Saccharomyces cerevisiae -Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces cerevisiae SEM.jpg
S. cerevisiae , micrografie electronică
Clasificare științifică Editați | ×
Regatul: Ciuperci
Divizia: Ascomycota
Clasă: Zaharomicete
Ordin: Zaharomicetale
Familie: Saccharomycetaceae
Gen: Saccharomyces
Specii:
S. cerevisiae
Numele binomului
Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae ( / ˌ s ɛr ə v ɪ s i . I / ) este o specie de drojdie (unicelulare ciuperca microorganisme). Specia a jucat un rol esențial în fabricarea vinului , coacerea și fabricarea berii încă din cele mai vechi timpuri. Se crede că a fost inițial izolat de coaja strugurilor . Este unul dintre cele mai studiate organisme model eucariote din biologia moleculară și celulară , la fel ca Escherichia coli ca bacterie model. Este microorganismul din spatele celui mai comun tip de fermentație . Celulele S. cerevisiae sunt rotunde spre ovoide, cu diametrul de5-10  μm . Se reproduce prin înmugurire .

Multe proteine importante în biologia umană au fost descoperite mai întâi prin studierea omologilor lor în drojdie; aceste proteine ​​includ proteine ale ciclului celular , proteine ​​de semnalizare și enzime de procesare a proteinelor . S. cerevisiae este în prezent singura celulă de drojdie despre care se știe că prezintă corpuri Berkeley , care sunt implicate în anumite căi secretoare. Anticorpii împotriva S. cerevisiae se găsesc la 60-70% dintre pacienții cu boala Crohn și 10-15% dintre pacienții cu colită ulcerativă (și 8% din controalele sănătoase ). S. cerevisiae a contribuit la mirosul pâinii; prolină și ornitin prezentă în drojdie sunt precursori ai 2-acetil-1-pirolina , un odorizant cu miros friptură, în crusta de pâine.

Etimologie

„ Saccharomyces “ provine din latinizat grecesc și înseamnă „zahăr-mucegai“ sau „zahăr-ciuperca“, saccharon (σάκχαρον) fiind combinarea formă „zahăr“ și myces (μύκης) fiind „ ciuperca “. cerevisiae provine din latină și înseamnă „de bere”. Alte denumiri ale organismului sunt:

  • Drojdia de bere , deși alte specii sunt folosite și la fabricarea berii
  • Drojdie de Ale
  • Drojdie cu fermentare superioară
  • Drojdia de panificație
  • Drojdia Ragi, în legătură cu prepararea tapai
  • Drojdie înflorită

Această specie este, de asemenea, principala sursă de drojdie nutrițională și extract de drojdie .

Istorie

În secolul al XIX-lea, brutarii de pâine și-au obținut drojdia de la producătorii de bere și acest lucru a condus la pâini fermentate dulci, cum ar fi ruloul imperial „ Kaisersemmel ”, căruia, în general, îi lipsea aciditatea creată de acidificarea tipică Lactobacillus . Cu toate acestea, producătorii de bere au trecut încet de la drojdia de fermentare superioară ( S. cerevisiae ) la fermentarea de jos ( S. pastorianus ). Procesul de la Viena a fost dezvoltat în 1846. În timp ce inovația este adesea creditată în mod popular pentru utilizarea aburului în cuptoare de copt, ducând la o caracteristică diferită a crustei, este remarcabilă pentru includerea procedurilor pentru măcinarea ridicată a boabelor (a se vedea grâurile de la Viena), crăpându-le în schimb de a le distruge cu o singură trecere; precum și procese mai bune pentru creșterea și recoltarea drojdiilor cu fermentare superioară, cunoscute sub numele de drojdie de presă.

Rafinările în microbiologie în urma lucrărilor lui Louis Pasteur au condus la metode mai avansate de cultivare a tulpinilor pure. În 1879, Marea Britanie a introdus cuve specializate în creștere pentru producția de S. cerevisiae , iar în Statele Unite, la începutul secolului, s-au folosit centrifuge pentru concentrarea drojdiei, făcând posibilă drojdia comercială modernă și transformând producția de drojdie într-o industrie majoră. efort. Drojdia de șlam fabricată de micii brutari și magazine alimentare a devenit drojdie smântână, o suspensie de celule de drojdie vii în mediu de creștere, iar apoi drojdie comprimată, drojdia proaspătă de tort care a devenit aluatul standard pentru brutarii de pâine în mare parte a lumii occidentalizate în primii ani Secolului 20.

În timpul celui de-al doilea război mondial , Fleischmann's a dezvoltat o drojdie uscată activă granulată pentru forțele armate ale Statelor Unite, care nu necesita refrigerare și avea o durată mai mare de valabilitate și o toleranță mai bună la temperatură decât drojdia proaspătă; este încă drojdia standard pentru rețetele militare americane. Compania a creat drojdie care va crește de două ori mai repede, reducând timpul de coacere. Lesaffre va crea mai târziu drojdie instantanee în anii 1970, care a câștigat o utilizare considerabilă și o cotă de piață în detrimentul drojdiei proaspete și uscate în diversele lor aplicații.

Biologie

Colonii de drojdie pe o placă de agar.

