Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae est construit sur les racines grecques σάκχαρις, saccharo (sucre), μύκης, myces (champignon) et le mot latin cerevisia -ae, cervoise (mot d'origine gauloise désignant la bière)[2].

Au XIX^e siècle, les boulangers obtenaient leur levure auprès des brasseurs de bière, et cela leur permettaient de faire leur pain grâce à la « fermentation sucrée » comme pour le Kaisersemmel[3], aussi nommé le petit pain de l’empereur, qui ne possède généralement pas l’aigreur produite par l’acidification typique des lactobacilles. Cependant, les brasseurs de bière sont progressivement passés de la levure de fermentation haute (S. cerevisiae) à la levure de fermentation basse (S. pastorianus), ce qui a entraîné une pénurie de levures boulangères. L’innovation du procédé de Vienne, créé en 1846[4], est souvent présentée comme l’utilisation de vapeur dans les fours de cuissons, ce qui a donné de nouvelles croûtes. Il convient également de noter l'inclusion de procédés permettant une mouture fine des grains (voir le gruau de Vienne)[3]. La fissuration progressive des grains remplaçant un écrasement en un seul passage, ainsi que l'amélioration des procédés de culture et de récolte des levures à fermentation haute (appelées levures de pression) sont alors mis en place.

Les progrès de la microbiologie à la suite des travaux de Louis Pasteur ont conduit à améliorer la culture de souches pures. En effet, en 1879, la Grande-Bretagne a introduit des cuves spécialisées pour la production de S. cerevisiae et les États-Unis, au tournant du siècle, utilisaient des centrifugeuses pour la production de levures[5], rendant ainsi possible la commercialisation de la levure moderne, et faisant de la production de levure une branche industrielle majeure. Les levures en suspension créées par les petits boulangers ou épiciers sont devenues de la levure de crème, une suspension de cellules de levure vivante en milieu de croissance. Puis les levures compressées sont devenues de la levure fraîche à gâteau qui est devenue le levain standard des boulangers dans une grande partie du monde occidental au début du 20^e siècle.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, Fleischmann a développé pour les forces américaines une levure sèche active sous forme de granules, qui ne nécessitait pas de réfrigération et possédait une plus longue conservation et une meilleure tolérance à la température que la levure fraîche. C’est encore aujourd’hui la levure standard pour la cuisine militaire américaine.

Une entreprise a créé une levure qui montait deux fois plus vite et réduisait le temps de cuisson. Plus tard, dans les années 1970, le Groupe Lesaffre créa la levure instantanée, qui a gagné en utilisation et pris une part de marché considérable au détriment des levures fraîche ou sèche pour diverses applications.

Saccharomyces cerevisiae est un eucaryote unicellulaire, se présentant sous forme de cellules isolées, ovoïdes à arrondies, longues de 6 à 12 µm et larges de 6 à 8 µm. À l'état naturel, on retrouve Saccharomyces cerevisiae principalement sur les fruits comme les raisins et sur la grande majorité des écorces d'arbres (par exemple sur le chêne).

Il a été démontré que les princesses des guêpes sociales (le Frelon européen et les Polistes notamment) constituaient un réservoir naturel de Saccharomyces cerevisiae. En effet, celles-ci abritent des cellules de levure dans leur intestin pendant l’hivernation (de l'automne au printemps) et les transmettent à leur progéniture lors de la fondation de leur nid. Ces guêpes permettent alors la survie des souches de levures pendant les saisons défavorables et servent de vecteurs disséminant les levures vers des cibles appropriées telles que des fruits mûrs à la fin de l’été[6].

Le bourgeonnement.

Cycle de vie de Saccharomyces cerevisiae.

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Saccharomyces cerevisiae est capable de se multiplier sous deux formes : une forme diploïde (2n = 32 chromosomes) et une forme haploïde (n = 16 chromosomes).

Le cycle cellulaire de Saccharomyces cerevisiae est très stéréotypé et peut s’accomplir de deux manières : par reproduction asexuée ou par reproduction sexuée. Les cellules haploïdes se multiplient en bourgeonnant : la cellule mère bourgeonne une cellule fille plus petite (mitose), mais possédant la même information génétique. Il existe des cellules haploïdes « a » et des cellules haploïdes « α » qui correspondent à des signes sexuels distincts[7]. Ces deux types de cellules ne se distinguent pas morphologiquement mais par la phéromone qu'elles produisent : MATa ou MATα. Les phéromones libérées permettent l'amorce du processus de fécondation en se liant à un récepteur spécifique. Ensuite c'est la fusion entre une cellule « a » et une « α » qui donne naissance à une cellule diploïde « a/α ». Tant que l'environnement est favorable, le diploïde se multiplie par bourgeonnement. Si les nutriments viennent à manquer, la cellule repasse en phase haploïde par un processus de méiose. On obtient finalement quatre noyaux haploïdes qui sont inclus dans les spores (ascospores) contenues dans un sac appelé asque. L'enveloppe de l'asque se rompt à maturité et libère alors deux cellules « a » et deux cellules « α » qui peuvent recommencer le cycle.

