Une revue estime que la multiomique stimule la recherche de levures industrielles tolérantes à la chaleur

Une nouvelle revue publiée dans l’International Journal of Food Microbiology soutient que les outils de multiomique deviennent centraux dans la recherche de levures tolérantes à la chaleur capables de maintenir les fermentations industrielles à des températures plus élevées, un changement qui pourrait compter pour la production alimentaire, le brassage, les biocarburants et d’autres industries fondées sur la fermentation confrontées à la hausse des coûts énergétiques et à des conditions d’exploitation plus chaudes.

L’article, publié avec le DOI 10.1016/j.ijfoodmicro.2026.111824, a été rédigé par Xuexue Rao, Meiyan Li, Linling Li, Quan Yuan, Xiaodan Wang, Wentao Cao, Shuyi Qiu et Xiaoye Luo. Il examine comment la génomique, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique peuvent être combinées pour expliquer pourquoi certaines levures supportent mieux le stress thermique que d’autres et comment ces résultats peuvent aider les sélectionneurs et les ingénieurs à développer des souches adaptées à des environnements industriels plus chauds.

La levure est un outil de base dans des secteurs qui incluent le pain, la bière, le vin, les spiritueux distillés, la fermentation laitière, les enzymes, les produits pharmaceutiques et l’éthanol. Mais la plupart des souches conventionnelles perdent en performance lorsque les températures augmentent. Selon la revue, la chaleur peut endommager les structures cellulaires, perturber les enzymes et réduire la capacité de fermentation. Cela crée des problèmes pratiques pour les producteurs : rendements plus faibles, transformation plus lente et risque accru de voir des micro-organismes indésirables s’installer si les conditions ne sont pas strictement contrôlées.

Les auteurs estiment que la question est particulièrement importante dans les procédés qui fonctionnent déjà sous des climats chauds ou dans des conditions industrielles fortement exposées à la chaleur, notamment la fermentation de boissons tropicales, la production d’acides organiques et la fabrication de biocarburants. Dans ces contextes, la capacité à fermenter à des températures supérieures à 40 °C peut réduire les besoins en refroidissement et abaisser le risque de contamination. La revue cite des travaux antérieurs estimant qu’une usine d’éthanol produisant 30 000 kilolitres par an pourrait gagner 30 000 $ de revenus nets pour chaque hausse de 5 °C de la température de fermentation.

Cet argument économique a poussé les chercheurs à aller au-delà du développement traditionnel des souches. La revue note que les méthodes classiques de mutagenèse sont très aléatoires et souvent inefficaces, avec un taux de mutation positif inférieur à 0,1 %. Même lorsqu’elles produisent des levures plus tolérantes à la chaleur, le résultat peut s’accompagner de performances de fermentation plus faibles. La tolérance à la chaleur n’est pas contrôlée par un seul gène ni par une seule voie. C’est un caractère polygénique lié aux protéines de choc thermique, aux lipides membranaires, aux réponses au stress oxydatif et à des ajustements métaboliques plus larges à l’intérieur de la cellule.

C’est cette complexité qui attire l’attention sur la multiomique. La génomique peut identifier des mutations ou des groupes de gènes associés à la thermotolérance. La transcriptomique suit les gènes qui s’activent ou se désactivent sous stress thermique. La protéomique examine les variations d’abondance et d’interactions des protéines. La métabolomique mesure les changements de petites molécules qui reflètent la manière dont les cellules réorientent leur métabolisme pour survivre. Utilisées ensemble, ces approches peuvent dresser une carte plus complète de la réponse de la levure lorsque les températures augmentent.

Pour les producteurs alimentaires et de boissons, l’intérêt de cette carte est autant pratique que scientifique. Les performances de fermentation dépendent d’une croissance stable, d’un développement aromatique prévisible et d’une résistance à la contamination. Dans le brassage ou les fermentations de fruits tropicaux, des souches qui restent actives à des températures plus élevées pourraient réduire les besoins en réfrigération et rendre la production plus résiliente dans les régions chaudes. Dans le fromage et d’autres aliments fermentés, les variations de température peuvent aussi modifier la vitesse d’affinage et l’activité biochimique, influençant à la fois le calendrier et le caractère du produit.

