bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) is al lang een populair modelorganisme voor fundamenteel biologisch onderzoek. In het lab is het gemakkelijk te manipuleren, kan het omgaan met een breed scala aan omgevingsomstandigheden en controleert celdeling op een vergelijkbare manier als onze cellen. In 1996, was het eerste eukaryotic organisme om zijn genoom te laten rangschikken.
gist was het eerste eukaryotische organisme dat zijn genoom sequenced.
sinds de ontdekking van bakkersgist is echter gebleken dat andere gisten even nuttige eigenschappen hebben.
Gistchromosomen hebben een aantal belangrijke kenmerken met menselijke chromosomen.
Splijtingsgist (Schizosaccharomyces pombe) is een populair systeem geworden voor het bestuderen van celgroei en-deling. Het is nuttig, deels omdat het gemakkelijk en goedkoop is om te groeien in het lab, maar ook omdat de cellen een regelmatige grootte hebben en alleen in lengte groeien, waardoor het heel eenvoudig is om celgroei op te nemen. De chromosomen van de splijtingsgist delen een aantal belangrijke eigenschappen met menselijke chromosomen die het organisme een zeer nuttig model in menselijke genetica maken. De S. pombe genoomsequentie werd gepubliceerd in 2002.
Splijtingsgist
beeld door: David O ‘ Morgan (The Cell Cycle. Principes van controle.), via Wikimedia Commons
hoe zijn mensen en gist vergelijkbaar?
een belangrijk kenmerk van deze gisten dat hen tot zulke nuttige organismen maakt voor het bestuderen van biologische processen bij de mens, is dat hun cellen, net als de onze, een kern hebben met DNA verpakt in chromosomen.
de meeste metabole en cellulaire routes waarvan wordt aangenomen dat ze bij mensen voorkomen, kunnen in gist worden bestudeerd. Bijvoorbeeld, het bestuderen van signalerende proteã nen in gist heeft ons begrip van hersenen en zenuwstelselontwikkeling bevorderd.
gistcellen delen zich op dezelfde wijze als onze eigen cellen. In feite, is het gevonden dat veel van de genen die werken om celdeling in gist te regelen, equivalenten hebben die celdeling in hogere organismen, met inbegrip van mensen controleren.
De genomen van S. cerevisiae en S. pombe gist hebben iets meer dan 12 miljoen basenparen.
zowel de genomen van S. cerevisiae als S. pombe gist hebben iets meer dan 12 miljoen basenparen. S. cerevisiae heeft rond 6.000 genen terwijl S. pombe iets meer dan 5.000 heeft. Minstens 20 procent van menselijke genen die een rol in ziekte hebben hebben functionele equivalenten in gist. Dit heeft aangetoond dat veel ziekten bij de mens het gevolg zijn van de verstoring van zeer fundamentele cellulaire processen, zoals DNA-reparatie, celdeling, de controle van genexpressie en de interactie tussen genen en het milieu.
het betekent ook dat gist kan worden gebruikt om de menselijke genetica te onderzoeken en nieuwe geneesmiddelen te testen. Duizenden geneesmiddelen kunnen worden getest op gistcellen die het functionele equivalent van gemuteerde menselijke genen bevatten om te zien of de geneesmiddelen de normale functie kunnen herstellen. Deze verbindingen, of moleculen zoals zij, zouden dan mogelijke behandelingen bij mensen kunnen zijn. Hoewel, is het belangrijk om te zeggen dat dit niet het geval is voor alle geneesmiddelen, dus er is een sterke reden om andere modelorganismen evenals gist in drugontwikkeling te gebruiken.
Giststudies
tussen 2001 en 2013 werden vier Nobelprijzen toegekend voor ontdekkingen met betrekking tot gistonderzoek.
gist is een krachtig modelorganisme dat een beter begrip van de menselijke biologie en ziekte mogelijk heeft gemaakt. Tussen 2001 en 2013 werden vier Nobelprijzen toegekend voor ontdekkingen met betrekking tot gistonderzoek, een indrukwekkend aantal voor één organisme.
het genoom van S. cerevisiae gist werd gepubliceerd in 1996 en de S. pombe sequentie in 2002. Dientengevolge, zijn de projecten geïnitieerd om de functies van alle genen in deze genomen te bepalen. Een dergelijk project, het Saccharomyces Genome Deletion Project, was gericht op het produceren van mutante stammen van gist waarin elk van de 6.000 genen in gist wordt gemuteerd. Van dit werd gehoopt dat de nauwkeurige functie van elk gen kon worden geà dentificeerd.