Ecologie

În natură, celulele de drojdie se găsesc în primul rând pe fructele coapte, cum ar fi strugurii (înainte de maturare, strugurii sunt aproape lipsiți de drojdii). Deoarece S. cerevisiae nu este transportată în aer, necesită un vector pentru a se deplasa.

Reginele viespilor sociale care iernează ca adulți ( Vespa crabro și Polistes spp.) Pot adăposti celule de drojdie din toamnă până în primăvară și le pot transmite descendenților lor. Intestinul Polistes dominula , o viespe socială, găzduiește tulpini de S. cerevisiae , precum și hibrizi de S. cerevisiae × S. paradoxus . Stefanini și colab. (2016) au arătat că intestinul Polistes dominula favorizează împerecherea tulpinilor S. cerevisiae , atât între ele, cât și cu celule S. paradoxus , oferind condiții de mediu care determină sporularea celulelor și germinarea sporilor.

Temperatura optimă pentru creșterea S. cerevisiae este de 30-35 ° C (86-95 ° F).

Ciclu de viață

Două forme de celule de drojdie pot supraviețui și crește: haploide și diploide . Celulele haploide suferă un ciclu de viață simplu de mitoză și creștere și, în condiții de stres ridicat, vor muri, în general. Aceasta este forma asexuată a ciupercii. Celulele diploide („forma” preferențială a drojdiei) suferă în mod similar un ciclu de viață simplu de mitoză și creștere . Viteza la care ciclul celulelor mitotice progresează adesea diferă substanțial între celulele haploidă și diploidă. În condiții de stres , celulele diploide pot suferi sporulare , intrând în meioză și producând patru spori haploizi , care ulterior se pot împerechea. Aceasta este forma sexuală a ciupercii . În condiții optime, celulele de drojdie își pot dubla populația la fiecare 100 de minute. Cu toate acestea, ratele de creștere variază enorm atât între tulpini, cât și între medii. Durata medie de viață replicativă este de aproximativ 26 de divizii celulare.

În sălbăticie, mutațiile recesive dăunătoare se acumulează în perioade lungi de reproducere asexuată a diploizilor și sunt purjate în timpul autoeducării : această purjare a fost denumită „reînnoirea genomului”.

Cerințe nutriționale

Vezi și: Azot asimilabil de drojdie

Toate tulpinile de S. cerevisiae pot crește aerob pe glucoză , maltoză și trehaloză și nu reușesc să crească pe lactoză și celobioză . Cu toate acestea, creșterea altor zaharuri este variabilă. Galactoza și fructoza s- au dovedit a fi două dintre cele mai bune zaharuri de fermentare. Capacitatea drojdiilor de a utiliza diferite zaharuri poate diferi în funcție de cultivarea lor aerobă sau anaerobă. Unele tulpini nu pot crește anaerob pe zaharoză și trehaloză.

Toate tulpinile pot folosi amoniac și uree ca singură sursă de azot , dar nu pot folosi azotat , deoarece nu au capacitatea de a le reduce la ioni de amoniu . De asemenea, pot folosi majoritatea aminoacizilor , peptidelor mici și bazelor de azot ca surse de azot. Histidina , glicina , cistina și lizina nu sunt totuși ușor de utilizat. S. cerevisiae nu excretă proteaze , deci proteina extracelulară nu poate fi metabolizată.

Drojdiile au, de asemenea, o cerință pentru fosfor , care este asimilat ca ion fosfat dihidrogen și sulf , care poate fi asimilat ca ion sulfat sau ca compuși organici de sulf, cum ar fi aminoacizii metionină și cisteină. Unele metale, cum ar fi magneziul , fierul , calciul și zincul , sunt, de asemenea, necesare pentru o bună creștere a drojdiei.

În ceea ce privește cerințele organice, majoritatea tulpinilor de S. cerevisiae necesită biotină . Într-adevăr, un test de creștere bazat pe S. cerevisiae a pus bazele izolării, cristalizării și determinării structurale ulterioare a biotinei. Majoritatea tulpinilor necesită, de asemenea, pantotenat pentru o creștere completă. În general, S. cerevisiae este prototrofă pentru vitamine.

Împerecherea

Împerecherea Saccharomyces cerevisiae tip a cu o bombă celulară numită shmoo ca răspuns la factorul α
Articol principal: Împerecherea drojdiei

Drojdia are două tipuri de împerechere, a și α ( alfa ), care prezintă aspecte primitive ale diferențierii de sex. La fel ca în multe alte eucariote, împerecherea duce la recombinare genetică , adică la producerea de noi combinații de cromozomi. Două celule de drojdie haploide de tip opus împerechere se pot împerechea pentru a forma celule diploide care se pot sporul pentru a forma o altă generație de celule haploide sau pot continua să existe ca celule diploide. Împerecherea a fost exploatată de biologi ca instrument pentru a combina gene, plasmide sau proteine ​​după bunul plac.

Calea de împerechere utilizează un receptor cuplat cu proteina G , proteina G , RGS de proteine , și trei niveluri MAPK cascada de semnalizare care este omolog cu cele găsite la oameni. Această caracteristică a fost exploatată de biologi pentru a investiga mecanismele de bază ale transducției și desensibilizării semnalului .

