Samedi-sciences (7): le mystère de la bière résolu

Jusqu'à ces jours-ci, la fabrication de la boisson alcoolisée la plus répandue au monde, la bière de type lager, reposait sur une énigme : elle faisait appel à une levure dont l'origine précise était inexpliquée. Au terme d'une véritable enquête policière qui a duré plusieurs années,

Jusqu'à ces jours-ci, la fabrication de la boisson alcoolisée la plus répandue au monde, la bière de type lager, reposait sur une énigme : elle faisait appel à une levure dont l'origine précise était inexpliquée. Au terme d'une véritable enquête policière qui a duré plusieurs années, une équipe internationale de microbiologistes vient de publier un article démontrant que les brasseurs allemands de la Renaissance ont recouru, sans le savoir, à un micro-organisme importé de Patagonie. Cette retombée inattendue de la découverte de l'Amérique par Christophe Colomb illustre un aspect méconnu de la fameuse révolution néolithique qui a vu apparaître l'agriculture : l'humanité a dû apprendre à domestiquer, non seulement les animaux et les plantes, mais aussi - fût-ce à son insu - les microbes !

Il y a environ 10.000 ans, l'humanité a franchi une étape décisive de son histoire en passant du mode de vie de chasseur-cueilleur nomade à celui d'agriculteur sédentaire. Cette transformation a eu des conséquences majeures pour notre espèce : une croissance démographique sans précédent, permettant l'essor de civilisations qui ont développé d'innombrables techniques et artefacts culturels. Parmi ces inventions, la bière et les autres boissons alcoolisées ont joué «un rôle essentiel de ciment social à travers la convivialité et les rituels de la boisson», si l'on en croit notre équipe de microbiologistes, dirigée par l'Argentin Diego Libkind et le Nord-Américain Chris Todd Hittinger.

Levure Saccharomyces cerevisiae © Masur Levure Saccharomyces cerevisiae © Masur

Mais quel est le rapport entre la microbiologie et la bière ? C'est que la fabrication de toute boisson alcoolique passe par un processus de fermentation, lequel nécessite l'emploi d'une levure, autrement dit d'un microscopique champignon unicellulaire (on parle ici de levure « naturelle », biologique, et non de levure chimique). Les premières bières sont apparues en liaison avec la culture de l'orge à Sumer, en Mésopotamie, il y a 6000 ans (ce sont du moins les premières pour lesquelles on a des traces archéologiques certaines). En fait, les levures ont été utilisées par l'humanité depuis des milliers d'années pour fabriquer le pain, le vin, la bière et d'autres alcools. La plus anciennement utilisée - sinon connue - est l'espèce Saccharomyces cerevisiae, qui sert à produire le vin ou à faire lever la pâte à pain.

C'est cette levure qui a permis, dans l'Europe médiévale, de brasser des bières de type ale - dont des exemples contemporains sont les bières d'abbaye belges ou encore la Guinness irlandaise. Il s'agit de bières à « fermentation haute », laquelle se produit à une température de 15 à 25°C. Ce qui expose la bière à la contamination par des bactéries et autres micro-organismes susceptible de l'altérer.

Les brasseurs bavarois du XVème siècle ont introduit un important progrès en inventant les bières de type « lager », à fermentation basse (4 à 10°C), plus lente, donnant un produit plus apte à la conservation, et moins fort en alcool. A la fin du XIXème siècle, les bières lager se sont largement répandues et elles sont aujourd'hui de loin les plus consommées dans le monde, avec un marché global de plus de 250 milliards de dollars (chiffres de 2008). La grande majorité des bières blondes consommées notamment en Allemagne, aux Etats-Unis ou en France (comme par exemple la 1664 de Kronembourg) sont des lagers.

Bien sûr, on avait commencé à brasser de la bière bien avant de comprendre le mécanisme de la fermentation. L'étude scientifique de ce dernier a été initiée au XIXème siècle par Pasteur. La fermentation est une réaction biochimique qui transforme, par exemple, le sucre du raisin en éthanol. Cette réaction se produit en l'absence d'oxygène, ce qui fera dire à Pasteur : « Le fermentation c'est la vie sans l'air. »

A la suite des travaux de Pasteur, le mycologue danois Emil Christian Hansen isola en 1881 pour la première fois des souches de Saccharomyces. Mais c'est seulement un siècle plus tard que les techniques de biologie moléculaire ont permis d'étudier de manière fine les gènes des levures. Saccharomyces cerevisiae, la levure de bière, a été utilisée comme un organisme modèle, et son génome a été séquence en 1996. Il comporte 16 chromosomes et 6275 gènes. Le génome humain possède 23% de gènes communs avec la levure de bière, ce qui est beaucoup moins qu'avec le chimpanzé mais illustre cependant l'unité profonde du monde vivant.

Après Saccharomyces cervisiae, les biologistes se sont logiquement intéressés aux autres levures, et notamment à celle qui permet de fabriquer les bières lager. Cette levure, qui supporte le froid, avait été d'abord appelée Saccharomyces carlsbergensis par Emil Christian Hansen, qui travaillait pour la brasserie Carlsberg. Le nom scientifique généralement utilisé aujourd'hui est Saccharomyces pastorianus.

Selon des recherches récentes menées notamment par Gavin Sherlock de l'université Stanford, S. pastorianus n'a jamais été isolée à l'état sauvage. Cette levure domestique est apparemment un pur produit de l'activité humaine. Génétiquement, c'est un hybride entre S. cerevisiae, la classique levure de bière, et une autre espèce non identifiée.

Excroissances sur des hêtres de Patagonie abritant la levure S. eubayanus © Diego Libkind Excroissances sur des hêtres de Patagonie abritant la levure S. eubayanus © Diego Libkind

Du moins jusqu'à l'entrée en scène de Diego Libkind et Chris Hittinger. Ces derniers se sont mis en quête d'une levure sauvage capable de supporter le froid. N'ayant pu la découvrir en Europe ni en Amérique du nord, ils ont poursuivi leur recherche sur le continent sud-américain. Dans l'hémisphère nord, les chercheurs ont noté que les différentes Saccharomyces sauvages se trouvaient dans les chênes. Mais bien qu'ils aient isolé 240 souches de levures dans ces chênes, aucune ne correspondait au profil génétique du micro-organisme qui s'est hybridé à la levure de bière pour donner Saccharomyces pastorianus.

Dans les zones tempérées de l'hémisphère sud, la niche écologique des chênes nordiques est occupée par des hêtres. Libkind et Hittinger se sont donc intéressés à ces derniers, et en particulier à des excroissances en forme de ballons qui affectent les hêtres de Patagonie à la suite d'infections fongiques. C'est dans ces excroissances qu'ils ont identifié deux levures tolérantes au froid. L'une des deux, nommée Saccharomyces eubayanus, correspond génétiquement au mystérieux organisme de la levure des bières lager. Selon les chercheurs, le fait que cette levure tolérante au froid soit apparue en Patagonie peut s'expliquer par le climat particulier de cette région, dont la température moyenne annuelle ne dépasse pas 6 à 8°C.

Reste un mystère : comment la levure patagonienne a-t-elle abouti chez les brasseurs bavarois ? S. eubayanus a pu traverser l'Atlantique en passager clandestin, au début du XVIème siècle, sur un vaisseau retournant d'Amérique vers l'Europe, peut-être dans le bois d'un tonneau fabriqué avec des hêtres, dans un fruit, voire dans l'estopmac d'une drosophile... Mais la chronologie pose un problème : les Bavarois ont commencé à produire de la lager avant les premiers voyages de Christophe Colomb. Hittinger avance l'hypothèse que les premières bières à fermentation basse, qui remontent à 1420, auraient été faites avant l'arrivée de S. eubayanus. Ces lagers anciennes auraient été pauvres et peu abouties. Puis, un beau jour, S. eubayanus aurait atterri dans un bac de fermentation et entraîné une amélioration spectaculaire du processus. Les brasseurs auraient sélectionné le produit résultant et la nouvelle levure se serait répandue. Des indices historiques plaident en faveur de cette hypothèse : en 1553, la Bavière a interdit la fabrication de bière l'été (donc à fermentation haute) parce que les bières faites en hiver étaient de meilleure qualité.

Quoi qu'il en soit, c'est la création involontaire d'une levure domestique qui a permis de développer la boisson alcoolisée aujourd'hui la plus répandue au monde. La modification de l'environnement par l'homme ne se manifeste pas seulement à l'échelle des espèces animales et végétales visibles autour de nous, mais aussi au sein de l'univers invisible des microbes.

 

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