La levure, un modèle cellulaire

La levure, un modèle cellulaire La levure, être vivant simple, au fonctionnement comparable à celui des cellules humaines, est un objet d’étude historique de la recherche fondamentale qui permet de comprendre les phénomènes cellulaires et génétiques.

Elle s’avère un modèle représentatif de l’ensemble des eucaryotes.

Des similitudes entre l’homme et la levure
Des similitudes entre l’homme et la levure

Pourquoi peut-on dire de la levure que c’est un modèle cellulaire ? Explications.

L'homme est un organisme eucaryote. Ce qui veut dire que le matériel génétique de ses cellules est présent dans un noyau délimité et dans les mitochondries (organites spécialisés). Comme lui, la levure est un eucaryote par opposition aux procaryotes que sont les bactéries.
Mais, contrairement à l’homme formé de dizaines de milliers de milliards de cellules, la levure est unicellulaire ! Ce qui la rend donc plus facile à étudier et à manipuler.

La levure Saccharomyces cerevisiae est un organisme vivant complexe particulièrement performant, dont presque la moitié des gènes a des homologues chez les mammifères. Elle se place au premier rang des modèles biologiques se rapprochant de la cellule humaine au niveau de son organisation et de son métabolisme (réactions chimiques nécessaires à la vie et à la multiplication des cellules). C'est pour cela, entre autres, que nous lui devons à ce jour une part importante de nos connaissances sur le fonctionnement cellulaire des eucaryotes –humains, animaux et végétaux. D’autres levures comme Schizosaccharomyces pombe sont aussi utilisées comme modèles eucaryotes en recherche fondamentale.

Si la levure est un modèle, c'est aussi parce qu'elle est facile et économique à manipuler : elle est unicellulaire, se reproduit vite (duplication en à peine plus de deux heures dans la plupart des cas) et elle est remarquablement adaptée à l'analyse génétique. D'ailleurs, c'est le premier microorganisme eucaryote dont le génome a été entièrement caractérisé : la séquence de ses seize chromosomes est entièrement connue.

La levure, objet de Prix Nobel
La levure, objet de Prix Nobel

Les similitudes entre les cellules humaines et les cellules de levure placent ces dernières au cœur de la Recherche scientifique. A deux reprises, des travaux sur la levure ont fait l’objet de Prix Nobel. Zoom sur ces grandes découvertes.

Des centaines de gènes humains sont capables de remplacer leur homologue chez la levure, ce qui permet d'en étudier plus facilement le rôle. Ainsi, au cours des dix dernières années, deux Prix Nobel de Physiologie ou Médecine ont été attribués à des chercheurs ayant accompli sur la levure des travaux permettant de comprendre des aspects fondamentaux du fonctionnement des cellules humaines.

Le premier, en 2001, a récompensé la mise à jour des différentes étapes du cycle cellulaire et ses mécanismes (notamment génétiques) de contrôle. Données d’importance lorsqu’on imagine que les dizaines de milliers de milliards de cellules de l’homme proviennent d’une seule à l’origine... Les travaux sur la levure ont ainsi permis de décrypter le rôle de certains gènes humains sans manipuler l’homme !

Le second Prix Nobel, en 2009, a souligné l’importance de la découverte des télomères –protecteurs des chromosomes contre les dégradations- grâce à des études sur la levure. Des résultats extrapolables pour comprendre le vieillissement (au cours duquel on observe un raccourcissement des télomères dans le temps) et le cancer (la synthèse des télomères est fréquemment plus active dans les cellules cancéreuses).

La levure offre des possibilités largement exploitées par l’homme
La levure offre des possibilités largement exploitées par l’homme

En bref, le point sur l’éventail des possibilités qu’offre la levure.

Son statut de modèle cellulaire confère à la levure des possibilités largement exploitées par l’homme.  Ainsi, des centaines de gènes responsables de maladies orphelines ont d'ores et déjà été identifiés - comme la mucoviscidose ou le syndrome de Leigh.

Les mécanismes de certaines affections comme la maladie d’Alzheimer, les diabètes de type II ou les migraines, entre autres, ont aussi été étudiés.

En utilisant des gènes humains dans les levures, il est possible de tester l’efficacité de nouveaux médicaments ou l’effet de diverses substances, sans utiliser l’homme ou l’animal comme cobaye. Enfin, les avancées scientifiques réalisées sur la levure ont permis le développement technique de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils précieux aux avancées de la Recherche.

Mais nous ne connaissons pas encore tout de la levure ! La fonction du quart de ses gènes n’est pas encore découverte, et il reste de nombreux mécanismes à déchiffrer, notamment certains aspects de l’organisation de son génome, de son interaction avec l’environnement ou de son évolution. La communauté scientifique internationale des « levuristes » s’y attèle de façon dynamique.

Toutefois, les connaissances déjà acquises et les qualités intrinsèques de la levure, telles que la résistance à des environnements difficiles ou ses besoins nutritifs relativement simples, font aujourd'hui de Saccharomyces cerevisiae un modèle de choix pour élaborer de nouvelles stratégies d'obtention de molécules destinées à la nutrition, à la santé humaine ou animale, à l'énergie, ainsi que pour développer de nouvelles méthodes et outils indispensables au concept d' « usine cellulaire ».