La revue décrit le criblage direct comme une voie pour trouver des souches utiles. Des chercheurs ont isolé des levures thermotolérantes à partir de compost, de sources chaudes, de fruits tropicaux et d’aliments fermentés traditionnels en enrichissant des échantillons dans des conditions chaudes. Certaines espèces de Saccharomyces cerevisiae et des genres tels que Hansenula, Kluyveromyces, Candida, Saccharomycopsis et Pichia ont montré une croissance à 45 °C après évolution adaptative ou amélioration de souche. Malgré cela, les auteurs estiment que les ressources actuelles en souches restent insuffisantes face à la demande industrielle.

L’apport de la multiomique est de permettre de passer d’un criblage large à une amélioration ciblée. Le séquençage du génome entier peut comparer des souches industrielles robustes à d’autres plus faibles afin d’identifier des gènes candidats. Les études transcriptomiques peuvent montrer comment les voies de réponse au stress se comportent pendant la fermentation, et pas seulement dans des tests de laboratoire statiques. L’analyse protéomique peut révéler si les protéines protectrices sont réellement produites en quantité suffisante. Les données métabolomiques peuvent montrer si les cellules maintiennent l’intégrité membranaire, l’équilibre rédox et l’apport énergétique sous pression thermique.

La revue présente cette approche intégrée comme un outil de sélection directionnelle plutôt que de sélection par essais et erreurs. En principe, une fois les cibles clés identifiées à plusieurs niveaux de la biologie, les sélectionneurs peuvent se concentrer sur les souches les plus susceptibles de combiner thermotolérance et forte capacité de fermentation. C’est important, car l’industrie n’a pas besoin de levures qui se contentent de survivre à la chaleur ; elle a besoin de levures qui continuent à convertir efficacement les sucres tout en préservant la qualité du produit.

L’article souligne aussi des usages plus larges au-delà des boissons alcoolisées. Les levures thermotolérantes sont pertinentes pour le bioéthanol de deuxième génération produit à partir de biomasse lignocellulosique, où la saccharification et la fermentation simultanées bénéficient souvent de conditions plus chaudes. Elles peuvent aussi compter dans le traitement des eaux usées et la production de biochemicals industriels, où les températures de procédé peuvent déjà dépasser ce que les levures standard tolèrent confortablement.

Les auteurs restent toutefois prudents quant aux limites des recherches actuelles. Ils notent que les études omiques identifient souvent des corrélations plutôt que des relations claires de cause à effet. Un gène qui semble plus actif sous stress thermique n’est pas nécessairement la raison pour laquelle une souche fonctionne mieux en usine. Transformer des cibles prédites en caractères commerciaux stables reste difficile. Les environnements industriels exposent aussi la levure à plusieurs stress à la fois, notamment la toxicité de l’éthanol, l’acidité et la pression osmotique, et pas seulement à la chaleur.

L’écart entre les résultats de laboratoire et les performances en usine devrait probablement façonner la prochaine phase de recherche. La revue suggère que les travaux futurs devront mieux intégrer l’analyse des données omiques et la sélection ou l’ingénierie appliquées afin que les marqueurs prometteurs débouchent sur des souches fiables au fil de cycles de production répétés. Une meilleure transparence des données et des méthodes d’analyse plus affinées pourraient aussi aider les chercheurs à distinguer les signaux pertinents au sein de vastes ensembles de données.

Pour les producteurs des marchés de l’alimentaire, des boissons et de la bioénergie, le message est simple : la fermentation à plus haute température reste attractive parce qu’elle peut réduire les coûts de refroidissement et améliorer l’efficacité des procédés, mais le succès dépend de souches de levure conçues pour ces conditions. La revue estime que la multiomique est désormais l’un des principaux outils pour comprendre comment les construire.

L’étude a bénéficié d’un financement de recherche lié à des programmes de jeunes talents de l’université de Guizhou et à des projets provinciaux d’innovation en Chine axés sur les ressources microbiennes pour l’industrie de la fermentation. Les auteurs ont déclaré n’avoir aucun conflit d’intérêts financier ou relationnel connu susceptible d’avoir influencé les travaux.