Original article

Transcriptome profiling of lactococcal mixed culture activity in milk by fluorescent RNA arbitrarily primed-PCR

荧光RNA随机引物PCR方法检测乳中乳球菌混合培养物转录谱

Analyse du profil transcriptomique d’une culture mixte de lactocoques dans le lait par RAP-PCR fluorescente

¹ Institute for Nutraceuticals and Functional Foods, STELA Dairy Research Centre, Université Laval, Québec, QC, G1V 0A6, Canada
² Agriculture et Agroalimentaire Canada, CRDA, Saint-Hyacinthe, QC, J2S 8E3, Canada

^* Corresponding author (通讯作者): gisele.lapointe@fsaa.ulaval.ca

Received: 18 July 2009
Revised: 4 January 2010
Accepted: 28 January 2010

Abstract

Thermal treatment of milk is widely used to reduce milk contamination, while CO₂ can be used to prevent bacterial growth and maintain milk quality during storage. These treatments applied before or during cheese manufacture could alter the metabolic activity of starter cultures. Changes in gene expression can be evaluated by differential display methods, so that effects on bacterial metabolic activity can be estimated by variation in transcription profiles. The aim of this study was to develop fluorescent RNA arbitrarily primed-polymerase chain reaction (RAP-PCR) as a method to evaluate the influence of milk CO₂ acidification as well as rennet and salt concentrations on starter gene expression. Comparison with reference conditions showed that gene transcription was influenced according to the extent of thermal treatment as well as by CO₂ acidification followed by different neutralization procedures. Thus, simple acid neutralization after CO₂ acidification was not sufficient to regain the reference transcriptome profile. Starter gene transcription profiles showed important modifications following an increase in NaCl concentration or a decrease in rennet activity from standard conditions used in Cheddar cheese making. Increasing rennet activity results in small changes in the starter RNA profile. Fluorescent RAP-PCR is a promising method for obtaining a better understanding of gene expression profiles of mixed cultures during cheese making.

摘要

热处理广泛地用于降低乳的污染，而在贮藏过程中 CO₂ 能防止细菌生长并维持乳的品质。干酪加工过程中或者加工前的这些处理，能够改变发酵剂的代谢活动。基因表达的变化可以通过不同的显示方法来评价，因此可以通过转录谱的变化来评价不同因素对细菌代谢活动的影响。本研究旨在建立荧光RNA随机引物 PCR (RAP-PCR) 方法来评价乳 CO₂ 酸化、皱胃酶浓度、盐浓度对发酵剂基因表达的影响。与参照条件相比，热处理、伴随着不同中和处理过程的 CO₂ 的酸化均使发酵剂基因转录水平受到了影响。因此 CO₂ 酸化后，简单酸中和不能充分地恢复基本的转录水平。在 Cheddar 干酪制作过程中的标准条件的基础上，随着 NaCl 浓度的增加，或者皱胃酶活性的降低，发酵剂的基因转录出现了重要的改变。皱胃酶活性的增加导致了发酵剂 RNA 谱发生小的变化。荧光 RAP-PCR 为更好地理解干酪制作过程中混合发酵剂的基因表达谱的变化，提供了好的方法。

Résumé

Pour réduire la contamination microbienne du lait, un traitement thermique est généralement appliqué et une dissolution de CO₂ peut être utilisée pour ralentir la prolifération des bactéries et augmenter la durée de conservation du lait. Ces traitements appliqués avant ou pendant la fabrication fromagère peuvent modifier l’activité métabolique du ferment. Les méthodes d’affichage différentiel révèlent les changements dans l’expression des gènes, donc les effets sur l’activité métabolique peuvent être estimés par la variation des profils de transcription. Cette étude avait pour but de développer la méthode RAP-PCR fluorescente pour évaluer l’influence de trois facteurs sur l’expression des gènes du ferment : l’acidification du lait par le CO₂, la concentration en présure et la concentration en sel. La comparaison des profils de transcription avec un ferment cultivé en conditions de référence a montré que l’expression des gènes était influencée par un traitement thermique excessif et par une acidification par ajout de CO₂ suivie d’une étape de neutralisation. Ainsi, une simple neutralisation de l’acide présent après l’acidification d’un lait par l’ajout de CO₂ n’était pas suffisante pour rétablir le profil de transcription identique au profil de référence. Par comparaison aux conditions de références rencontrées lors de la fabrication d’un fromage de type Cheddar, le profil de transcription du ferment apparaissait principalement influencé par une forte concentration de NaCl et une faible activité de la présure. Une forte activité de la présure n’avait qu’un faible effet sur le profil des ARN du ferment. La RAP-PCR fluorescente est une technique prometteuse pour obtenir une meilleure compréhension de la transcription globale des gènes de cultures mixtes durant une fermentation fromagère.