Baker’s Yeast

Saccharomyces cerevisiae, communément appelée levure de bière ou levure de boulanger, est une espèce de levure, un microorganisme fongique unicellulaire. Cette levure joue un rôle fondamental dans la fermentation de nombreux produits alimentaires et a accompagné l’humanité depuis l’Antiquité dans la fabrication du vin, de la bière et du pain. GBIF enregistre une distribution mondiale de cette espèce, avec des populations génétiquement structurées dont la diversité provient principalement de souches d’Asie de l’Est, tandis que les lignées basales anciennes se trouvent exclusivement en Chine.

Cet ascomycète a profondément façonné la civilisation humaine pendant des millénaires. Au-delà de son importance culinaire, S. cerevisiae s’est imposée comme l’un des organismes modèles les plus intensivement étudiés en biologie moléculaire et cellulaire, comparable à Escherichia coli pour les bactéries. Cette levure a marqué l’histoire de la biologie en devenant le premier eucaryote dont le génome a été entièrement séquencé en 1996, fruit d’une collaboration mondiale impliquant des centaines de chercheurs.

Identification et morphologie

Les cellules de S. cerevisiae présentent une forme arrondie à ovoïde, mesurant 5–10 μm de diamètre. La paroi cellulaire constitue une structure dynamique relativement rigide qui assure la protection de la cellule, le soutien osmotique et détermine la forme cellulaire. Cette levure produit de une à quatre ascospores ellipsoïdales aux parois lisses. On peut la distinguer des autres levures par ses caractéristiques de croissance et ses traits physiologiques, notamment sa capacité à fermenter des sucres individuels.

À l’observation microscopique, les cellules individuelles apparaissent comme de petites structures arrondies. Un gramme de levure de boulanger fraîche et comprimée contient environ 15 milliards de cellules. Après le bourgeonnement, les levures conservent des cicatrices circulaires à l’endroit où leurs cellules filles se sont détachées.

Cycle de vie et croissance

S. cerevisiae se reproduit par bourgeonnement. La croissance de la levure est synchronisée avec celle du bourgeon, qui atteint la taille de la cellule mère au moment de sa séparation. Dans les cultures de levure bien nourries et en croissance rapide, toutes les cellules possèdent un bourgeon, car la formation du bourgeon occupe la totalité du cycle cellulaire. Dans des conditions optimales, les cellules de levure peuvent doubler leur population tous les 100 minutes.

Cette levure possède deux types d’accouplement, a et α, qui manifestent des aspects primitifs de la différenciation sexuelle. Deux cellules haploïdes de types d’accouplement opposés peuvent fusionner pour former des cellules diploïdes, lesquelles peuvent soit sporuler pour générer une nouvelle génération de cellules haploïdes, soit persister sous forme diploïde. En conditions de stress, les cellules diploïdes peuvent subir une sporulation, entrant en méiose et produisant quatre spores haploïdes qui peuvent ensuite s’accoupler. La durée de vie réplicative moyenne est d’environ 26 divisions cellulaires.

Distribution et habitat

Saccharomyces cerevisiae et sa variante Saccharomyces boulardii, communément connue sous le nom de levure de boulanger ou de brasseur, sont ubiquitaires dans la nature. On les isole du sol, des plantes et des fruits, et on les retrouve occasionnellement dans les voies génitourinaires et gastro-intestinales humaines. On pense qu’elle a été originellement isolée de la peau des raisins. Les données d’iNaturalist indiquent que l’espèce a été enregistrée sur plusieurs continents, avec 8 551 occurrences totales documentées à l’échelle mondiale.

À l’état sauvage, S. cerevisiae se distribue de manière ubiquitaire, mais le taux de réussite de son isolement à partir d’échantillons de fruits (6,5 %) est inférieur à celui obtenu avec le bois pourri (9,2 %), le sol (10,8 %) et l’écorce d’arbre (16,5 %). La fine poudre blanche qui recouvre souvent les raisins est une levure, souvent S. cerevisiae, la même espèce (mais une souche différente) que celle généralement utilisée dans la brasserie et la boulangerie.

