Baker sau drojdie în devenire (Saccharomyces cerevisiae) a fost mult timp un organism model popular pentru cercetarea biologică de bază. În laborator este ușor de manipulat, poate face față unei game largi de condiții de mediu și controlează diviziunea celulară într-un mod similar cu celulele noastre. În 1996, a fost primul organism eucariot care și-a secvențiat genomul.
drojdia a fost primul organism eucariot care și-a secvențiat genomul.
cu toate acestea, de când a fost descoperită drojdia de panificație, s-a constatat că alte drojdii au proprietăți la fel de utile.
cromozomii de drojdie împărtășesc o serie de caracteristici importante cu cromozomii umani.
drojdia de fisiune (Schizosaccharomyces pombe) a devenit un sistem popular pentru studierea creșterii și diviziunii celulare. Este util parțial pentru că este ușor și ieftin să crești în laborator, dar și pentru că celulele sale au o dimensiune regulată și cresc doar în lungime, ceea ce face foarte simplă înregistrarea creșterii celulare. Cromozomii de drojdie de fisiune împărtășesc o serie de caracteristici importante cu cromozomii umani, făcând organismul un model foarte util în genetica umană. S. secvența genomului pombe a fost publicată în 2002.
drojdie de fisiune
credit imagine: David O ‘ Morgan (ciclul celular. Principiile controlului.), via Wikimedia Commons
cum sunt oamenii și drojdia asemănătoare?
o caracteristică importantă a acestor drojdii care le face astfel de organisme utile pentru studierea proceselor biologice la om, este că celulele lor, ca și ale noastre, au un nucleu care conține ADN ambalat în cromozomi.
cele mai multe căi metabolice și celulare considerate a apărea la om, pot fi studiate în drojdie. De exemplu, studierea proteinelor de semnalizare din drojdie ne-a avansat înțelegerea dezvoltării creierului și a sistemului nervos.
celulele de drojdie se divid în mod similar cu celulele noastre. De fapt, s-a constatat că multe dintre genele care lucrează pentru a regla diviziunea celulară în drojdie, au echivalenți care controlează diviziunea celulară în organismele superioare, inclusiv în oameni.
genomii de drojdie S. cerevisiae și S. pombe au puțin peste 12 milioane de perechi de baze.
atât genomii de drojdie S. cerevisiae, cât și S. pombe au puțin peste 12 milioane de perechi de baze. S. cerevisiae are aproximativ 6.000 de gene, în timp ce S. pombe are puțin peste 5.000. Cel puțin 20% din genele umane despre care se știe că au un rol în boală au echivalenți funcționali în drojdie. Acest lucru a demonstrat că multe boli umane rezultă din întreruperea proceselor celulare de bază, cum ar fi repararea ADN-ului, diviziunea celulară, controlul expresiei genelor și interacțiunea dintre gene și mediu.
înseamnă, de asemenea, că drojdia poate fi utilizată pentru a investiga genetica umană și pentru a testa noi medicamente. Mii de medicamente pot fi testate pe celule de drojdie care conțin echivalentul funcțional al genelor umane mutante pentru a vedea dacă medicamentele pot restabili funcția normală. Acești compuși, sau molecule ca ei, ar putea fi apoi posibile tratamente la om. Deși, este important să spunem că acest lucru nu este cazul pentru toate medicamentele, deci există o rațiune puternică de a utiliza alte organisme model, precum și drojdie în dezvoltarea medicamentelor.
studii de drojdie
între 2001 și 2013, patru Premii Nobel au fost acordate pentru descoperiri care implică cercetarea drojdiei.
drojdia este un organism model puternic care a permis o mai bună înțelegere a biologiei umane și a bolilor. Între 2001 și 2013, au fost acordate patru Premii Nobel pentru descoperirile care implică cercetarea drojdiei, un număr impresionant pentru un singur organism.
genomul drojdiei S. cerevisiae a fost publicat în 1996 și secvența S. pombe în 2002. Ca urmare, au fost inițiate proiecte pentru a determina funcțiile tuturor genelor din aceste genomi. Un astfel de Proiect, Proiectul de ștergere a genomului Saccharomyces, a urmărit să producă tulpini mutante de drojdie în care fiecare dintre cele 6.000 de gene din drojdie este mutantă. Din aceasta s-a sperat că funcția exactă a fiecărei gene ar putea fi identificată.