Ciclul celulei

Creșterea drojdiei este sincronizată cu creșterea mugurelui , care atinge dimensiunea celulei mature până când se separă de celula părinte. În culturile de drojdie bine hrănite, cu creștere rapidă , toate celulele au muguri, deoarece formarea mugurilor ocupă întregul ciclu celular . Atât celulele mamă, cât și fiica pot iniția formarea mugurilor înainte de separarea celulelor. În culturile de drojdie care cresc mai lent, celulele lipsite de muguri pot fi văzute, iar formarea mugurilor ocupă doar o parte a ciclului celular.

Citokinezie

Citokineza permite ca Saccharomyces cerevisiae să se împartă în două celule fiice. S. cerevisiae formează un mugur care poate crește de-a lungul ciclului său celular și mai târziu își părăsește celula mamă când mitoza sa încheiat.

S. cerevisiae este relevantă pentru studiile ciclului celular, deoarece se împarte asimetric prin utilizarea unei celule polarizate pentru a face două fiice cu destine și dimensiuni diferite. În mod similar, celulele stem utilizează diviziune asimetrică pentru auto-reînnoire și diferențiere.

Sincronizare

Pentru multe celule, faza M nu se întâmplă până când faza S nu este completă. Cu toate acestea, pentru intrarea în mitoză în S. cerevisiae acest lucru nu este adevărat. Citokineza începe cu procesul de înmugurire la sfârșitul G1 și nu este finalizată până la jumătatea ciclului următor. Asamblarea fusului poate avea loc înainte ca faza S să termine duplicarea cromozomilor. În plus, există o lipsă de G2 clar definit între M și S. Astfel, există o lipsă de reglementare extinsă prezentă în eucariotele superioare.

Când fiica apare, fiica are două treimi din mărimea mamei. Pe tot parcursul procesului, mama afișează mici sau deloc modificări de dimensiune. Calea RAM este activată în celula fiică imediat după ce citokineza este completă. Această cale asigură faptul că fiica s-a separat corect.

Inelul de actomiozină și formarea septului primar

Două evenimente interdependente conduc citokineza în S. cerevisiae . Primul eveniment este constricția inelului de actomiozină contractilă (RAM) și al doilea eveniment este formarea septului primar (PS), o structură a peretelui celular chitinos care se poate forma numai în timpul citokinezei. PS seamănă la animale cu procesul de remodelare a matricei extracelulare. Când RAM se constrânge, PS începe să crească. Întreruperea AMR dezorientează PS, sugerând că ambele au un rol dependent. În plus, perturbarea PS duce, de asemenea, la perturbări ale RAM, sugerând că atât inelul de actomiozină, cât și septul primar au o relație interdependentă.

RAM, care este atașată la membrana celulară cu fața către citosol, constă din molecule de actină și miozină II care coordonează celulele pentru a se împărți. Se crede că inelul joacă un rol important în pătrunderea membranei plasmatice ca forță contractilă.

Coordonarea corectă și asamblarea pozițională corectă a inelului contractil depinde de septine, care este precursorul inelului septului. Aceste GTPaze asamblează complexe cu alte proteine. Septinele formează un inel la locul în care mugurele va fi creat în timpul G1 târziu. Ele ajută la promovarea formării inelului actină-miozină, deși acest mecanism este necunoscut. Se sugerează că acestea ajută la furnizarea suportului structural pentru alte procese necesare de citokinezie. După ce apare un mugur, inelul de septină formează o clepsidră. Clepsidra septinei și inelul miozinei împreună sunt începutul viitorului sit al diviziunii.

Complexul septin și AMR progresează pentru a forma septul primar format din glucani și alte molecule chitinoase trimise de vezicule din corpul Golgi. După ce constricția AMR este completă, două septuri secundare sunt formate din glucani. Modul în care inelul AMR se dizolvă rămâne puțin cunoscut.

Microtubulii nu joacă un rol la fel de semnificativ în citokineză în comparație cu RAM și sept. Întreruperea microtubulilor nu a afectat semnificativ creșterea polarizată. Astfel, RAM și formarea septului sunt principalii factori motori ai citokinezei.

Diferențe față de drojdia de fisiune
  • Drojdia înflorită formează un mugur din celula mamă. Acest mugur crește în timpul ciclului celular și se desprinde; drojdia de fisiune se divide prin formarea unui perete celular
  • Citokineza începe de la G1 pentru drojdia înflorită, în timp ce citokineza începe de la G2 pentru drojdia de fisiune. Drojdia de fisiune „selectează” punctul de mijloc, în timp ce drojdia în devenire „selectează” un loc de muguri
  • În timpul anafazei timpurii, inelul de actomiozină și septul continuă să se dezvolte în drojdia în curs de dezvoltare, în drojdia de fisiune în timpul metafazei-anafaza, inelul de actomioză începe să se dezvolte

În cercetarea biologică

Organism model

S. cerevisiae , imagine diferențială a contrastului de interferență
Saccharomyces cerevisiae
Căpușele numerotate sunt la distanță de 11 micrometri.

