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Si l’histoire de la levure est aussi ancienne que celle de la vie, ce micro-organisme semble loin d’avoir livré tous ses secrets. La relation entre l’Homme et la levure s’inscrit dans une co-évolution millénaire : bien avant la compréhension scientifique de la fermentation, les sociétés humaines avaient déjà domestiqué ce champignon unicellulaire pour transformer les aliments.
Cellules de Saccharomyces cerevisiae observées au microscope.
Une récente étude a montré que les premiers Hommes fermentaient déjà leurs fruits à l’aide de levures il y a un million d’années. Son « histoire scientifique » démarre en 1680, lorsque le savant néerlandais Antoni van Leeuwenhoek observe pour la première fois des cellules de levure au microscope et les décrit. En 1857, Louis Pasteur découvre le principe de la fermentation et établit le rôle essentiel de la levure comme micro-organisme de la fermentation alcoolique. L’« histoire commerciale » de la levure, c’est-à-dire la culture de levure dans le seul but de la vendre, démarre quant à elle au XVIIIᵉ siècle. À cette époque, l’objectif était de maintenir en activité une colonie continue de levures pour le brassage de la bière.
Dans les années 1780 et 1790, la levure compressée commença à se développer en Angleterre, en Allemagne et aux Pays-Bas. Au début du XXe siècle, grâce à l’amélioration des méthodes d’aération et à l’invention des centrifugeuses, une levure de culture pure a pu être produite, ouvrant la voie à son exploitation industrielle et aux applications qu’on lui connaît aujourd’hui.
Les levures sont des champignons microscopiques unicellulaires, aux cellules ovoïdes de quelques millièmes de millimètre de largeur. Elles sont utilisées depuis des milliers d’années dans la fermentation du pain, du vin et de la bière. Une levure possède un noyau cellulaire dans lequel se trouve son ADN sous forme de chromosomes, ce qui n’est pas le cas de la bactérie. La levure est un organisme vivant. Tout comme celles de l’homme, les cellules de levure sont vivantes et naturelles.
La cellule de levure n’est visible qu’au microscope ! La levure est une cellule microscopique qui a la forme d’un œuf et n’est visible qu’au microscope. Elle est appelée scientifiquement « micro-organismes ». Sa taille ne dépasse pas 6 à 8 millièmes de millimètres. Elle se retrouve communément sous la forme d’un bloc de levure. Un cube de 1cm de côté pèse environ 1g et renferme plus de 10 milliards de cellules vivantes de levure !
Attention de ne pas confondre levure de boulangerie et poudre à lever parfois qualifiée abusivement de « Levure chimique ». Ces deux produits n’ont rien à voir ! La levure de boulangerie est d’origine naturelle, composée d’éléments vivants et utilisée dans la fabrication des pains, de la bière… pour son pouvoir fermentaire. La levure chimique est, quant à elle, composée de bicarbonate de soude, d’hydrogénotartrate de potassium et d’amidon de maïs et ne permet pas la fermentation. Elle est utilisée pour la fabrication des gâteaux.
Pour comprendre la variété des applications actuelles de la levure, il faut d’abord zoomer sur ses cellules. La levure est un champignon unicellulaire eucaryote, c’est-à-dire composé d’une seule cellule qui comporte un noyau et une organisation interne complexe, comparable à celle des cellules humaines. Si dans le langage on emploie le terme de « levure » de façon générique pour la levure de bière (Saccharomyces cerevisiae), il en existe en réalité une multitude. Les scientifiques ont identifié plus de 1500 types de levures à ce jour.
| Caractéristique | Levures | Moisissures |
|---|---|---|
| Structure | Unicellulaires | Multicellulaires |
| Taille | 6-10 microns (généralement) | Variable |
Levures et moisissures sont deux champignons différents. Les levures sont unicellulaires alors que les moisissures sont multicellulaires. La plupart des cellules de levure mesurent entre 6 et 10 microns, mais la taille et la forme de ces micro-organismes varient selon l’espèce. La cellule de levure est une véritable « micro-usine » biologique. Autres atouts : les cellules de levures se reproduisent vite, leur génome est entièrement connu, séquencé et facilement manipulable. Cela permet par exemple aux chercheurs d’observer rapidement les effets d’une mutation génétique.
Ainsi, la levure a permis des découvertes majeures dans la compréhension du fonctionnement général de la cellule eucaryote. La levure est aujourd’hui un outil essentiel à la recherche médicale. En pratique, les chercheurs obtiennent d’abord un modèle de levure d’un phénotype pertinent par rapport à une maladie. Ils recherchent ensuite des modificateurs de ce phénotype, une étape que l’on appelle « criblage ». Ce criblage peut être pharmacologique, avec l’identification de candidats médicaments, ou génétique, avec l’identification de gènes modificateurs.
