Saccharomyces cerevisiae est une espèce de levures employée notamment dans la fermentation de la bière. Elle occupe une place particulière parmi les ferments, levains et levures utilisés depuis la Haute Antiquité : de nombreux peuples, tels que les Égyptiens, Babyloniens ou Celtes, l’utilisaient pour la fabrication de boissons fermentées, du pain, du kéfir, du vin et de la bière de fermentation haute. Cette espèce a été découverte, isolée et identifiée au milieu du par des brasseurs hollandais à la demande de la corporation des boulangers parisiens qui commençaient à industrialiser leur production et cherchaient pour leur pain un procédé de fermentation plus fiable et plus rapide que leur levain traditionnel. Ainsi dans ces domaines, certains mélanges de ses différentes souches sont appelées « levure de boulanger » et « levure de bière ».

Par analogie avec son mode de reproduction, elle est également nommée « levure à bourgeon » (ou « levure bourgeonnante », budding yeast en anglais). L'addition de Saccharomyces cerevisiae est admise en France comme levure de panification par le décret ..

Étymologie Saccharomyces cerevisiae est construit sur les racines grecques , saccharo (sucre), , myces (champignon) et le mot latin , cervoise (mot d'origine gauloise désignant la bière)..

Histoire Au , 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., 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., 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). 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., 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 .

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.

Description Saccharomyces cerevisiae est un eucaryote unicellulaire, se présentant sous forme de cellules isolées, ovoïdes à arrondies, longues de et larges de . 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).

Écologie 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..

Cycle de vie left|thumb|Le bourgeonnement.|alt=Photographie au microscope optique de deux levures en bourgeonnement. thumb|left|Cycle de vie de Saccharomyces cerevisiae.|alt=Représentation schématique du cycle de vie de Saccharomyces cerevisiae.

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.. 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.

Métabolisme 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..

Méthode d'isolement et d'identification

Méthode d’isolement

À l’état naturel, Saccharomyces cerevisiae est retrouvée principalement à la surface de certains fruits, comme le raisin ou les dattes, ainsi que sur les plantes. Ici, on choisira le raisin comme source de prélèvement car il joue un rôle crucial dans la fermentation alcoolique du vin. De plus, le raisin est riche en sucres fermentescibles, favorisant la croissance de Saccharomyces cerevisiae, faisant d'elle une candidate idéale pour l'isolement de la levure. Et bien que les sources de prélèvement de la levure puissent varier, les techniques de prélèvement restent relativement les mêmes..

Méthodes d'identification

Identification moléculaire

RFLP (Restriction Fragments Length Polymorphism) ou Analyse de Restriction de l’ADN mitochondrial Cette technique repose sur la variabilité au niveau des séquences de l’ADN mitochondrial (ADNmt) entre les souches de S. cerevisiae. À l’aide d’enzymes de restrictions, on coupe l’ADNmt à des séquences spécifiques, on obtient ainsi des fragments de longueur différente selon les souches. Puis on sépare ces fragments par électrophorèse en fonction de leur taille. Enfin, le motif obtenu (longueur et nombre des fragments), est spécifique à chaque souche, permettant leur identification . Cette méthode est l’une des plus utilisées pour caractériser des isolats de vin lors de la fermentation alcoolique..

Amplification de séquences Delta L’ADN de S. cerevisiae possède des rétrotransposons Ty1, qui sont eux-mêmes entourées de séquences appelées delta. Ces séquences delta varient en nombre et en position selon les souches. On peut utiliser la PCR pour cibler et amplifier les rétrotransposons Ty1 contenant les séquences delta. Des amorces spécifiques (delta 1 et delta 2) sont utilisées pour identifier les séquences qui nous intéressent. Les fragments amplifiés sont séparés par électrophorèse, permettant ainsi la différenciation des souches selon la longueur et le nombre de ces fragments.

Génotypage par microsatellites Par définition, les marqueurs microsatellites sont des séquences courtes de l’ADN répétées dont le nombre de répétitions varie beaucoup selon les espèces, les individus et même selon l’allèle. Ils peuvent alors représenter une source de différenciation entre les souches de S. cerevisiae. On peut amplifier ces séquences à l’aide de la PCR et ensuite par électrophorèse, on détermine la longueur de chaque marqueur microsatellite (figure 3). Les profils obtenus (nombre et taille des fragments amplifiés) pour au moins six microsatellites permettent une différenciation sûre des souches de S. cerevisiae.

Identification biochimique

Test de fermentation des sucres On cultive S. cerevisiae dans des milieux contenant chacun des glucides différents qu’elle est capable de fermenter (glucose, galactose, maltose et saccharose) et on observe les indicateurs de la fermentation : la production de et/ou l’acidification du milieu. Il faudra donc également ajouter un indicateur de pH, par exemple le pourpre de bromocrésol, pour observer le changement de couleur du milieu ou une cloche de Durham pour piéger le gaz, uniquement si le milieu est liquide. Ensuite on incube généralement de dans des conditions de pH et températures optimales. Si le milieu devient acide et/ou il y a production de gaz, on a un résultat positif, cela signifie qu’on a bien identifié S. cerevisiae dans le milieu. On peut également faire l'expérience inverse et cultiver la levure dans un milieu contenant un glucide qu’elle ne fermente pas, tel que le lactose. On s’attend alors à un résultat négatif, c'est-à-dire pas d'indicateurs de la fermentationThais M, Guimarães, et al. Isolation and Characterization of Saccharomyces Cerevisiae Strains of Winery Interest. RCBF, mars 2006, https://www.scielo.br/j/rbcf/a/W8C97GgskQKdYw499rc7Ztq/?format=pdf..

Test de d’assimilation des sources de carbone ou d’azote Similaire au test de fermentation, on peut cultiver S. cerevisiae avec, comme seule source de carbone ou d’azote, un composé qu’elle est capable d’assimiler (glucose, saccharose, maltose, galactose, tréhalose) ou avec un composé qu’elle n’est pas capable d’assimiler (lactose, inositol). Cette fois-ci, la lecture sera basée sur la croissance visible ou non de la levure. On peut évaluer la croissance à l'œil nu ou de manière quantitative avec la spectrophotométrie.

Test de catalase (test enzymatique)