Când cercetătorii caută un organism de utilizat în studiile lor, ei caută mai multe trăsături. Printre acestea se numără mărimea, timpul de generare, accesibilitatea, manipularea, genetică, conservarea mecanismelor și potențialul beneficiu economic. Speciile de drojdie S. pombe și S. cerevisiae sunt ambele bine studiate; aceste două specii au divergut cu aproximativ 600 până la 300 de milioane de ani în urmă și sunt instrumente semnificative în studiul deteriorării ADN și a mecanismelor de reparare .

S. cerevisiae s- a dezvoltat ca un model model, deoarece scorează favorabil pe o serie de criterii.

  • Ca un organism unicelular, S. cerevisiae este mic, cu un timp de generație scurt (timp de dublare 1,25-2 ore la 30 ° C sau 86 ° F) și poate fi ușor cultivat . Toate acestea sunt caracteristici pozitive în sensul că permit producția și întreținerea rapidă a mai multor linii de eșantioane la un cost redus.
  • S. cerevisiae se împarte cu meioză, permițându-i să fie un candidat pentru cercetarea genetică sexuală.
  • S. cerevisiae poate fi transformată permițând fie adăugarea de gene noi, fie ștergerea prin recombinare omoloagă . Mai mult, capacitatea de a crește S. cerevisiae ca haploid simplifică crearea de tulpini knockout genetice .
  • Ca eucariot , S. cerevisiae împărtășește structura complexă a celulelor interne a plantelor și animalelor fără procentul ridicat de ADN necodificator care poate confunda cercetarea în eucariote superioare .
  • Cercetarea S. cerevisiae este un puternic motor economic, cel puțin inițial, ca urmare a utilizării sale stabilite în industrie.

În studiul îmbătrânirii

De mai bine de cinci decenii, S. cerevisiae a fost studiat ca un organism model pentru a înțelege mai bine îmbătrânirea și a contribuit la identificarea mai multor gene de mamifere care afectează îmbătrânirea decât orice alt organism model. Unele dintre subiectele studiate folosind drojdia sunt restricțiile calorice , precum și în genele și căile celulare implicate în senescență . Cele mai comune două metode de măsurare a îmbătrânirii în drojdie sunt Replicative Life Span (RLS), care măsoară de câte ori se divizează o celulă, și Chronological Life Span (CLS), care măsoară cât timp o celulă poate supraviețui într-o stază care nu se împarte stat. S-a demonstrat că limitarea cantității de glucoză sau aminoacizi în mediul de creștere crește RLS și CLS în drojdie, precum și în alte organisme. La început, s-a crezut că aceasta crește RLS prin reglarea în sus a enzimei sir2, totuși s-a descoperit mai târziu că acest efect este independent de sir2 . S-a demonstrat că supraexprimarea genelor sir2 și fob1 crește RLS prin prevenirea acumulării de cercuri de ADNr extracromozomiale , despre care se crede că sunt una dintre cauzele senescenței în drojdie. Efectele restricției alimentare pot fi rezultatul unei semnalizări scăzute în calea celulară TOR. Această cale modulează răspunsul celulei la nutrienți și s-a constatat că mutațiile care scad activitatea TOR cresc creșterea CLS și RLS. Acest lucru s-a dovedit a fi și cazul altor animale. Un mutant de drojdie lipsit de genele sch9 și ras2 s-a dovedit recent că are o creștere de zece ori a duratei de viață cronologică în condiții de restricție calorică și este cea mai mare creștere realizată în orice organism.

Celulele mamă dau naștere la muguri descendenți prin diviziuni mitotice, dar suferă o îmbătrânire replicativă de-a lungul generațiilor succesive și în cele din urmă mor. Cu toate acestea, atunci când o celulă mamă suferă meioză și gametogeneză , durata de viață este resetată. Potențialul replicativ al gametilor ( sporilor ) formați din celulele în vârstă este același cu gametii formați din celulele tinere, indicând faptul că daunele asociate vârstei sunt eliminate prin meioză din celulele mame în vârstă. Această observație sugerează că în timpul meiozei îndepărtarea daunelor asociate vârstei duce la întinerire . Cu toate acestea, natura acestor daune rămâne de stabilit.

În timpul înfometării celulelor S. cerevisiae care nu se reproduc , speciile reactive de oxigen cresc, ducând la acumularea de daune ADN, cum ar fi siturile apurinice / apirimidinice și pauzele dublu-catenare. De asemenea, în celulele care nu replică, capacitatea de a repara rupturile endogene de dublu fir scade în timpul îmbătrânirii cronologice .

Meioză, recombinare și repararea ADN-ului

S. cerevisiae se reproduce prin mitoză ca celule diploide atunci când nutrienții sunt abundenți. Cu toate acestea, când sunt înfometați, aceste celule suferă meioză pentru a forma spori haploizi.

Dovezile din studiile asupra S. cerevisiae poartă asupra funcției adaptative a meiozei și a recombinării . Mutațiile defecte ale genelor esențiale pentru recombinarea meiotică și mitotică în S. cerevisiae determină o sensibilitate crescută la radiații sau substanțe chimice dăunătoare ADN-ului . De exemplu, gena rad52 este necesară atât pentru recombinarea meiotică, cât și pentru recombinarea mitotică. Mutanții Rad52 au o sensibilitate crescută la uciderea prin raze X , metansulfonat de metil și agentul de reticulare ADN 8-metoxipsoralen-plus-UVA și prezintă o recombinare meiotică redusă. Aceste descoperiri sugerează că repararea recombinării în timpul meiozei și mitozei este necesară pentru repararea diferitelor daune cauzate de acești agenți.