Au cœur des préoccupations humaines, les modifications liées à l’âge, communément appelées marqueurs du vieillissement, sont de mieux en mieux cernées, notamment grâce à la levure Saccharomyces cerevisiae. En effet, la durée de vie réplicative de cette levure bien connue des boulangers et des brasseurs est aujourd’hui un système modèle pour l’étude du vieillissement cellulaire chez les animaux. La levure sert à produire des molécules d’intérêt telles que des vaccins, ou des hormones comme l’hormone de croissance humaine ou l’hydrocortisone.
Récemment, des scientifiques ont développé une méthode pour produire et analyser rapidement un large éventail de peptides macrocycliques, des médicaments prometteurs de plus en plus souvent utilisés. Ils ont conçu des cellules de levure capables de produire individuellement différents peptides macrocycliques. Chaque cellule de levure agit comme une petite usine qui s’allume lors de la production du composé, permettant aux scientifiques d’identifier rapidement des peptides intéressants.
La levure, en particulier Saccharomyces cerevisiae, représente aujourd’hui un micro-organisme incontournable et considéré comme sûr pour la production de biomolécules d’intérêt à l’échelle industrielle. Grâce à la fermentation de précision, de nombreuses substances sont ainsi produites et commercialisées, avec une composition identique aux produits d’origine. Par exemple, la levure est le micro-organisme le plus utilisé pour la production industrielle de glutathion réputé pour son rôle d’anti-oxydant dans l’organisme.
Grâce à ses diverses fonctions physiologiques, le glutathion suscite un intérêt croissant dans les industries agroalimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Les molécules d’intérêt ainsi produites trouvent des applications dans les secteurs de l’alimentaire, de l’industrie chimique, de la médecine ou encore des cosmétiques. Particulièrement stratégiques, des solutions de capture et la valorisation du CO2 spécifiquement adaptés à l’industrie alimentaire font l’objet de recherches actives. Portée par ces innovations, la cellule de levure s’impose comme un acteur central de la bioéconomie.
Sous l’impulsion des consommateurs soucieux de sécurité et de protection de l’environnement, l’industrie cosmétique mondiale recherche de plus en plus d’ingrédients naturels et durables. Saccharomyces cerevisiae s’est ainsi imposée comme une plateforme performante pour la biosynthèse d’ingrédients cosmétiques grâce à sa forte capacité métabolique, sa facilité de manipulation génétique et son potentiel de production rentable. Son double rôle - organisme modèle et plateforme industrielle - lui confère une place unique dans l’innovation scientifique et technologique. Les avancées en biologie synthétique, en fermentation de précision et en valorisation du carbone ouvrent la voie à de nouvelles applications durables.
Il existe une multitude d'espèces de levures, chacune possédant des caractéristiques et des fonctions uniques. Dans le domaine des variétés de levures, la levure de fission, scientifiquement connue sous le nom de Schizosaccharomyces pombe, occupe une place notable. Les cellules de levure de fission sont en forme de bâtonnets et subissent un processus de "mitose fermée" au cours duquel la membrane nucléaire ne se rompt pas, contrairement à d'autres types de levures comme Saccharomyces cerevisiae qui subissent une "mitose ouverte". Ces caractéristiques, ainsi que d'autres, font de S. pombe un organisme modèle utile, en particulier pour étudier les processus du cycle cellulaire et la division cellulaire dans un environnement contrôlé.
L'une des raisons pour lesquelles les cellules de levure sont si répandues est leur capacité à s'adapter et à prospérer dans une variété de conditions et de circonstances. L'une des principales adaptations des cellules de levure est leur capacité à se développer dans des conditions aérobies et anaérobies. Elles peuvent changer de voie métabolique en fonction de la disponibilité de l'oxygène. En présence d'oxygène, les cellules de levure utilisent la respiration aérobie pour produire de l'énergie, ce qui produit de l'eau et du dioxyde de carbone. En revanche, en l'absence d'oxygène, les cellules de levure utilisent la respiration anaérobie ou la fermentation pour produire de l'énergie, ce qui entraîne la production d'éthanol et de dioxyde de carbone.
En outre, les cellules de levure ont la capacité impressionnante d'entrer dans un état de dormance lorsque les conditions environnementales sont défavorables ou stressantes. Cela leur permet d'économiser de l'énergie et de devenir résistantes à des facteurs défavorables tels que la dessiccation, les températures élevées et les niveaux de pH extrêmes. Une autre adaptation remarquable est leur capacité à croître à la fois sexuellement et asexuellement. De manière asexuée, les cellules de levure se reproduisent généralement par bourgeonnement, produisant des clones génétiquement identiques à la cellule mère. Sinon, dans des conditions de privation de nutriments ou d'exposition à des signaux environnementaux spécifiques, elles peuvent se reproduire sexuellement en produisant des cellules spécialisées appelées spores.
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