La levadura de panadería o en ciernes (Saccharomyces cerevisiae) ha sido durante mucho tiempo un organismo modelo popular para la investigación biológica básica. En el laboratorio es fácil de manipular, puede hacer frente a una amplia gama de condiciones ambientales y controla la división celular de una manera similar a nuestras células. En 1996, fue el primer organismo eucariótico en tener su genoma secuenciado.
La levadura fue el primer organismo eucariótico en tener su genoma secuenciado.
Sin embargo, desde que se descubrió la levadura de panadería, se ha encontrado que otras levaduras tienen propiedades igualmente útiles.
Los cromosomas de levadura comparten una serie de características importantes con los cromosomas humanos.
La levadura de fisión (Schizosaccharomyces pombe) se ha convertido en un sistema popular para estudiar el crecimiento y la división celular. Es útil en parte porque es fácil y económico de cultivar en el laboratorio, pero también porque sus células tienen un tamaño regular y crecen solo en longitud, por lo que es muy sencillo registrar el crecimiento celular. Los cromosomas de levadura de fisión comparten una serie de características importantes con los cromosomas humanos, lo que hace que el organismo sea un modelo muy útil en la genética humana. El S. la secuencia del genoma de pombe se publicó en 2002.
Levadura de fisión
Crédito de la imagen: David O’Morgan (El Ciclo Celular. Principios de Control.), a través de Wikimedia Commons
¿Cómo son similares los humanos y la levadura?
Una característica importante de estas levaduras que las convierte en organismos tan útiles para estudiar los procesos biológicos en humanos, es que sus células, como la nuestra, tienen un núcleo que contiene ADN empaquetado en cromosomas.
La mayoría de las vías metabólicas y celulares que se cree que ocurren en humanos, se pueden estudiar en levaduras. Por ejemplo, el estudio de las proteínas de señalización en la levadura ha avanzado en nuestra comprensión del desarrollo del cerebro y del sistema nervioso.
Las células de levadura se dividen de manera similar a nuestras propias células. De hecho, se ha encontrado que muchos de los genes que trabajan para regular la división celular en la levadura, tienen equivalentes que controlan la división celular en organismos superiores, incluidos los humanos.
Los genomas de levadura S. cerevisiae y S. pombe tienen poco más de 12 millones de pares de bases.
Tanto los genomas de levadura S. cerevisiae como S. pombe tienen poco más de 12 millones de pares de bases. S. cerevisiae tiene alrededor de 6.000 genes, mientras que S. pombe tiene poco más de 5.000. Al menos el 20% de los genes humanos que se sabe que tienen un papel en la enfermedad tienen equivalentes funcionales en la levadura. Esto ha demostrado que muchas enfermedades humanas son el resultado de la interrupción de procesos celulares muy básicos, como la reparación del ADN, la división celular, el control de la expresión génica y la interacción entre los genes y el medio ambiente.
También significa que la levadura se puede usar para investigar la genética humana y probar nuevos medicamentos. Se pueden probar miles de medicamentos en células de levadura que contienen el equivalente funcional de genes humanos mutados para ver si los medicamentos pueden restaurar la función normal. Estos compuestos, o moléculas como ellos, podrían ser tratamientos posibles en humanos. Sin embargo, es importante decir que este no es el caso de todos los medicamentos, por lo que hay una fuerte justificación para usar otros organismos modelo, así como levadura en el desarrollo de medicamentos.
Estudios de levadura
Entre 2001 y 2013, se otorgaron cuatro Premios Nobel por descubrimientos relacionados con la investigación de levadura.
La levadura es un poderoso organismo modelo que ha permitido comprender mejor la biología y las enfermedades humanas. Entre 2001 y 2013, se otorgaron cuatro Premios Nobel por descubrimientos relacionados con la investigación de levaduras, un número impresionante para un solo organismo.
El genoma de la levadura S. cerevisiae se publicó en 1996 y la secuencia de S. pombe en 2002. Como resultado, se han iniciado proyectos para determinar las funciones de todos los genes de estos genomas. Uno de esos proyectos, el Proyecto de Eliminación del Genoma de Saccharomyces, tenía como objetivo producir cepas mutantes de levadura en las que cada uno de los 6.000 genes de la levadura está mutado. A partir de esto se esperaba que se pudiera identificar la función precisa de cada gen.
Saccharomyces cerevisiae bajo microscopía DIC
Crédito de la imagen: Masur-Obra propia. Bajo licencia de dominio público a través de Wikimedia Commons
Otros proyectos están buscando resaltar las diferentes interacciones de proteínas que ocurren en las células de levadura para identificar objetivos potenciales para nuevos medicamentos.
La levadura, el ciclo celular y el cáncer
En las últimas décadas, los científicos han trabajado arduamente para identificar todas las mutaciones que causan cáncer en los seres humanos. Muchas de las mutaciones encontradas hasta ahora están en genes involucrados, de alguna manera, con la división celular y la replicación del ADN. En muchos casos, estas mutaciones se han encontrado en otras especies, como la levadura, antes de darse cuenta de su relevancia en el cáncer humano.
En 2001, Leland Hartwell, Paul Nurse y Tim Hunt compartieron el Premio Nobel por establecer el papel de diferentes genes en el control de la división celular.
En 2001, tres científicos compartieron el Premio Nobel por su trabajo independiente que establece el papel de diferentes genes en el control del ciclo celular e investiga el vínculo entre el ciclo celular en la levadura y el de los seres humanos. Estos tres científicos eran Leland Hartwell, Paul Nurse y Tim Hunt.
Leland Hartwell, biólogo, fue uno de los primeros científicos en descubrir algunas de las mutaciones involucradas en el cáncer. Decidió que quería un organismo simple, unicelular y fácilmente manipulable como un sistema modelo para estudiar el cáncer y el control de la división celular. S. la levadura cerevisiae se ajustaba perfectamente a los criterios. A través de su trabajo, descubrió que los genes involucrados en el «ciclo de división celular» (CDC) en la levadura S. cerevisiae, también se encontraron, en mayor o menor medida, en humanos. A lo largo de su carrera, Leland identificó más de 100 genes involucrados en el control de la división celular. Descubrió que en las células cancerosas, los genes mutados que normalmente estimulan la división celular comienzan a actuar como aceleradores atrapados en un automóvil. Mientras tanto, descubrió que los genes mutados que normalmente son responsables de suprimir la división celular dejan de funcionar, al igual que los frenos que funcionan mal.
Paul Nurse siguió el ejemplo de Leland, pero esta vez usó levadura S. pombe para explorar el control de la división celular. A mediados de la década de 1970 descubrió un gen en la levadura de S. pombe llamado cdc2 y descubrió que tenía un papel clave en el control de la división celular. En 1987 encontró el gen equivalente en humanos que más tarde se le dio el nombre de Cdk1. Esto llevó al descubrimiento de otras moléculas de CDK involucradas en el control de la división celular en humanos.
A principios de la década de 1980, mientras estudiaba erizos de mar, Tim Hunt descubrió la ciclina, una proteína que se forma y luego se descompone durante cada división celular. Se encontró que las ciclinas se unen a las moléculas de CDK, descubiertas por Paul Nurse, y las encienden durante el control de la división celular. También demostró que estas ciclinas se degradan en cada división celular, un mecanismo que demostró ser de gran importancia para controlar el proceso.
Los descubrimientos de Leland Hartwell, Paul Nurse, Tim Hunt y otros que utilizan la levadura como organismo modelo, han contribuido significativamente a la generación de una visión universal de cómo se controla la división celular en las células eucariotas. Esta comprensión ha tenido amplias aplicaciones en una serie de campos diferentes de la biología, incluida la prevención, el diagnóstico y el tratamiento del cáncer.
De izquierda a derecha: Leland Hartwell, Paul Nurse y Tim Hunt.
Créditos de imagen: Fred Hutch (izquierda) y Anne-Katrin Purkiss, Imágenes de Bienvenida (centro y derecha)
Levadura y enfermedad de Parkinson
La investigación que utiliza S. cerevisiae como organismo modelo ha dado esperanza a las personas con enfermedad de Parkinson. La enfermedad de Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y el Huntington, se caracterizan por el mal plegado de las proteínas, lo que resulta en la acumulación de células tóxicas en el sistema nervioso central.
Los agregados de proteína α-sinucleína forman cuerpos de Lewy, el sello distintivo de afecciones como la enfermedad de Parkinson y la demencia.
Se sabe que la acumulación celular de la proteína, α-sinucleína, aumenta en gran medida el riesgo de una persona de desarrollar la enfermedad de Parkinson y también afecta a la levadura. Las formas elevadas o mutadas de α-sinucleína causan estragos en nuestras células cerebrales. Esta proteína se agrega para formar cuerpos de Lewy, el sello distintivo de afecciones como la enfermedad de Parkinson y la demencia, y en consecuencia causa una interrupción importante de numerosos procesos neurológicos. De manera similar, cuando se diseñan para producir altos niveles de α-sinucleína, las células de S. cerevisiae muestran signos de daño y su crecimiento se vuelve más lento.
Las células de S. cerevisiae pueden utilizarse como tubos de ensayo vivos.
Sabiendo esto, los científicos han podido utilizar S. cerevisiae como una herramienta eficaz para caracterizar los factores y mecanismos que regulan la toxicidad de la α-sinucleína. Las células de S. cerevisiae se pueden usar como tubos de ensayo vivos para probar la función de compuestos que podrían usarse para revertir los efectos de la α-sinucleína en las células cerebrales y, por lo tanto, tratar el Parkinson.
Mediante el uso de un organismo vivo como la levadura, los investigadores pueden ver el impacto de un medicamento en todo un organismo que ha sido modificado genéticamente para imitar el mecanismo bioquímico de una enfermedad que se encuentra en los seres humanos.
Esta página se actualizó por última vez el 2016-06-14