leivontahiiva eli orastava hiiva (Saccharomyces cerevisiae) on ollut pitkään suosittu malliorganismi biologisessa perustutkimuksessa. Laboratoriossa sitä on helppo manipuloida, se kestää monenlaisia ympäristöolosuhteita ja kontrolloi solujen jakautumista samalla tavalla kuin solumme. Vuonna 1996 se oli ensimmäinen eukaryoottinen organismi, jonka perimä sekvensoitiin.
hiiva oli ensimmäinen eukaryoottinen eliö, jonka perimä sekvensoitiin.
Leivontahiivan löytymisen jälkeen muilla hiivoilla on kuitenkin todettu olevan yhtä hyödyllisiä ominaisuuksia.
Hiivakromosomeilla on useita tärkeitä piirteitä ihmisen kromosomien kanssa.
Fissiohiivasta (Schizosaccharomyces pombe) on tullut suosittu systeemi solujen kasvun ja jakautumisen tutkimiseen. Se on hyödyllinen osittain siksi, että se on helppo ja edullinen kasvaa laboratoriossa, mutta myös siksi, että sen solut ovat säännöllisen kokoisia ja kasvavat vain pituus, joten se on hyvin helppo tallentaa solujen kasvua. Fissiohiivakromosomeilla on useita tärkeitä piirteitä ihmisen kromosomien kanssa, mikä tekee organismista erittäin hyödyllisen mallin ihmisen genetiikassa. S. pombe genome sequence julkaistiin vuonna 2002.
Fissiohiiva
Kuvasaldo: David O ’ Morgan (Solusykli. Valvonnan periaatteet.), Wikimedia Commonsissa
miten ihmiset ja hiiva ovat samanlaisia?
näiden hiivojen tärkeä piirre, joka tekee niistä niin hyödyllisiä eliöitä ihmisen biologisten prosessien tutkimiseen, on se, että niiden soluissa, kuten meidän soluissamme, on Tuma, joka sisältää kromosomeihin pakattua DNA: ta.
useimmat ihmisen aineenvaihdunta-ja solureitit voidaan tutkia hiivalla. Esimerkiksi hiivan signalointiproteiinien tutkiminen on edistänyt ymmärrystämme aivojen ja hermoston kehityksestä.
hiivasolut jakautuvat samalla tavalla kuin omat solumme. Onkin havaittu, että monilla geeneillä, jotka säätelevät solujen jakautumista hiivassa, on vastineita, jotka säätelevät solujen jakautumista korkeammissa eliöissä, myös ihmisissä.
S. cerevisiae-ja S. pombe-hiivagenomeissa on hieman yli 12 miljoonaa emäsparia.
sekä S. cerevisiae-että S. pombe-hiivagenomeissa on hieman yli 12 miljoonaa emäsparia. S. cerevisiaella on noin 6 000 geeniä ja S. pombella hieman yli 5 000. Vähintään 20 prosentilla ihmisen geeneistä, joilla tiedetään olevan rooli taudissa, on toiminnallisia vastineita hiivassa. Tämä on osoittanut, että monet ihmisen sairaudet johtuvat hyvin perustason solujen prosessien häiriintymisestä, kuten DNA: n korjautumisesta, solujen jakautumisesta, geeniekspression säätelystä sekä geenien ja ympäristön välisestä vuorovaikutuksesta.
se tarkoittaa myös sitä, että hiivaa voidaan käyttää ihmisgenetiikan tutkimiseen ja uusien lääkkeiden testaamiseen. Tuhansia lääkkeitä voidaan testata hiivasoluilla, jotka sisältävät mutatoituneita ihmisen geenejä vastaavan funktionaalisen aineen, jotta nähdään, voivatko lääkkeet palauttaa normaalin toiminnan. Nämä yhdisteet tai niiden kaltaiset molekyylit saattavat silloin olla mahdollisia hoitoja ihmisillä. Vaikka on tärkeää sanoa, että tämä ei koske kaikkia lääkkeitä, joten on vahva peruste käyttää muita malliorganismeja sekä hiivaa lääkekehityksessä.
