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 L'INTELLIGENCE DE LA LEVURE


Les levures sont des champignons unicellulaires. L'Homme les utilise depuis des milliers d'années pour faire lever la pâte à pain ou fabriquer des boissons alcoolisées. Ce sont des organismes particulièrement intéressants à de multiples égards.

Pour les chercheurs, elles ont les avantages pratiques des microorganismes bien qu'elles soient des eucaryotes, c'est à dire des cellules possédant des compartiments (noyau, mitochondries etc.) contrairement aux bactéries qui sont des procaryotes (leur cellule est constituée d'un seul compartiment).

Parmi les eucaryotes, ce sont les organismes possédant le plus petit génome connu. L'ADN de la levure de bière est formé d'à peu près 15 000 kilobases (les unités élémentaires de la molécule d'ADN) et contient environ 10 000 gènes soit à peine quatre fois plus qu'une bactérie alors que l'ADN d'une cellule humaine comporte 3.3 milliards de base et contient environ 100 000 gènes. Aussi, la connaissance du génome de la levure progresse-t-elle rapidement et plusieurs chromosomes ont déjà été entièrement séquencés.

NB Depuis la publication de cet article, le séquençage du génome de la levure a été entièrement terminé (en avril 1997).

Enfin, après les bactéries, les levures sont à leur tour devenues des outils du génie génétique : en leur "greffant" les gènes adéquats, elles deviennent capables de fabriquer et de sécréter diverses protéines étrangères. C'est ainsi que le vaccin contre l'hépatite B, formé d'une protéine de l'enveloppe virale, est produit par des levures transformées.

Comme tous les organismes hétérotrophes les levures ont besoin de carbone organique, source de matériaux et d'énergie. A cet égard, ce sont les sucres que les levures préfèrent. L'énergie est extraite des molécules de sucres lors de réactions chimiques complexes dont il existe deux grands types, la respiration et les fermentations, la première ayant un meilleur rendement mais nécessitant de l'oxygène.

Les levures possèdent d'étonnantes capacités d'adaptation. Lorsqu'il y a de l'air, elles respirent, lorsqu'il n'y en a pas elles fermentent. De plus, elles peuvent non seulement s'adapter à l'absence d'oxygène, mais aussi au type de sucre disponible. Ainsi, si le glucose est leur aliment préféré, en son absence elles savent utiliser d'autres sucres comme le saccharose ou le maltose.

Le fonctionnement de toute cellule obéit à un principe d'économie. Pour utiliser un sucre, la cellule doit fabriquer toute une série d'enzymes spécifiques et, parallèlement, elle ne doit pas produire inutilement les enzymes correspondant à des sucres absents du milieu. Leur fabrication gaspillerait de l'énergie en pure perte. Ainsi, lorsque l'on donne du glucose aux levures, elles ne fabriquent pas les enzymes nécessaires à l'utilisation du saccharose ou du maltose. Ces phénomènes résultent d'un contrôle s'exerçant au niveau des gènes codant les enzymes du métabolisme des sucres. En présence de glucose, les gènes codant les enzymes nécessaires à l'utilisation du saccharose ou du maltose sont réprimés par un signal chimique intracellulaire et les enzymes qu'ils codent ne sont pas fabriquées. On parle alors de répression catabolique. Inversement, si un sucre différent du glucose est fourni, un autre signal chimique intracellulaire déclenche la mise en activité des gènes correspondants. C'est l'induction enzymatique.

Ce type de contrôle métabolique au niveau génétique est d'une très grande efficacité. Il permet aux cellules de s'adapter rapidement à un changement de milieu sans gaspillage énergétique et a donc été conservé au cours de l'évolution. Démontré d'abord chez les bactéries, il est, semble-t-il, universel même si les mécanismes en jeu sont quelque peu différent chez les procaryotes et chez les eucaryotes.

EXPERIENCE

METTONS EN EVIDENCE LA REPRESSION CATABOLIQUE

Matériel nécessaire

Levure fraîche (en boulangerie), solution de glucose à 10 % (en pharmacie), sucre en poudre (saccharose), 2 flacons identiques avec bouchon ou couvercle étanche en plastique (pots de yaourt ou flacons de médicament d'un volume autour de 100 mL), 2 petites bouteilles identiques sans bouchon, 40 cm de tuyau plastique (tuyau pour pompe d'aquarium, dans les magasins d'aquariophilie), un récipient d'une dizaine de cm de hauteur.

Préparation du matériel

Couper le tuyau en deux moitiés égales et couper une extrémité de chaque tuyau en biseau. Percer dans les deux couvercles ou bouchons un trou d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre extérieur du tuyau et y faire rentrer le bout du tuyau de façon à obtenir un joint étanche.

Mise en route de l'expérience

Emietter 5 g de levures dans 100 mL d'eau et bien agiter pour mettre les cellules en suspension. Diviser cette suspension en deux moitiés strictement égales et les verser dans les flacons dont les bouchons portent le tuyau. Numéroter chaque flacon pour les identifier.

Flacon 1 : ajouter 5 mL de la solution de glucose à 10 %. Flacon 2 : ajouter 5 mL d'une solution de sucre en poudre à 5 % (5 g dans 100 mL d'eau). Bien agiter de temps en temps puis laisser reposer 24 heures. Préparer une solution de saccharose (sucre en poudre) à 20 g/100 mL.

Le lendemain, les levures ont sédimenté au fond du flacon et sont surmontées d'un liquide clair. Eliminer ce liquide par exemple en l'aspirant avec une seringue de façon à ne pas remettre les levures en suspension. Ajouter alors un volume strictement identique de la solution de saccharose dans chaque flacon de levures de façon à ce que le niveau du liquide arrive à environ 2 cm en dessous du bouchon.

Remplir le grand récipient avec de l'eau et y plonger les deux flacons vides restant de façon à les remplir entièrement d'eau. Les poser sur leur goulot au fond du récipient. Fixer les bouchons portant les tuyaux sur leur flacon respectif et introduire l'extrémité des deux tuyaux dans les goulots des flacons pleins d'eau en veillant à ne pas y faire entrer d'air.

Qu'observe-t-on ?

Les levures vont rapidement se mettre à fermenter le sucre et vont produire du gaz (CO2, un des produits de la fermentation). Le gaz passant dans les tuyaux va chasser l'eau emplissant les flacons récepteurs dont le niveau d'eau va donc baisser. Plus l'intensité de la fermentation est forte, plus le volume de gaz est important. On observera que le volume de gaz produit par le flacon 2 est plus important que celui produit par le 1 ce qui signifie que ces levures fermentent plus intensément que les autres.

Que s'est-il passé ?

Les levures exposées au glucose pendant 24 h ont réprimé les gènes correspondant au métabolisme du saccharose ce qui n'est pas le cas de celles qui ont été exposées au saccharose. Lorsque l'on a ajouté du saccharose, elles ont eu besoin d'un certain temps pour mettre en marche l'ensemble de la machinerie chimique nécessaire à l'utilisation du saccharose. En conséquence, les levures du flacon 2 fermentent plus rapidement et plus efficacement. Elles n'ont pas eu à lever la répression des gènes correspondants qui étaient déjà actifs.

On obtient des résultats beaucoup plus spectaculaires (en différence des volumes de gaz émis et donc d'intensité fermentaire) si l'on remplace le saccharose par du maltose ou surtout du galactose dans cette expérience.


Amusez-vous bien !

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