Saccharomyces cerevisiae onder DIC microscopie
beeld door: Masur – eigen werk. Licensed under Public domain via Wikimedia Commons
andere projecten kijken naar het benadrukken van de verschillende eiwitinteracties die optreden in gistcellen om potentiële doelen voor nieuwe geneesmiddelen te identificeren.
gist, de celcyclus en kanker
de afgelopen decennia hebben wetenschappers hard gewerkt om alle mutaties te identificeren die kanker bij de mens veroorzaken. Veel van de tot nu toe gevonden mutaties zijn in genen betrokken, op een of andere manier, met celdeling en DNA-replicatie. In veel gevallen zijn deze mutaties gevonden in andere soorten, zoals gist, voordat hun relevantie in menselijke kanker werd gerealiseerd.In 2001 deelden Leland Hartwell, Paul Nurse en Tim Hunt de Nobelprijs voor het vaststellen van de rol van verschillende genen in het beheersen van celdeling.In 2001 deelden drie wetenschappers de Nobelprijs voor hun onafhankelijk onderzoek naar de rol van verschillende genen in de controle van de celcyclus en het onderzoek naar het verband tussen de celcyclus in gist en die bij mensen. Deze drie wetenschappers waren Leland Hartwell, Paul Nurse en Tim Hunt. Leland Hartwell, een bioloog, was een van de eerste wetenschappers die enkele mutaties ontdekte die betrokken zijn bij kanker. Hij besloot dat hij een eenvoudig, eencellig, gemakkelijk te manipuleren organisme wilde als een modelsysteem voor het bestuderen van kanker en de controle van celdeling. S. cerevisiae gist voldeed perfect aan de criteria. Door zijn werk ontdekte hij dat de genen die betrokken zijn bij de ‘celdeling cyclus’ (CDC) in S. cerevisiae gist, ook in min of meer dezelfde capaciteit werden gevonden bij mensen. Tijdens zijn carrière identificeerde Leland meer dan 100 genen die betrokken zijn bij de controle van celdeling. Hij ontdekte dat in kankercellen gemuteerde genen die normaal celdeling stimuleren, beginnen te werken als versnellers die ‘vastzitten’ in een auto. Ondertussen ontdekte hij dat gemuteerde genen die normaal verantwoordelijk zijn voor het onderdrukken van celdeling, niet meer werken, net als defecte remmen.Paul Nurse volgde Leland ‘ s voorbeeld maar gebruikte deze keer S. pombe yeast om de controle van celdeling te onderzoeken. In het midden van de jaren 1970 ontdekte hij een gen in S. pombe gist genaamd cdc2 en vond dat het een sleutelrol had in het controleren van celdeling. In 1987 vond hij het equivalent gen bij de mens, dat later de naam Cdk1 kreeg. Dit leidde toen tot de ontdekking van andere CDK molecules betrokken bij het controleren van celdeling in mensen.Tijdens de studie van zee-egels ontdekte Tim Hunt cyclin, een eiwit dat gevormd werd en vervolgens afgebroken werd tijdens elke celdeling. Men vond dat cyclins aan de CDK molecules binden, die door Paul verpleegster worden ontdekt, en hen tijdens de controle van celdeling inschakelen. Hij toonde ook aan dat deze cyclinen worden afgebroken bij elke celdeling, een mechanisme bleek van groot belang te zijn voor het controleren van het proces.
de ontdekkingen van Leland Hartwell, Paul Nurse, Tim Hunt en anderen die gist als modelorganisme gebruikten, hebben in belangrijke mate bijgedragen tot het ontstaan van een universele kijk op hoe celdeling in eukaryotische cellen wordt gecontroleerd. Dit begrip heeft brede toepassingen binnen een aantal verschillende gebieden in biologie, met inbegrip van de preventie, diagnose en behandeling van kanker gehad.
van links naar rechts: Leland Hartwell, Paul Nurse en Tim Hunt.
Afbeeldingscredits: Fred Hutch (links) en Anne-Katrin Purkiss, Wellcome Images (Midden en rechts))
gist en ziekte van Parkinson
onderzoek met behulp van S. cerevisiae als modelorganisme heeft hoop gegeven aan mensen met de ziekte van Parkinson. De ziekte van Parkinson en andere neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Huntington worden gekenmerkt door eiwitmisfolding, resulterend in de opbouw van giftige cellen in het centrale zenuwstelsel.
het eiwit α-synucleïne vormt Lewy-lichamen, het kenmerk van aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson en dementie.
cellulaire opbouw van het eiwit α-synucleïne, waarvan bekend is dat het het risico op het ontwikkelen van de ziekte van Parkinson aanzienlijk verhoogt en ook gist aantast. Verhoogde of gemuteerde vormen van α-synucleïne verwoesten onze hersencellen. Dit eiwit voegt zich samen om Lewy-lichamen te vormen, het kenmerk van aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson en dementie, en veroorzaakt bijgevolg een belangrijke verstoring van talrijke neurologische processen. Evenzo vertonen S. cerevisiae-cellen, wanneer ze zijn ontworpen om hoge concentraties α-synucleïne te produceren, tekenen van tekenen van schade en hun groei wordt trager.
S. cerevisiae-cellen kunnen als levende reageerbuisjes worden gebruikt.Dit wetende, hebben wetenschappers S. cerevisiae kunnen gebruiken als een effectief instrument om factoren en mechanismen te karakteriseren die de α-synucleïnetoxiciteit reguleren. S. cerevisiae-cellen kunnen worden gebruikt als levende reageerbuisjes om de functie te testen van verbindingen die kunnen worden gebruikt om de effecten van α-synucleïne op hersencellen om te keren en daarmee de ziekte van Parkinson te behandelen.
door gebruik te maken van een levend organisme zoals gist, kunnen onderzoekers de impact zien van een geneesmiddel op een heel organisme dat genetisch gemodificeerd is om het biochemische mechanisme van een ziekte bij de mens na te bootsen.
deze pagina is voor het laatst bijgewerkt op 2016-06-14