Ruderfer și colab. (2006) au analizat ascendența tulpinilor naturale de S. cerevisiae și au ajuns la concluzia că încrucișarea are loc doar aproximativ o dată la 50.000 de divizii celulare. Astfel, se pare că, în natură, împerecherea este probabil cel mai adesea între celulele de drojdie strâns legate. Împerecherea are loc atunci când celulele haploide de tip opus MATa și MATα intră în contact. Ruderfer și colab. a subliniat că astfel de contacte sunt frecvente între celulele de drojdie strâns legate, din două motive. Primul este că celulele de tip opus împerechere sunt prezente împreună în același asc , sacul care conține celulele produse direct de o singură meioză, iar aceste celule se pot împerechea între ele. Al doilea motiv este că celulele haploide de un tip de împerechere, la divizarea celulelor, produc adesea celule de tipul de împerechere opus cu care se pot împerechea. Raritatea relativă în natură a evenimentelor meiotice care rezultă din încrucișare este incompatibilă cu ideea că producția de variație genetică este principala forță selectivă care menține meioza în acest organism. Cu toate acestea, această constatare este în concordanță cu ideea alternativă că principala forță selectivă care menține meioza este îmbunătățirea reparării recombinaționale a deteriorării ADN-ului, deoarece acest beneficiu se realizează în timpul fiecărei meioze, indiferent dacă are loc sau nu o trecere.

Secvențierea genomului

S. cerevisiae a fost primul genom eucariot care a fost complet secvențiat. Secvența genomului a fost lansată în domeniul public pe 24 aprilie 1996. De atunci, actualizările regulate au fost menținute la baza de date a genomului Saccharomyces . Această bază de date este o bază de date extrem de adnotată și cu referințe încrucișate pentru cercetătorii în drojdii. O altă bază de date importantă pentru S. cerevisiae este menținută de Centrul de informații din München pentru secvențe de proteine ​​(MIPS). S. cerevisiae genomului este compus din aproximativ 12156677 de perechi de baze și 6.275 de gene , organizate pe 16 cromozomi compact. Se crede că doar aproximativ 5800 dintre aceste gene sunt funcționale. Se estimează că cel puțin 31% din genele de drojdie au omologi în genomul uman. Genele drojdiei sunt clasificate folosind simboluri genetice (cum ar fi sch9) sau nume sistematice. În acest din urmă caz, cei 16 cromozomi ai drojdiei sunt reprezentați de literele de la A la P, apoi gena este clasificată în continuare printr-un număr de secvență pe brațul stâng sau drept al cromozomului și o literă care arată care dintre cele două fire ADN conține secvența de codificare.

Denumiri genetice sistematice pentru drojdia Baker
Exemplu de nume de genă YGL118W
Da Y indică faptul că aceasta este o genă de drojdie
G cromozomul pe care se află gena (cromozomul 1 = A etc.)
L brațul stâng sau drept al cromozomului
118 numărul secvenței genei / ORF pe acest braț, începând de la centromer
W dacă secvența de codare se află pe firul Watson sau Crick

Exemple:

  • YBR134C (aka SUP45 care codifică eRF1 , un factor de terminare a traducerii) este situat pe brațul drept al cromozomului 2 și este al 134-lea cadru de lectură deschis (ORF) pe acel braț, începând de la centromer. Secvența de codare se află pe firul Crick al ADN-ului.
  • YDL102W (aka POL3 care codifică o subunitate de ADN polimerază delta ) este situat pe brațul stâng al cromozomului 4; este al 102-lea ORF din centromer și coduri din firul Watson al ADN-ului.

Funcția și interacțiunile genetice

Disponibilitatea secvenței genomului S. cerevisiae și a unui set de mutanți de deleție care acoperă 90% din genomul drojdiei a sporit și mai mult puterea S. cerevisiae ca model pentru înțelegerea reglării celulelor eucariote. Un proiect în desfășurare pentru a analiza interacțiunile genetice ale tuturor mutanților cu dublă deleție prin analiza sintetică a matricei genetice va face această cercetare cu un pas mai departe. Scopul este de a forma o hartă funcțională a proceselor celulei.

Începând cu 2010, un model de interacțiuni genetice este cel mai cuprinzător încă de construit, conținând „profilurile de interacțiune pentru ~ 75% din toate genele din drojdia înmugurită”. Acest model a fost realizat din 5,4 milioane de comparații cu două gene, în care a fost efectuată o eliminare dublă a genei pentru fiecare combinație de gene studiate. Efectul dublu knock-out asupra fitnessului celulei a fost comparat cu fitnessul așteptat. Starea fizică așteptată este determinată din suma rezultatelor privind starea fizică a eliminărilor cu o singură genă pentru fiecare genă comparată. Atunci când există o schimbare a condiției fizice față de ceea ce este de așteptat, se presupune că genele interacționează între ele. Acest lucru a fost testat prin compararea rezultatelor cu ceea ce se știa anterior. De exemplu, genele Par32, Ecm30 și Ubp15 au avut profiluri de interacțiune similare cu genele implicate în procesul celular al modulului de sortare Gap1. În concordanță cu rezultatele, aceste gene, atunci când au fost eliminate, au întrerupt procesul, confirmând că fac parte din acesta.

Din aceasta, au fost găsite 170.000 de interacțiuni genetice și gene cu modele de interacțiune similare au fost grupate împreună. Genele cu profiluri similare de interacțiune genetică tind să facă parte din aceeași cale sau proces biologic. Aceste informații au fost folosite pentru a construi o rețea globală de interacțiuni genetice organizate în funcție de funcție. Această rețea poate fi utilizată pentru a prezice funcția genelor necaracterizate pe baza funcțiilor genelor cu care sunt grupate.

Alte instrumente în cercetarea drojdiei

Abordări care pot fi aplicate în multe domenii diferite ale științei biologice și medicinale au fost dezvoltate de oamenii de știință de drojdie. Acestea includ drojdia cu doi hibrizi pentru studierea interacțiunilor proteice și analiza tetradă . Alte resurse includ o bibliotecă de ștergere a genelor, incluzând ~ 4.700 tulpini viabile de ștergere a unei singure gene. O bibliotecă de tulpini de fuziune GFP folosită pentru a studia localizarea proteinelor și o bibliotecă de etichete TAP folosită pentru purificarea proteinelor din extracte de celule de drojdie.

Proiectul de ștergere a drojdiei de la Universitatea Stanford a creat mutații knockout ale fiecărei gene din genomul S. cerevisiae pentru a determina funcția lor.

Cromozomi și genomi sintetici de drojdie

Genomul drojdiei este extrem de accesibil manipulării, prin urmare este un model excelent pentru ingineria genomului.

Proiectul internațional Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0 sau Saccharomyces cerevisiae versiunea 2.0 ) își propune să construiască de la zero un genom S. cerevisiae sintetic personalizabil, personalizabil, care este mai stabil decât tipul sălbatic. În genomul sintetic, toți transpozonii , elementele repetitive și mulți introni sunt îndepărtați, toți codonii de oprire UAG sunt înlocuiți cu UAA și genele ARN de transfer sunt mutate într-un nou neocromozom . Din martie 2017, 6 din cei 16 cromozomi au fost sintetizați și testați. Nu s-au găsit defecte de fitness semnificative.

Toți cei 16 cromozomi pot fi fuzionați într-un singur cromozom prin fuziuni succesive de capăt la capăt și prin ștergeri de centromeri . Celulele cu un singur cromozom și drojdie de tip sălbatic au transcriptomi aproape identici și fenotipuri similare. Cromozomul gigant poate sprijini viața celulară, deși această tulpină prezintă o creștere redusă în medii, competitivitate, producție de gamete și viabilitate.

Astrobiologie

Printre alte microorganisme, un eșantion de S. cerevisiae vie a fost inclus în Experimentul de zbor interplanetar viu , care ar fi finalizat o călătorie interplanetară de trei ani într-o mică capsulă la bordul navei spațiale rusești Fobos-Grunt , lansat la sfârșitul anului 2011. Scopul a fost de a testa dacă organismele selectate pot supraviețui câțiva ani în spațiul adânc prin zborul lor prin spațiul interplanetar. Experimentul ar fi testat un aspect al transpermiei , ipoteza că viața ar putea supraviețui călătoriei spațiale, dacă ar fi protejată în interiorul rocilor aruncate de impactul de pe o planetă pentru a ateriza pe alta. Cu toate acestea, misiunea lui Fobos-Grunt s-a încheiat fără succes, când nu a reușit să scape de orbita inferioară a Pământului. Nava spațială împreună cu instrumentele sale au căzut în Oceanul Pacific într-o reintrare necontrolată pe 15 ianuarie 2012. Următoarea misiune de expunere planificată în spațiul adânc cu S. cerevisiae este BioSentinel . (a se vedea: Lista microorganismelor testate în spațiul cosmic )

În aplicații comerciale

Fabricarea berii

Informații suplimentare: Drojdia în vinificație

Saccharomyces cerevisiae este utilizat la fabricarea berii, când este uneori numită drojdie cu fermentare superioară sau cu culturi superioare. Se numește așa deoarece în timpul procesului de fermentație suprafața sa hidrofobă face ca flocurile să adere la CO 2 și să se ridice la vârful vasului de fermentare. Drojdiile cu fermentare superioară sunt fermentate la temperaturi mai ridicate decât drojdia lager Saccharomyces pastorianus , iar berile rezultate au o aromă diferită de aceeași băutură fermentată cu o drojdie lager. Se pot forma "esteri de fructe" dacă drojdia suferă temperaturi de aproape 21 ° C (70 ° F) sau dacă temperatura de fermentație a băuturii fluctuează în timpul procesului. Drojdia Lager fermentează în mod normal la o temperatură de aproximativ 5 ° C (41 ° F), unde Saccharomyces cerevisiae devine inactivă. O variantă de drojdie cunoscută sub numele de Saccharomyces cerevisiae var. diastaticus este un spoiler de bere care poate provoca fermentații secundare în produsele ambalate.

