Investigation des gènes non caractérisés chez Saccharomyces cerevisiae à l’aide de scientifiques robots

Pourquoi cela compte pour la biologie quotidienne

On parle souvent d’avoir le plan génétique complet d’un organisme, mais pour de nombreux gènes nous ignorons encore leur fonction réelle. Cette étude aborde ce mystère chez la levure de boulanger, un pilier de la recherche et de l’industrie, en combinant des « scientifiques robots » automatisés avec des modèles informatiques. Les auteurs montrent comment cette approche peut révéler le rôle d’un gène jusqu’ici peu étudié impliqué dans la façon dont la levure change de source d’énergie, une transition qui affecte la croissance, le métabolisme et, en fin de compte, la capacité des cellules à faire face à des environnements changeants.

Un gène caché dans un organisme très familier

La levure de boulanger a été étudiée pendant des décennies, et pourtant près de 900 de ses quelque 6 000 gènes restent mal compris. L’un d’eux, nommé YGR067C, code pour une protéine contenant un motif structural typique des régulateurs de gènes, ce qui suggère qu’elle pourrait contrôler d’autres gènes. Des travaux antérieurs indiquaient que des altérations de ce gène avaient aidé la levure à s’adapter à des sources de nourriture inhabituelles comme le méthanol. Les chercheurs ont donc émis l’hypothèse que YGR067C pouvait être impliqué dans la gestion du passage de la combustion du sucre à la combustion de l’éthanol, un « changement de vitesse » métabolique majeur que la levure effectue lorsque le glucose vient à manquer.

Laisser les robots et les modèles piloter les expériences

Pour explorer cette hypothèse, l’équipe a utilisé une plateforme de laboratoire automatisée surnommée Eve. Eve a cultivé des levures normales et une souche dont YGR067C avait été supprimé dans de minuscules puits contenant un milieu nutritif avec seulement une petite quantité de glucose, obligeant les cultures à traverser le schéma de croissance classique en deux phases : d’abord une phase de combustion du sucre, puis une phase d’utilisation de l’éthanol. Le robot a suivi la croissance avec précision et prélevé des échantillons à des moments choisis. Ces échantillons ont ensuite été analysés à trois niveaux : quels gènes étaient actifs (transcriptomique), quelles petites molécules étaient présentes (métabolomique), et la vitesse et la densité de croissance des cultures. En parallèle, les chercheurs ont utilisé deux types de modèles informatiques du métabolisme de la levure pour prédire ce qui devrait se produire lorsque la fonction du gène est perturbée, non seulement dans les voies directement liées à la respiration mais aussi dans le réseau plus large de réactions cellulaires.

Que se passe-t-il lorsque le gène est supprimé

Les données ont révélé que la suppression de YGR067C modifie à la fois la croissance et la chimie interne. La souche mutante a poussé légèrement plus vite et a atteint une densité cellulaire plus élevée que la souche normale dans les conditions testées, ce qui suggère qu’une moindre énergie était investie dans certains appareils cellulaires coûteux. Pendant la phase de combustion du sucre, de nombreux gènes impliqués dans des voies énergétiques clés au sein des mitochondries — telles que le cycle de l’acide citrique, la phosphorylation oxydative et le cycle du glyoxylate — étaient moins actifs chez le mutant. Parallèlement, des signes indiquaient que la dégradation du sucre elle-même était plus active, et deux composants d’une « pompe à protons » cellulaire qui aide à maintenir l’acidité étaient plus fortement exprimés, cohérent avec une production accrue de sous-produits acides issus de la fermentation.

Effets persistants pendant la phase d’utilisation de l’alcool

Une fois les cultures passées à l’utilisation de l’éthanol, les différences d’activité génique entre les deux souches se sont largement estompées, mais les différences métabolitiques sont devenues marquées. Chez le mutant, plusieurs molécules apparentées qui transportent et stockent le pouvoir réducteur cellulaire, y compris différentes formes de NAD, se sont accumulées à des niveaux supérieurs, tout comme certains acides aminés tels que le glutamate et l’asparagine. Les analyses de voies ont indiqué des changements plus larges dans la production d’acides aminés, le métabolisme des vitamines et des voies liées aux lipides. Ensemble, ces résultats suggèrent que, bien que l’activité de régulation de YGR067C soit la plus forte en présence de glucose, les conséquences métaboliques de son absence s’étendent à la phase d’utilisation de l’éthanol, remodelant la façon dont la cellule équilibre production d’énergie, synthèse des éléments constitutifs et croissance.

Ce que cela nous apprend sur le gène et le tableau d’ensemble

En combinant des expériences automatisées avec des mesures multi-couches et plusieurs stratégies de modélisation, l’étude aboutit à un message clair et intuitif pour les non-spécialistes : YGR067C aide à activer et à ajuster la machinerie de la levure pour brûler l’éthanol via la respiration lorsque le sucre diminue. En l’absence du gène, les cellules s’appuient davantage sur la fermentation du sucre simple, investissent moins dans les voies énergétiques mitochondriales et présentent des changements en cascade dans des molécules porteuses d’énergie et la production d’acides aminés, tout en croissant un peu plus vite dans les conditions testées. Tout aussi important, ce travail illustre une feuille de route générale pour transformer des idées vagues sur des gènes mystérieux en prédictions concrètes et testables — une approche qui pourrait être étendue pour décoder bon nombre des gènes « inconnus » restants chez la levure et d’autres organismes.

Citation: Bjurström, E.Y., Gower, A.H., Lasin, P. et al. Investigating uncharacterised genes in Saccharomyces cerevisiae using robot scientists. Sci Rep 16, 10999 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46236-z

Mots-clés: génétique de la levure, changement diauxique, métabolisme, laboratoire robotisé, régulation des gènes