bager eller spirende gær (Saccharomyces cerevisiae) har længe været en populær modelorganisme til grundlæggende biologisk forskning. I laboratoriet er det let at manipulere, kan klare en lang række miljøforhold og styrer celledeling på samme måde som vores celler. I 1996 var det den første eukaryote organisme, der fik sit genom sekventeret.
gær var den første eukaryote organisme, der fik sit genom sekventeret.
Men siden bagergær blev opdaget, har andre gær vist sig at have lige så nyttige egenskaber.
Gærkromosomer deler en række vigtige træk med menneskelige kromosomer.
Fissionsgær (schisosaccharomyces pombe) er blevet et populært system til undersøgelse af cellevækst og opdeling. Det er nyttigt dels fordi det er let og billigt at dyrke i laboratoriet, men også fordi dets celler har en regelmæssig størrelse og kun vokser i længden, hvilket gør det meget enkelt at registrere cellevækst. Fission gærkromosomer deler en række vigtige træk med menneskelige kromosomer, hvilket gør organismen til en meget nyttig model inden for human genetik. S. pombe genomsekvens blev offentliggjort i 2002.
Fission gær
Billedkredit: David O ‘ Morgan (cellecyklussen. Principper for kontrol.), via Commons
hvordan er mennesker og gær ens?
Et vigtigt træk ved disse gær, der gør dem til sådanne nyttige organismer til at studere biologiske processer hos mennesker, er, at deres celler, som vores, har en kerne indeholdende DNA pakket i kromosomer.
de fleste metaboliske og cellulære veje menes at forekomme hos mennesker, kan undersøges i gær. For eksempel, studere signalering proteiner i gær har avanceret vores forståelse af hjernen og nervesystemet udvikling.
gærceller deler sig på samme måde som vores egne celler. Faktisk har det vist sig, at mange af de gener, der arbejder for at regulere celledeling i gær, har ækvivalenter, der styrer celledeling i højere organismer, herunder mennesker.
S. cerevisiae-og S. pombe-gærgenomerne har lidt over 12 millioner basepar.
både S. cerevisiae og S. pombe gærgenomer har lidt over 12 millioner basepar. S. cerevisiae har omkring 6.000 gener, mens S. pombe har lidt over 5.000. Mindst 20 procent af humane gener, der vides at have en rolle i sygdom, har funktionelle ækvivalenter i gær. Dette har vist, at mange menneskelige sygdomme skyldes forstyrrelsen af meget basale cellulære processer, såsom DNA-reparation, celledeling, kontrol af genekspression og interaktionen mellem gener og miljø.
det betyder også, at gær kan bruges til at undersøge human genetik og til at teste nye lægemidler. Tusindvis af lægemidler kan testes på gærceller, der indeholder den funktionelle ækvivalent af muterede humane gener for at se, om stofferne kan genoprette normal funktion. Disse forbindelser, eller molekyler som dem, kan så være mulige behandlinger hos mennesker. Selvom det er vigtigt at sige, at dette ikke er tilfældet for alle stoffer, så der er en stærk begrundelse for at bruge andre modelorganismer såvel som gær i lægemiddeludvikling.
Gærstudier
mellem 2001 og 2013 blev fire Nobelpriser tildelt for opdagelser, der involverede gærforskning.
gær er en stærk modelorganisme, der har muliggjort en bedre forståelse af menneskelig biologi og sygdom. Mellem 2001 og 2013 blev der tildelt fire Nobelpriser for opdagelser, der involverede gærforskning, et imponerende antal for en enkelt organisme.
genomet af S. cerevisiae-gær blev offentliggjort i 1996 og S. pombe-sekvensen i 2002. Som et resultat er der iværksat projekter for at bestemme funktionerne for alle generne i disse genomer. Et sådant projekt, Saccharomyces Genome Deletion Project, havde til formål at producere mutante stammer af gær, hvor hver af de 6.000 gener i gær er muteret. Fra dette blev det håbet, at den nøjagtige funktion af hvert gen kunne identificeres.
Saccharomyces cerevisiae under DIC mikroskopi
Billedkredit: Masur-eget arbejde. Commons
andre projekter ser på at fremhæve de forskellige proteininteraktioner, der forekommer i gærceller for at identificere potentielle mål for nye lægemidler.
gær, cellecyklus og kræft
i løbet af de sidste par årtier har forskere arbejdet hårdt for at identificere alle de mutationer, der forårsager kræft hos mennesker. Mange af de mutationer, der hidtil er fundet, er i gener involveret på en eller anden måde med celledeling og DNA-replikation. I mange tilfælde er disse mutationer blevet fundet i andre arter, som gær, før deres relevans i human cancer blev realiseret.
i 2001 delte Leland, Paul Nurse og Tim Hunt Nobelprisen for at etablere forskellige geners rolle i kontrol af celledeling.
