoglycane.