pék vagy kezdő élesztő (Saccharomyces cerevisiae) már régóta népszerű modellszervezet az alapvető biológiai kutatásokban. A laborban könnyen manipulálható, képes megbirkózni a környezeti feltételek széles skálájával, és a sejtjeinkhez hasonló módon szabályozza a sejtosztódást. 1996-ban ez volt az első eukarióta szervezet, amelynek genomját szekvenálták.
az élesztő volt az első eukarióta szervezet, amelynek genomját szekvenálták.
a sütőélesztő felfedezése óta azonban más élesztők ugyanolyan hasznos tulajdonságokkal rendelkeznek.
az élesztő kromoszómák számos fontos tulajdonsággal rendelkeznek az emberi kromoszómákkal.
a hasadási élesztő (Schizosaccharomyces pombe) népszerű rendszerré vált a sejtnövekedés és-osztódás tanulmányozására. Ez részben azért hasznos, mert könnyű és olcsó a laboratóriumi növekedés, hanem azért is, mert a sejtjei szabályos méretűek és csak hosszúak, így nagyon egyszerű a sejtnövekedés rögzítése. A hasadási élesztő kromoszómák számos fontos tulajdonsággal rendelkeznek az emberi kromoszómákkal, így a szervezet nagyon hasznos modell az emberi genetikában. Az S. a pombe genomszekvencia 2002-ben jelent meg.
hasadási élesztő
kép jóváírás: David O ‘ Morgan (a sejtciklus. Az ellenőrzés alapelvei.), via Wikimedia Commons
Miben hasonlít az ember és az élesztő?
ezen élesztők egyik fontos jellemzője, amely ilyen hasznos organizmusokká teszi őket az emberi biológiai folyamatok tanulmányozásához, az, hogy sejtjeik, mint a miénk, kromoszómákba csomagolt DNS-t tartalmazó maggal rendelkeznek.
a legtöbb emberben előforduló metabolikus és sejtes útvonal élesztőben vizsgálható. Például az élesztőben található jelátviteli fehérjék tanulmányozása elősegítette az agy és az idegrendszer fejlődésének megértését.
az élesztősejtek a saját sejtjeinkhez hasonló módon osztódnak. Valójában azt találták, hogy az élesztő sejtosztódásának szabályozására szolgáló gének közül soknak vannak ekvivalensei, amelyek szabályozzák a sejtosztódást a magasabb organizmusokban, beleértve az embereket is.
a S. cerevisiae és a S. pombe élesztőgenomok alig több mint 12 millió bázispárral rendelkeznek.
mind a S. cerevisiae, mind a S. pombe élesztő genomjainak alig több mint 12 millió bázispárja van. S. a cerevisiae-nek körülbelül 6000 génje van, míg az S. pombe-nak alig több mint 5000. Az emberi gének legalább 20% – ának, amelyekről ismert, hogy szerepet játszanak a betegségben, funkcionális ekvivalensei vannak az élesztőben. Ez bebizonyította, hogy számos emberi betegség az olyan alapvető sejtfolyamatok megzavarásából ered, mint a DNS-javítás, a sejtosztódás, a génexpresszió szabályozása, valamint a gének és a környezet közötti kölcsönhatás.
Ez azt is jelenti, hogy az élesztő felhasználható az emberi genetika vizsgálatára és új gyógyszerek tesztelésére. Több ezer gyógyszer tesztelhető a mutált emberi gének funkcionális ekvivalensét tartalmazó élesztősejteken, hogy kiderüljön, a gyógyszerek képesek-e helyreállítani a normális működést. Ezek a vegyületek vagy molekulák, mint ők, akkor lehetséges kezelések lehetnek az emberekben. Bár fontos azt mondani, hogy nem ez a helyzet minden gyógyszer esetében, ezért erős indoklás van más modellszervezetek, valamint az élesztő felhasználására a gyógyszerfejlesztésben.
élesztő tanulmányok
2001 és 2013 között négy Nobel-díjat ítéltek oda az élesztő kutatásával kapcsolatos felfedezésekért.
az élesztő egy erőteljes modellszervezet, amely lehetővé tette az emberi biológia és a betegségek jobb megértését. 2001 és 2013 között négy Nobel-díjat ítéltek oda az élesztő kutatásával kapcsolatos felfedezésekért, ami lenyűgöző szám egyetlen szervezet számára.
a S. cerevisiae élesztő genomját 1996-ban, az S. pombe szekvenciát pedig 2002-ben tették közzé. Ennek eredményeként projekteket kezdeményeztek ezen genomok összes génjének funkcióinak meghatározására. Az egyik ilyen projekt, a Saccharomyces Genom deléciós projekt, amelynek célja mutáns élesztőtörzsek előállítása volt, amelyekben az élesztőben lévő 6000 gén mindegyike mutálódott. Ebből azt remélték, hogy az egyes gének pontos funkciója azonosítható.
Saccharomyces cerevisiae DIC mikroszkópia alatt
kép hitel: Masur – saját munka. A Wikimedia Commons
más projektek az élesztősejtekben előforduló különböző fehérje kölcsönhatások kiemelését vizsgálják, hogy azonosítsák az új gyógyszerek potenciális célpontjait.
élesztő, a sejtciklus és a rák
az elmúlt néhány évtizedben a tudósok keményen dolgoztak azon mutációk azonosításán, amelyek rákot okoznak az emberekben. Az eddig talált mutációk közül sok olyan génekben található, amelyek valamilyen módon részt vesznek a sejtosztódásban és a DNS-replikációban. Sok esetben ezeket a mutációkat más fajokban, például élesztőben találták meg, mielőtt az emberi rákban való jelentőségük megvalósult volna.
2001-ben Leland Hartwell, Paul Nurse és Tim Hunt megosztották a Nobel-díjat a különböző gének szerepének megállapításáért a sejtosztódás szabályozásában.
2001-ben három tudós osztozott a Nobel-díjban a különböző gének szerepének meghatározásában a sejtciklus szabályozásában, valamint az élesztő sejtciklusa és az ember közötti kapcsolat vizsgálatában. A három tudós Leland Hartwell, Paul Nurse és Tim Hunt volt.
Leland Hartwell biológus volt az egyik első tudós, aki felfedezte a rákban szerepet játszó mutációkat. Úgy döntött, hogy egy egyszerű, egysejtű, könnyen manipulálható szervezetet szeretne modellrendszerként a rák tanulmányozására és a sejtosztódás szabályozására. S. a cerevisiae élesztő tökéletesen megfelelt a kritériumoknak. Munkája során megállapította, hogy a S. cerevisiae élesztőben a sejtosztódási ciklusban (CDC) részt vevő gének többé-kevésbé azonos minőségben megtalálhatók az emberekben is. Pályafutása során Leland több mint 100 gént azonosított a sejtosztódás szabályozásában. Megállapította, hogy a rákos sejtekben a mutált gének, amelyek általában stimulálják a sejtosztódást, úgy kezdenek viselkedni, mint egy autóba beragadt gyorsítók. Eközben megállapította, hogy a mutált gének, amelyek általában felelősek a sejtosztódás elnyomásáért, nem működnek, hasonlóan a hibás fékekhez.
Paul Nurse követte Leland példáját, de ezúttal S. pombe élesztőt használt a sejtosztódás szabályozásának feltárására. Az 1970-es évek közepén felfedezte az S. pombe élesztőben a cdc2 nevű gént, és megállapította, hogy kulcsszerepet játszik a sejtosztódás szabályozásában. 1987-ben megtalálta az emberben az ekvivalens gént, amelyet később Cdk1 néven kaptak. Ez aztán más CDK molekulák felfedezéséhez vezetett, amelyek részt vesznek az emberek sejtosztódásának szabályozásában.
Az 1980-as évek elején, a tengeri sünök tanulmányozása közben Tim Hunt felfedezte a ciklint, egy fehérjét, amely minden sejtosztódás során kialakult, majd lebomlott. Megállapították, hogy a ciklinek kötődnek a Paul Nurse által felfedezett CDK molekulákhoz, és bekapcsolják őket a sejtosztódás ellenőrzése során. Azt is kimutatta, hogy ezek a ciklinek minden sejtosztódásnál lebomlanak, ez a mechanizmus rendkívül fontosnak bizonyult a folyamat szabályozásában.
Leland Hartwell, Paul Nurse, Tim Hunt és mások felfedezései, amelyek az élesztőt mint modellszervezetet használják, jelentősen hozzájárultak ahhoz, hogy egyetemes képet alkossanak arról, hogyan szabályozzák a sejtosztódást az eukarióta sejtekben. Ezt a megértést a biológia számos különböző területén széles körben alkalmazták, beleértve a rák megelőzését, diagnosztizálását és kezelését.
balról jobbra: Leland Hartwell, Paul Nurse és Tim Hunt.
kép kredit: Fred Hutch (balra) és Anne-Katrin Purkiss, Wellcome képek (középen és jobbra))
élesztő és Parkinson-kór
A S. cerevisiae-t mint modellszervezetet használó kutatások reményt adtak a Parkinson-kórban szenvedőknek. A Parkinson-kórt és más neurodegeneratív betegségeket, mint például az Alzheimer-kór és a Huntington-kór, a fehérjék hibás összecsukódása jellemzi, ami a központi idegrendszerben mérgező sejtek felhalmozódását eredményezi.
a protein-synuclein aggregátumok Lewy-testeket alkotnak, ami olyan állapotok jellemzője, mint a Parkinson-kór és a demencia.
ismert, hogy a protein, a DNS-szinuklein sejtes felhalmozódása nagymértékben növeli a Parkinson-kór kialakulásának kockázatát, és az élesztőt is befolyásolja. A megemelkedett vagy mutált formák a synuclein pusztítást okoz az agysejtjeinkben. Ez a fehérje aggregálódik, hogy Lewy-testeket képezzen, ami olyan állapotok jellemzője, mint a Parkinson-kór és a demencia, és következésképpen számos neurológiai folyamat jelentős megzavarását okozza. Hasonlóképpen, ha a S. cerevisiae sejteket úgy tervezték meg, hogy magas szintű inhibitorokat állítsanak elő, a károsodás jeleit mutatják, és növekedésük lassabbá válik.
az S. cerevisiae sejtek élő kémcsövekként használhatók.
ennek ismeretében a tudósok képesek voltak a S. cerevisiae-t hatékony eszközként használni a faktorok és mechanizmusok jellemzésére, amelyek szabályozzák a hematokrit toxicitást. Az S. cerevisiae sejteket élő kémcsövekként lehet használni olyan vegyületek működésének tesztelésére, amelyek felhasználhatók a 6-szinuklein agysejtekre gyakorolt hatásainak visszafordítására, ezért a Parkinson-kór kezelésére.
egy élő szervezet, például élesztő felhasználásával a kutatók képesek látni egy gyógyszer hatását egy egész szervezetre, amelyet genetikailag módosítottak, hogy utánozzák az emberekben talált betegség biokémiai mechanizmusát.
Ez az oldal Utoljára frissítve: 2016-06-14