i 2001 delte tre forskere Nobelprisen for deres uafhængige arbejde med at etablere forskellige geners rolle i at kontrollere cellecyklussen og undersøge forbindelsen mellem cellecyklussen i gær og den hos mennesker. Disse tre forskere var Leland, Paul Nurse og Tim Hunt.
biolog Leland Hartvel var en af de første forskere, der opdagede nogle af de mutationer, der var involveret i kræft. Han besluttede, at han ville have en enkel, encellet, let manipuleret organisme som et modelsystem til undersøgelse af kræft og kontrol med celledeling. S. cerevisiae gær passede kriterierne perfekt. Gennem sit arbejde fandt han, at de gener, der var involveret i ‘celledelingscyklus’ (CDC) i S. cerevisiae-gær, også blev fundet i mere eller mindre samme kapacitet hos mennesker. I løbet af sin karriere fortsatte Leland med at identificere mere end 100 gener involveret i kontrollen af celledeling. Han fandt, at i kræftceller begynder muterede gener, der normalt stimulerer celledeling, at virke som acceleratorer, der sidder fast i en bil. I mellemtiden fandt han, at muterede gener, der normalt er ansvarlige for at undertrykke celledeling, holder op med at arbejde, ligesom funktionssvigt bremser.
Paul Nurse fulgte Lelands eksempel, men denne gang brugte S. pombe gær til at undersøge kontrollen med celledeling. I midten af 1970 ‘ erne opdagede han et gen I S. pombe-gær kaldet cdc2 og fandt ud af, at det havde en nøglerolle i styringen af celledeling. I 1987 fandt han derefter det tilsvarende gen hos mennesker, som senere fik navnet Cdk1. Dette førte derefter til opdagelsen af andre CDK-molekyler involveret i styring af celledeling hos mennesker.
i begyndelsen af 1980 ‘ erne, mens han studerede søpindsvin, opdagede Tim Hunt cyclin, et protein dannet og derefter nedbrudt under hver celledeling. Det blev fundet, at cykliner binder til CDK-molekylerne, opdaget af Paul Nurse, og tænder dem under kontrol af celledeling. Han viste også, at disse cykliner nedbrydes ved hver celledeling, en mekanisme viste sig at være af stor betydning for at kontrollere processen.
opdagelserne af Leland Hartvels, Paul Nurse, Tim Hunt og andre, der bruger gær som modelorganisme, har bidraget væsentligt til dannelsen af et universelt syn på, hvordan celledeling styres i eukaryote celler. Denne forståelse har haft brede anvendelser inden for en række forskellige områder inden for biologi, herunder forebyggelse, diagnose og behandling af kræft.
Fra venstre mod højre: Paul Nurse og Tim Hunt.
Billedkreditter: Fred Hutch (til venstre) og Anne-Katrin Purkiss, Velkommen billeder (Midt og højre)
gær og Parkinsons sygdom
forskning ved hjælp af S. cerevisiae som modelorganisme har givet håb til mennesker med Parkinsons sygdom. Parkinsons sygdom og andre neurodegenerative sygdomme som f.eks. Huntingtons Sygdom og Huntingtons sygdom er karakteriseret ved fejlfoldning af proteiner, hvilket resulterer i ophobning af toksiske celler i centralnervesystemet.
proteinet, som Kris-synuclein aggregerer for at danne uhyggelige kroppe, kendetegnende for tilstande som Parkinsons sygdom og demens.
cellulær opbygning af proteinet, Kurt-synuclein, er kendt for i høj grad at øge en persons risiko for at udvikle Parkinsons sygdom og viser sig også at påvirke gær. Forhøjede eller muterede former for kur-synuclein skaber kaos på vores hjerneceller. Dette protein aggregeres for at danne uhyggelige kroppe, kendetegnende for tilstande som Parkinsons sygdom og demens, og forårsager derfor større forstyrrelser i adskillige neurologiske processer. På samme måde viser S. cerevisiae-celler tegn på tegn på skade, når de er konstrueret til at producere høje niveauer af Kurt-synuclein, og deres vækst bliver langsommere.
S. cerevisiae-celler kan bruges som levende reagensglas.
ved at vide dette, har forskere været i stand til at bruge S. cerevisiae som et effektivt redskab til at karakterisere faktorer og mekanismer, der regulerer toksicitet af karrus-synuclein. S. cerevisiae-celler kan bruges som levende reagensglas til at teste funktionen af forbindelser, der kan bruges til at vende virkningerne af karrus-synuclein på hjerneceller og derfor behandle Parkinsons.
ved at bruge en levende organisme som gær kan forskere se virkningen af et lægemiddel på en hel organisme, der er blevet genetisk modificeret for at efterligne den biokemiske mekanisme for en sygdom, der findes hos mennesker.
denne side blev sidst opdateret den 2016-06-14