Rôle écologique

L’utilité biotechnologique de S. cerevisiae réside dans ses caractéristiques biologiques particulières : sa capacité de fermentation, accompagnée de la production d’alcool et de CO₂, ainsi que sa résilience aux conditions adverses d’osmolarité et de faible pH. La fermentation permet à ce microbe de survivre dans des conditions anaérobies (sans oxygène) et riches en sucres, ainsi que dans son environnement naturel habituel où l’oxygène est abondant mais les sucres rares. En produisant de l’alcool et des acides toxiques pour la plupart des bactéries et de nombreux autres champignons, S. cerevisiae se protège des autres microbes durant la fermentation.

Toutes les souches de S. cerevisiae peuvent croître aérobiquement sur le glucose, le maltose et le tréhalose, mais ne peuvent pas croître sur le lactose et la cellobiose. Le galactose et le fructose figurent parmi les meilleurs sucres fermentescibles. Le glucose est le substrat principal, et dans les environnements anaérobies, les produits finaux sont le dioxyde de carbone, l’éthanol et la chaleur.

Comestibilité et utilisations

S. cerevisiae a joué un rôle instrumental dans la vinification, la boulangerie et la brasserie depuis l’Antiquité. En boulangerie, elle est utilisée principalement pour la fabrication du pain, le dioxyde de carbone libéré lors de la fermentation causant la levée de la pâte ; l’éthanol produit s’évapore lors de la cuisson. Saccharomyces cerevisiae est employée pour produire des boissons alcoolisées comme la bière, le vin et les spiritueux. La bière est obtenue par fermentation des sucres provenant de grains maltés, tandis que le vin résulte de la fermentation du raisin ou d’autres fruits.

Cette levure constitue la principale source de levure nutritionnelle, vendue commercialement comme produit alimentaire. Elle est populaire auprès des végétaliens et des végétariens comme ingrédient dans les substituts de fromage ou comme additif alimentaire général fournissant des vitamines et des minéraux, notamment des acides aminés et des vitamines du complexe B. La levure est également un bon aliment, riche en protéines et constituant une source exceptionnelle de vitamines B. Saccharomyces est fréquemment utilisée dans la préparation de probiotiques pour traiter et prévenir diverses maladies gastro-intestinales, y compris l’infection à Clostridioides difficile.

Conservation

Aucun statut de conservation formel n’a été assigné à Saccharomyces cerevisiae, car il ne s’agit pas d’un organisme sauvage nécessitant une protection. Cette levure possède un long historique d’utilisation sans danger. Malgré son utilisation considérable en recherche et sa présence dans l’alimentation, les rapports de pathogénicité envers l’humain ou l’animal sont limités et ne concernent que les cas où la personne présentait une condition débilitante. L’espèce n’est pas menacée et reste l’un des microorganismes les plus abondants sur Terre grâce à sa culture généralisée et sa distribution naturelle.

Faits intéressants

• Les preuves archéologiques indiquent que l’humanité utilise cette levure depuis plus de 5 000 ans, ce qui en fait l’un des premiers champignons domestiqués.
• Le génome de S. cerevisiae est composé d’environ 12 156 677 paires de bases et de 6 275 gènes, organisés de manière compacte sur 16 chromosomes. Seuls environ 5 800 de ces gènes sont considérés comme fonctionnels.
• On estime qu’au moins 31 % des gènes de la levure ont des homologues dans le génome humain.
• S. cerevisiae est utilisée dans la brasserie de la bière, où on l’appelle parfois levure de fermentation haute ou levure à cropping supérieur. Cette dénomination provient du fait que lors du processus de fermentation, sa surface hydrophobe cause l’adhésion des flocs au CO₂ et leur remontée au sommet du récipient de fermentation.
• Les brasseurs, viticulteurs et distillateurs ont sélectionné des souches de S. cerevisiae pour produire plus d’éthanol lorsqu’elles sont nourries avec des mélanges particuliers de nutriments. Cela produit davantage de composés aromatiques intéressants et moins de composés désagréables, tout en maintenant la levure en fermentation plus longtemps à mesure que le liquide devient de plus en plus alcoolisé.
• Un exemple majeur de découvertes clés en biologie est la découverte des régulateurs clés du cycle cellulaire, pour laquelle le prix Nobel a été attribué en 2001. Hartwell a utilisé S. cerevisiae pour identifier plus d’une centaine de gènes impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire, les gènes du cycle de division cellulaire ou gènes CDC.
• S. cerevisiae a contribué à de grandes découvertes scientifiques, notamment sur la régulation du cycle cellulaire et l’expression génique, et continue d’être appliquée en biotechnologie moderne pour la production de produits pharmaceutiques, de biocarburants et de protéines recombinantes.