Stabilité Génétique Des Levures

L’évolution de la levure de bière domestiquée

La levure de bière actuelle est le résultat de millénaires de croisements sélectifs. Le lent processus de domestication, depuis les fermentations spontanées de céréales dans les poteries néolithiques jusqu’à l’acier inoxydable moderne des méga-brasseries a donné naissance à une espèce de levure très différente de ses ancêtres sauvages. La Saccharomyces cerevisiae s’est bien adaptée aux milieux environnementaux créés par l’homme qui n’existent pas dans la nature. Contrairement à la levure sauvage, le génome de S. cerevisiae est souvent assez « désordonné », résultats de pression de sélection liés aux environnements créés par l’homme, tels que les brasseries. Un exemple courant de ces adaptations est la perte des gènes PAD1 et FDC1, qui, dans leur forme fonctionnelle, sont responsables de la production des arômes phénoliques « POF » dans la bière.

En outre, les espèces domestiques de Saccharomyces ont développé des mécanismes uniques pour métaboliser rapidement des hydrates de carbone complexes tels que le maltotriose, une source d’énergie précieuse présente dans le moût de brasserie qui n’est généralement pas métabolisé par les levures sauvages. D’autres caractéristiques uniques contribuent à rendre S. cerevisiae domestique si utile pour nous, telles qu’un nombre anormal de chromosomes, une homozygotie génétique omniprésente (les gènes sont les mêmes sur chaque chromosome) et une incapacité à s’accoupler avec succès et à subir un réarrangement méiotique par la sporulation.

Une bière constante grâce à la stabilité génétique de la levure

L’utilité de la domestication de la levure pour les brasseurs modernes ne peut être sous-estimée. Ces adaptations ont un coût biologique énorme, rendant souvent très difficile la reproduction sexuée des levures de brasserie domestiquées, ce qui diminue encore leur capacité à s’adapter et à évoluer en fonction des différentes conditions environnementales. La levure domestique est donc moins compétitive dans la nature, mais elle est extrêmement utile au brasseur, car cette stabilité génétique permet d’obtenir des performances de fermentation constantes.

En pratique, la « stabilité génétique » est la capacité à minimiser les changements observables dans la performance de fermentation et la saveur au cours d’une utilisation industrielle normale, malgré l’accumulation lente de mutations au cours d’une utilisation à long terme. Il s’agit d’une caractéristique très souhaitable des levures de brasserie et d’un élément clé de leur capacité à produire des résultats cohérents et fiables d’un lot à l’autre.

La dérive génétique est inévitable

Si les levures de brasserie sont résistantes au changement, il est également important de comprendre que les mutations génétiques sont inévitables. Chaque fois qu’une cellule se divise, il est possible qu’une erreur se produise lors de la réplication de l’ADN, ce qui entraîne une modification du comportement de la nouvelle cellule. Lorsqu’une levure est multipliée pour être utilisée en brasserie, la population augmente de manière exponentielle (1016), passant de quelques centaines de cellules par millilitre de moût à un milliard de cellules par millilitre (ou plus !). Lorsque des milliards de cellules se divisent, vivent, métabolisent, etc., les mutations ne sont pas seulement possibles, mais inévitables. Heureusement, la plupart des mutations n’altèrent pas le comportement souhaité de la levure. Mais il arrive parfois qu’une mutation se produise dans une voie métabolique importante et qu’elle ait un impact imprévu sur l’ensemble du processus de brassage.

Stabilité génétique au cours de la production de levures

La dérive génétique étant inévitable, que pouvons-nous faire pour garantir une performance constante des levures ? Heureusement, beaucoup de choses ! En tant que producteur de levures, nous contrôlons soigneusement notre collection de cultures afin de garantir la stabilité à long terme de nos souches de levure grâce à de rigoureux tests et documentations.

Caractérisation de la souche

Lorsqu’une nouvelle souche est collectée ou développée, elle est soumise à un test d’accouplement pour déterminer sa capacité à sporuler et à s’accoupler. La documentation sur la capacité d’accouplement (reproduction sexuée) peut fournir des informations précieuses sur les risques d’accouplements rares ou de réarrangements chromosomiques spontanés dans la brasserie. Cela nous donne également l’occasion d’explorer le développement de nouvelles souches par le biais de l’hybridation. À l’heure actuelle, deux méthodes principales permettent de développer des souches entièrement nouvelles : l’hybridation et la bio-ingénierie.