În luna mai 2013, Oregon , legiuitorul a făcut S. cerevisiae oficial microbul de stat în semn de recunoaștere a impactului berii ambarcațiuni de bere a avut asupra economiei de stat și identitatea statului.

Coacere

Articol principal: Drojdia de panificație

S. cerevisiae se utilizează la coacere; dioxidul de carbon generat de fermentație este utilizat ca agent de dospire în pâine și alte produse de panificație. Punct de vedere istoric, această utilizare a fost strâns legată de utilizarea de drojdie industria berii, astfel cum a produselor de panificație și a luat sau cumpărat dosnică sau spuma umplute cu drojdie de la fabricarea berii bere de la fabricile de bere ( care produc tort dosnică ); astăzi, tulpinile de drojdie de fabricare și coacere sunt oarecum diferite.

Drojdie nutrițională

Articol principal: Drojdie nutrițională

Saccharomyces cerevisiae este principala sursă de drojdie nutrițională, care este vândută comercial ca produs alimentar. Este popular printre vegani și vegetarieni ca ingredient în înlocuitori de brânză sau ca aditiv alimentar general ca sursă de vitamine și minerale, în special aminoacizi și vitamine din complexul B.

Utilizări în acvarii

Datorită costului ridicat al CO comerciale 2 sisteme de cilindri, CO 2 injecție de drojdie este una dintre cele mai populare DIY abordări urmate de acvacultorilor pentru furnizarea de CO 2 pentru subacvatice plante acvatice. Cultura drojdiei este, în general, menținută în sticle de plastic, iar sistemele tipice asigură un balon la fiecare 3-7 secunde. Au fost concepute diverse abordări pentru a permite absorbția adecvată a gazului în apă.

Utilizarea directă în medicină

Saccharomyces cerevisiae este utilizat ca probiotic la om și animale. În special, o tulpină Saccharomyces cerevisiae var. boulardii este fabricat industrial și utilizat clinic ca medicament.

Mai multe studii clinice și experimentale au arătat că Saccharomyces cerevisiae var. boulardii este, într-o măsură mai mică sau mai mare, utilă pentru prevenirea sau tratamentul mai multor boli gastro-intestinale. S-au prezentat dovezi de calitate moderată Saccharomyces cerevisiae var. boulardii pentru a reduce riscul de diaree asociată cu antibiotice atât la adulți, cât și la copii și pentru a reduce riscul de efecte adverse ale terapiei de eradicare a Helicobacter pylori . De asemenea, unele dovezi limitate susțin eficacitatea Saccharomyces cerevisiae var. boulardii în prevenirea (dar nu tratamentul) diareei călătorului și, cel puțin ca medicament adjuvant, în tratamentul diareei acute la adulți și copii și a diareei persistente la copii. De asemenea, poate reduce simptomele rinitei alergice.

Administrarea S. cerevisiae var. boulardii este considerat în general sigur. În studiile clinice, aceasta a fost bine tolerată de pacienți, iar rata efectelor adverse a fost similară cu cea din grupurile de control (adică grupurile cu placebo sau fără tratament). Niciun caz de S. cerevisiae var. fungemia boulardii a fost raportată în timpul studiilor clinice.

În practica clinică însă, cazurile de fungemie , cauzate de Saccharomyces cerevisiae var. boulardii sunt raportate. Pacienții cu imunitate compromisă sau cei cu catetere vasculare centrale prezintă un risc special. Unii cercetători au recomandat să nu se utilizeze Saccharomyces cerevisiae var. boulardii pentru tratamentul acestor pacienți. Alții sugerează doar că trebuie administrată prudență cu utilizarea acesteia la pacienții cu grup de risc.

Un agent patogen uman

Saccharomyces cerevisiae s-a dovedit a fi un agent patogen uman oportunist , deși de virulență relativ scăzută . În ciuda utilizării pe scară largă a acestui microorganism acasă și în industrie, contactul cu acesta duce foarte rar la infecție. Saccharomyces cerevisiae a fost găsit în piele, cavitatea bucală, orofaringe, mucoasa duodenală, tractul digestiv și vaginul oamenilor sănătoși (o analiză a constatat că a fost raportată pentru 6% din probele din intestinul uman). Unii specialiști consideră că S. cerevisiae este o parte a microbiotei normale a tractului gastrointestinal, a căilor respiratorii și a vaginului oamenilor, în timp ce alții consideră că specia nu poate fi numită un adevărat comensal deoarece provine din alimente. Prezența S. cerevisiae în sistemul digestiv uman poate fi destul de tranzitorie; de exemplu, experimentele arată că, în cazul administrării orale la indivizi sănătoși, este eliminat din intestin în termen de 5 zile de la sfârșitul administrării.

În anumite circumstanțe, cum ar fi imunitatea degradată , Saccharomyces cerevisiae poate provoca infecții la om. Studiile arată că aceasta determină 0,45-1,06% din cazurile de vaginită indusă de drojdie . În unele cazuri, femeile care sufereau de infecție vaginală indusă de S. cerevisiae erau partenere intime ale brutarilor, iar tulpina s-a dovedit a fi aceeași pe care o foloseau partenerii lor pentru coacere . Începând din 1999, în literatura științifică nu s-au raportat cazuri de vaginită indusă de S. cerevisiae la femei, care lucrau la brutărie. Unele cazuri au fost legate de cercetători de utilizarea drojdiei la coacerea la domiciliu. Sunt cunoscute și cazurile de infecție a cavității bucale și a faringelui cauzate de S. cerevisiae .