Hiivatutkimukset
vuosina 2001-2013 hiivatutkimukseen liittyvistä löydöistä jaettiin neljä Nobel-palkintoa.
hiiva on voimakas malliorganismi, joka on mahdollistanut paremman ymmärryksen ihmisen biologiasta ja sairauksista. Vuosina 2001-2013 hiivatutkimukseen liittyvistä löydöistä jaettiin neljä Nobel-palkintoa, mikä on vaikuttava määrä yhdelle eliölle.
S. cerevisiae-hiivan genomi julkaistiin vuonna 1996 ja S. pombe-sekvenssi vuonna 2002. Tämän seurauksena on aloitettu hankkeita, joiden tarkoituksena on selvittää näiden genomien kaikkien geenien toiminnot. Yksi tällainen hanke, Saccharomyces Genome deleetion Project, pyrki tuottamaan mutanttikantoja hiivassa, jossa jokainen hiivan 6000 geenistä mutatoituu. Tästä toivottiin, että kunkin geenin tarkka toiminta voitaisiin tunnistaa.
Saccharomyces cerevisiae DIC-mikroskopialla
Kuvasaldo: Masur-oma työ. Wikimedia Commonsissa
Public domain-lisenssillä Muut Projektit pyrkivät korostamaan hiivasoluissa esiintyviä erilaisia proteiinien vuorovaikutuksia uusien lääkkeiden mahdollisten kohteiden tunnistamiseksi.
hiiva, solusykli ja syöpä
viime vuosikymmeninä tutkijat ovat työskennelleet ahkerasti tunnistaakseen kaikki mutaatiot, jotka aiheuttavat syöpää ihmisillä. Monet tähän mennessä löydetyistä mutaatioista ovat geeneissä, jotka osallistuvat jollain tavalla solujen jakautumiseen ja DNA: n replikaatioon. Monissa tapauksissa näitä mutaatioita on löydetty muista lajeista, kuten hiivasta, ennen kuin niiden merkitys ihmisen syövässä huomattiin.
Leland Hartwell, Paul Nurse ja Tim Hunt jakoivat vuonna 2001 Nobelin palkinnon eri geenien roolin selvittämisestä solunjakautumisen säätelyssä.
vuonna 2001 kolme tutkijaa jakoi Nobelin palkinnon itsenäisestä työstään, jossa he selvittivät eri geenien roolia solusyklin säätelyssä ja tutkivat hiivan solusyklin ja ihmisen solusyklin välistä yhteyttä. Nämä kolme tiedemiestä olivat Leland Hartwell, Paul Nurse ja Tim Hunt.
biologi Leland Hartwell oli ensimmäisiä tutkijoita, jotka löysivät joitakin syöpään liittyviä mutaatioita. Hän päätti haluavansa yksinkertaisen, yksisoluisen, helposti manipuloitavan organismin mallijärjestelmäksi syövän tutkimiseen ja solunjakautumisen säätelyyn. S. cerevisiae-hiiva sopi kriteereihin täydellisesti. Työnsä kautta hän havaitsi, että S. cerevisiae-hiivan ”solunjakautumissykliin” (CDC) osallistuvat geenit löytyivät suurin piirtein samassa ominaisuudessa myös ihmisistä. Leland selvitti uransa aikana yli 100 geeniä, jotka osallistuvat solunjakautumisen säätelyyn. Hän havaitsi, että syöpäsoluissa mutatoituneet geenit, jotka normaalisti stimuloivat solujen jakautumista, alkavat toimia kuin kiihdyttimet, jotka ovat jumissa autossa. Samaan aikaan hän havaitsi, että mutatoituneet geenit, jotka normaalisti estävät solunjakautumisen, lakkaavat toimimasta, aivan kuten epäkuntoiset jarrut.
Paul Nurse seurasi Lelandin esimerkkiä, mutta käytti tällä kertaa S. pombe-hiivaa tutkiakseen solunjakautumisen hallintaa. 1970-luvun puolivälissä hän löysi S. pombe-hiivasta geenin nimeltä cdc2 ja havaitsi, että sillä oli keskeinen rooli solujen jakautumisen säätelyssä. Vuonna 1987 hän sitten löysi vastaavan geenin ihmisistä, joka myöhemmin sai nimen Cdk1. Tämän jälkeen löydettiin muita CDK-molekyylejä, jotka osallistuvat solujen jakautumisen säätelyyn ihmisissä.
1980-luvun alussa merisiilejä tutkiessaan Tim Hunt löysi sykliinin, proteiinin, joka muodostui ja hajosi jokaisen solunjakautumisen yhteydessä. Havaittiin, että sykliinit sitoutuvat Paul Nursen löytämiin CDK-molekyyleihin ja kytkevät ne päälle solunjakautumisen säätelyn aikana. Hän osoitti myös, että nämä sykliinit hajoavat jokaisessa solunjakautumisessa, mikä mekanismi osoittautui valtavan tärkeäksi prosessin ohjaamisessa.
Leland Hartwellin, Paul Nursen, Tim Huntin ja muiden löydöt, jotka käyttivät hiivaa malliorganismina, ovat vaikuttaneet merkittävästi siihen, että syntyi universaali näkemys siitä, miten solujen jakautumista hallitaan eukaryoottisissa soluissa. Tätä ymmärrystä on sovellettu laajasti useilla eri biologian aloilla, kuten syövän ehkäisyssä, diagnosoinnissa ja hoidossa.
vasemmalta oikealle: Leland Hartwell, Paul Nurse ja Tim Hunt.
kuvakrediitit: Fred Hutch (vas.) ja Anne-Katrin Purkiss, Wellcome Images (keskellä ja oikealla)
hiiva ja Parkinsonin tauti
tutkimus S. cerevisiae-bakteerin käyttämisestä malliorganismina on antanut toivoa Parkinsonin tautia sairastaville. Parkinsonin taudille ja muille hermorappeumasairauksille, kuten Alzheimerille ja Huntingtonille, on tyypillistä proteiinin sekoittuminen, jolloin keskushermostoon kertyy myrkyllisiä soluja.
proteiini α-synukleiini aggregoituu Lewyn kappaleiksi, jotka ovat tyypillisiä Parkinsonin taudin ja dementian kaltaisille sairauksille.
proteiinin, α-synukleiinin, kertymisen soluihin tiedetään lisäävän huomattavasti henkilön riskiä sairastua Parkinsonin tautiin, ja sen on todettu vaikuttavan myös hiivaan. Α-synukleiinin kohonneet tai mutatoituneet muodot aiheuttavat tuhoa aivosoluissamme. Tämä proteiini kerääntyy Lewyn kappaleiksi, jotka ovat tyypillisiä Parkinsonin taudin ja dementian kaltaisille sairauksille, ja aiheuttaa siten merkittäviä häiriöitä lukuisille neurologisille prosesseille. Vastaavasti kun S. cerevisiae-solut on suunniteltu tuottamaan suuria α-synukleiinipitoisuuksia, ne osoittavat merkkejä vaurioista ja niiden kasvu hidastuu.
S. cerevisiae-soluja voidaan käyttää elävinä koeputkina.
tämän tietäen tutkijat ovat voineet käyttää S. cerevisiaea tehokkaana välineenä kuvaamaan α-synukleiinitoksisuutta sääteleviä tekijöitä ja mekanismeja. S. cerevisiae-soluja voidaan käyttää elävinä koeputkina sellaisten yhdisteiden toiminnan testaamiseen, joilla voidaan kumota α-synukleiinin vaikutuksia aivosoluihin ja siten hoitaa Parkinsonin tautia.
käyttämällä elävää organismia, kuten hiivaa, tutkijat pystyvät näkemään lääkkeen vaikutuksen kokonaiseen organismiin, joka on geenimuunneltu jäljittelemään ihmisellä esiintyvän taudin biokemiallista mekanismia.
Tämä sivu on päivitetty viimeksi 2016-06-14