Les souches industrielles sont souvent polyploïdes (3, 4, 5n chromosomes) et donc possèdent plusieurs gènes pour un même caractère. Elles sont donc plus stables génétiquement car difficiles à faire muter. La plupart de ces souches sont incapables de sporuler dans les conditions de culture industrielle et se reproduisent par bourgeonnement.

Saccharomyces peut produire l'énergie nécessaire à sa survie et à sa reproduction de deux manières différentes, en fonction du milieu ambiant. Ces deux modes de production d'énergie sont :

• la voie aérobie : respiration, transformation du glucose en dioxyde de carbone et ATP à l'aide de l'oxygène ou utilisation de l'éthanol avec consommation d'O₂ (transition diauxique) ;
• la voie anaérobie : la fermentation alcoolique du glucose.

Le premier est utilisé en cuisine, tandis que la fermentation est privilégiée pour la production d'alcool tel que le vin, la bière, le cidre et bien d'autres.

Une température de 30-35 degrés est optimale pour sa reproduction.

Saccharomyces cerevisiae est également très utilisée comme organisme modèle en biologie cellulaire et en génétique car il présente plusieurs avantages :

• il est facile à manipuler en laboratoire (pousse sur des boîtes d'agar-agar ou en culture) ;
• son temps de génération est rapide (1 à 2 h dans un environnement optimal) ;
• il est non pathogène : on trouve Saccharomyces cerevisiae dans notre microbiote, sur la peau, les cavités orales, l'oropharinx, le vagin et le tube digestif[8] ;
• il peut vivre sous forme diploïde et haploïde : croisements faciles et manifestation directe des phénotypes ;
• conservation des processus de biologie cellulaire fondamentaux qui permet des études sur les fonctions ancestrales ;
• son génome est petit.

En 1996, ce fut le premier eucaryote dont le génome d'une de ses souches, S288C[9] a été séquencé[10]. Entreprise considérable pour l'époque, le séquençage du génome de la levure nécessita la collaboration de 641 scientifiques répartis dans 96 laboratoires dans le monde[11]. Leur travail fut coordonné par seize généticiens sous la supervision d’André Goffeau, alors professeur à la Faculté d’ingénierie biologique, agronomique et environnementale de l'université Catholique de Louvain. Son génome nucléaire, composé de 16 chromosomes linéaires, fait 12 millions de paires de bases et contient de 5 800 à 6 572 gènes[12]. On estime que l'Homme partage 23 % de ses gènes avec cette levure.

En 2011 est initié le programme Fungal Genomes Project, afin de séquencer le génome d'espèces plus ou moins proches de la levure (800 génomes décryptés en 2018). À partir de 2013, plusieurs équipes de recherche se concentrent sur Saccharomyces cerevisiae, avec l'objectif de séquencer le génome de 1 011 levures de toutes origines. Leurs travaux permettent de construire un arbre phylogénétique, dans lequel 813 des 1 011 souches se regroupent en 26 lignées. Cet arbre indique que l'espèce la plus proche de S. cerevisiae est S. paradoxus (une levure des arbres décidus) et que les souches de S. cerevisiae les plus proches de S. paradoxus viennent de Chine : S. cerevisiae a très certainement son origine en Chine[13]^,[14].

L'ensemble des données génomiques concernant Saccharomyces cerevisiae sont rassemblées sur Saccharomyces Genome Database

Certaines études ont montré la possibilité d'utiliser une souche appelée Saccharomyces cerevisiae var. boulardii comme médicament pour plusieurs maladies gastro-intestinales [15]ou encore pour réduire le risque de diarrhées associé aux antibiotiques. [16]

Les anticorps anti-Saccharomyces cerevisiae sont un outil de diagnostic en médecine pour déterminer le type d'une maladie gastro-intestinale.

• Slaughter BD, Smith SE, Li R., « Cell polarity in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae », in: Symmetry Breaking in Biology, Cold Spring Harbor Laboratory Press, April 1, 2010.

• Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Levure » (voir la liste des auteurs).

• Saccharomyces Genome Database
• Nomenclature des gènes de levure
• Syndrome d'auto-brasserie
• Levure de bière
• Levure de boulanger
• Rad53, protéine contrôlant la réplication de la levure bourgeonnante
• Levures à bière :
  • Dekkera bruxellensis (fermentation spontanée ~ lambic)
  • Saccharomyces cerevisiae (fermentation haute)
  • Saccharomyces uvarum (fermentation basse)
  • Saccharomyces carlsbergensis (fermentation basse)
  • Torulaspora delbrueckii (fermentation haute ~ Weizenbier)
• Fermentation de la bière
  • fermentation haute
  • fermentation basse
  • fermentation mixte
  • fermentation spontanée
• béta-glucan
• Mannane
• hétérocaryon
• Mannoprotéine