Infecții invazive și sistemice

Ocazional, Saccharomyces cerevisiae provoacă infecții invazive (adică pătrunde în fluxul sanguin sau în alt lichid normal al corpului steril sau într-un țesut adânc, cum ar fi plămânii , ficatul sau splina ) care pot deveni sistemice (implicând mai multe organe). Astfel de condiții pun viața în pericol. Mai mult de 30% din cazurile de infecții invazive cu S. cerevisiae duc la moarte chiar dacă sunt tratate. Cu toate acestea, infecțiile invazive cu S. cerevisiae sunt mult mai rare decât infecțiile invazive cauzate de Candida albicans chiar și la pacienții slăbiți de cancer. S. cerevisiae cauzează 1% până la 3,6% cazuri nosocomiale de fungemie . O analiză cuprinzătoare a cazurilor de infecție invazivă cu S. cerevisiae a constatat că toți pacienții au cel puțin o afecțiune predispozantă.

Saccharomyces cerevisiae poate pătrunde în fluxul sanguin sau ajunge în alte zone profunde ale corpului prin translocație din mucoasa orală sau enterală sau prin contaminarea cateterelor intravasculare (de exemplu, catetere venoase centrale ). Cateterele intravasculare, terapia cu antibiotice și imunitatea compromisă sunt factori predispozanți majori pentru infecția invazivă cu S. cerevisiae .

O serie de cazuri de fungemie au fost cauzate de ingestia intenționată a culturilor vii de S. cerevisiae din motive dietetice sau terapeutice, inclusiv utilizarea Saccharomyces boulardii (o tulpină de S. cerevisiae care este utilizată ca probiotic pentru tratamentul anumitor forme de diaree ). Saccharomices boulardii cauzează aproximativ 40% cazuri de infecții invazive cu Saccharomyces și este mai probabil (în comparație cu alte tulpini de S. cerevisiae ) de a provoca infecții invazive la om fără probleme generale de imunitate, deși un astfel de efect advers este foarte rar în raport cu administrarea terapeutică a Saccharomices boulardii .

S. boulardii poate contamina cateterele intravasculare prin mâinile personalului medical implicat în administrarea preparatelor probiotice de S. boulardii pacienților.

Infecția sistemică apare de obicei la pacienții care au imunitatea compromisă din cauza unor boli severe ( HIV / SIDA , leucemie , alte forme de cancer ) sau a anumitor proceduri medicale ( transplant de măduvă osoasă , intervenții chirurgicale abdominale ).

Un caz a fost raportat atunci când un nodul a fost excizat chirurgical dintr-un plămân al unui bărbat angajat în industria de panificație, iar examinarea țesutului a relevat prezența Saccharomyces cerevisiae . Inhalarea pulberii uscate de drojdie de copt ar trebui să fie sursa infecției în acest caz.

Virulența diferitelor tulpini

Statuia Saccharomyces cerevisiae ( Hustopeče , Republica Cehă )

Nu toate tulpinile de Saccharomyces cerevisiae sunt la fel de virulente față de oameni. Majoritatea tulpinilor de mediu nu sunt capabile să crească la temperaturi peste 35 ° C (adică la temperaturi ale corpului viu al oamenilor și al altor mamifere ). Cu toate acestea, tulpinile virulente sunt capabile să crească cel puțin peste 37 ° C și adesea până la 39 ° C (rar până la 42 ° C). Unele tulpini industriale sunt, de asemenea, capabile să crească peste 37 ° C. Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (începând cu 2017) impune ca toate tulpinile de S. cerevisiae capabile să crească peste 37 ° C care sunt adăugate în lanțul alimentar sau furajer într-o formă viabilă trebuie, ca să fie calificate, probabil sigure, să nu prezinte nicio rezistență la medicamente antimicotice. utilizat pentru tratamentul infecțiilor cu drojdie.

Capacitatea de a crește la temperaturi ridicate este un factor important pentru virulența tulpinii, dar nu singurul.

Alte trăsături despre care se crede că sunt asociate cu virulența sunt: ​​capacitatea de a produce anumite enzime precum proteinaza și fosfolipaza , creșterea invazivă (adică creșterea cu intruziune în mediul nutritiv), capacitatea de a adera la celulele mamiferelor, capacitatea de a supraviețui în prezență de peroxid de hidrogen (care este utilizat de macrofage pentru a ucide microorganismele străine din organism) și alte abilități care permit drojdiei să reziste sau să influențeze răspunsul imun al corpului gazdă. Abilitatea de a forma lanțuri ramificate de celule, cunoscute sub numele de pseudohiphee , se spune, de asemenea, că este asociată cu virulența, deși unele cercetări sugerează că această trăsătură poate fi comună atât tulpinilor virulente, cât și celor non-virulente ale Saccharomyces cerevisiae .

Vezi si

Referințe

Note de subsol

Citații

Lecturi suplimentare

linkuri externe