L’hybridation est un processus complexe qui, s’il est mal réalisé, peut entraîner un dysfonctionnement de l’ensemble du génome, ce qui donne un organisme génétiquement instable, totalement inutilisable en brasserie ou d’autres applications industrielles. Les mêmes concepts s’appliquent à la levure issue de la bio-ingénierie, puisque les modifications génétiques peuvent entraîner une diminution de la performance et introduire une pression sélective à l’encontre de cette modification. Une sélection et un criblage minutieux de la descendance sont nécessaires pour garantir que l’organisme résultant puisse intégrer pleinement toutes les modifications apportées à son génome et transmettre avec succès ces caractéristiques aux générations suivantes sans perte de fonction.

Banque de levures et stockage

Les souches de levures sont stockées à long terme dans un état dormant à des températures cryogéniques de ≤ -150°C, ce qui garantit que les mutations aléatoires sont réduites au minimum. Ces banques de levure cryogéniques servent de sauvegarde « apocalyptique » afin que les souches ne soient jamais perdues en cas de catastrophe. Toutes les souches destinées à la production commerciale proviennent de notre banque de cultures. Elles sont gérées avec soin pour minimiser le nombre de générations par rapport à la culture originale en banque afin de garantir la cohérence de la fabrication.

Dans ces conditions, on s’attend à ce qu’il n’y ait pas de changements génomiques majeurs. Néanmoins, notre équipe chargée de la collecte des cultures procède à un séquençage génétique de routine de nos souches de culture afin de surveiller les rares changements génétiques survenant au cours du stockage. Cela peut se faire par un séquençage initial du génome entier lorsque la culture est soumise pour la première fois, puis par un séquençage de routine du sous-génome des voies métaboliques importantes.

Contrôle de la qualité de la production de levure

Pendant la production de la levure, lorsque la division cellulaire est élevée, nos ingénieurs de production gardent un œil sur les régions clés du génome de la levure grâce au séquençage génétique¹. En minimisant les pressions sélectives au cours du processus de propagation, nous nous assurons que les levures sèches de LalBrew® Premium Lallemand Brewing est génétiquement cohérente d’une production à l’autre, prête à être utilisée et à être réensemencée par la suite. Bien que les changements génétiques soient inévitables dans tout système biologique, nous atténuons ce risque grâce à une assurance qualité rigoureuse. Grâce à une gestion minutieuse de notre collection de cultures de levure, nous nous assurons que lorsqu’une culture commence à dériver de manière indésirable, nous sommes en mesure de fournir une nouvelle culture avec le profil génétique original souhaité.

Surveillance de la dérive génétique dans la brasserie

Malgré la stabilité inhérente à toute souche de levure que nous mettons sur le marché, les changements génétiques sont inévitables. Le stress d’une fermentation de bière normale entraîne un très faible niveau de dérive génétique dans la culture de levure. La plupart des brasseries ne sont pas équipées pour séquencer l’ADN ou gérer correctement une banque de cultures de levure. Que pouvez-vous donc faire en tant que brasseur pour gérer le risque normal de dérive génétique de la levure ?

Pour garantir la constance d’une bière à l’autre, il convient de surveiller la levure afin de déceler tout changement de performance au fil du temps. Des changements dans la cinétique de fermentation, la phase de latence et l’atténuation peuvent indiquer que la levure a une capacité réduite à importer et à métaboliser certains sucres. De petites colonies sur des plaques de gélose peuvent indiquer des « petites mutations « , qui résultent de mutations de l’ADN mitochondrial. Des changements dans le profil sensoriel peuvent indiquer des mutations dans l’une des nombreuses voies biochimiques impliquées dans la production ou le métabolisme des esters, des phénols, des alcools supérieurs, des composés sulfurés et du diacétyle. Il est important de surveiller étroitement la floculation, car la récolte répétée de la levure dans le cône ou à la surface de la bière peut modifier le comportement de la floculation. La récolte dans le cône sélectionne les cellules qui se déposent rapidement, tandis que la récolte en surface sélectionne les cellules qui préfèrent rester en haut de la cuve. Comme toujours, vérifiez qu’il n’y a pas de contamination par des levures sauvages ou des bactéries et examinez la levure au microscope pour évaluer la viabilité et la morphologie des cellules. Réduisez vos risques en limitant le nombre de générations de réensemencement (5 à 8 au maximum) et rafraîchissez votre culture avec un ensemencement de première génération si vous avez des doutes sur la performance de la levure. En suivant les meilleures pratiques de manipulation et de réensemencement de la levure, vous obtiendrez une bière de qualité constante.

¹Le séquençage génétique : lire l’ordre des nucléotides composants de l’ADN, ici pour vérifier qu’il n’est pas modifié lors des multiples divisions cellulaires.