Saccharomyces cerevisiae sub microscopie DIC
credit Imagine: Masur – Lucrare proprie. Licențiat sub domeniul Public prin Wikimedia Commons
alte proiecte analizează evidențierea diferitelor interacțiuni proteice care apar în celulele de drojdie pentru a identifica ținte potențiale pentru noi medicamente.
drojdia, ciclul celular și cancerul
în ultimele decenii, oamenii de știință au lucrat din greu pentru a identifica toate mutațiile care provoacă cancer la om. Multe dintre mutațiile găsite până acum sunt în gene implicate, într-un fel, cu diviziunea celulară și replicarea ADN-ului. În multe cazuri, aceste mutații au fost găsite la alte specii, cum ar fi drojdia, înainte ca relevanța lor în cancerul uman să fie realizată.
în 2001, Leland Hartwell, Paul Nurse și Tim Hunt au împărțit Premiul Nobel pentru stabilirea rolului diferitelor gene în controlul diviziunii celulare.
în 2001, trei oameni de știință au împărțit Premiul Nobel pentru munca lor independentă de stabilire a rolului diferitelor gene în controlul ciclului celular și investigarea legăturii dintre ciclul celular la drojdie și cel la om. Acești trei oameni de știință au fost Leland Hartwell, Paul Nurse și Tim Hunt.
Leland Hartwell, biolog, a fost unul dintre primii oameni de știință care au descoperit unele dintre mutațiile implicate în cancer. El a decis că dorește un organism simplu, unicelular, ușor de manipulat, ca sistem model pentru studierea cancerului și controlul diviziunii celulare. S. drojdia cerevisiae a îndeplinit perfect criteriile. Prin munca sa, el a descoperit că genele implicate în ciclul de diviziune celulară (CDC) în drojdia S. cerevisiae, au fost găsite, de asemenea, în mai mult sau mai puțin aceeași capacitate, la om. De-a lungul carierei sale, Leland a identificat mai mult de 100 de gene implicate în controlul diviziunii celulare. El a descoperit că în celulele canceroase, genele mutante care stimulează în mod normal diviziunea celulară încep să acționeze ca acceleratoarele blocate într-o mașină. Între timp, el a descoperit că genele mutante responsabile în mod normal de suprimarea diviziunii celulare nu mai funcționează, la fel ca frânele care funcționează defectuos.
Paul Nurse a urmat exemplul lui Leland, dar de data aceasta folosind drojdia S. pombe pentru a explora controlul diviziunii celulare. La mijlocul anilor 1970 a descoperit o genă în drojdia S. pombe numită cdc2 și a constatat că are un rol cheie în controlul diviziunii celulare. În 1987, el a găsit gena echivalentă la om, care mai târziu a primit numele de Cdk1. Acest lucru a dus apoi la descoperirea altor molecule CDK implicate în controlul diviziunii celulare la om.
la începutul anilor 1980, în timp ce studia arici de mare, Tim Hunt a descoperit ciclina, o proteină formată și apoi descompusă în timpul fiecărei diviziuni celulare. S-a constatat că ciclinele se leagă de moleculele CDK, descoperite de Paul Nurse, și le pornesc în timpul controlului diviziunii celulare. El a arătat, de asemenea, că aceste cicline sunt degradate la fiecare diviziune celulară, un mecanism dovedit a fi de o importanță uriașă pentru controlul procesului.
descoperirile lui Leland Hartwell, Paul Nurse, Tim Hunt și ale altora care folosesc drojdia ca organism model, au contribuit semnificativ la generarea unei viziuni universale asupra modului în care diviziunea celulară este controlată în celulele eucariote. Această înțelegere a avut aplicații largi într-o serie de domenii diferite în biologie, inclusiv prevenirea, diagnosticul și tratamentul cancerului.
de la stânga la dreapta: Leland Hartwell, Paul Nurse și Tim Hunt.
credite imagine: Fred Hutch (stânga) și Anne-Katrin Purkiss, Wellcome Images (centru și dreapta)
drojdie și boala Parkinson
cercetările care utilizează S. cerevisiae ca organism model au dat speranță persoanelor cu boala Parkinson. Boala Parkinson și alte boli neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer și Huntington, se caracterizează prin plierea greșită a proteinelor, ducând la acumularea de celule toxice în sistemul nervos central.
proteina se agregă pentru a forma corpuri Lewy, semnul distinctiv al unor afecțiuni precum boala Parkinson și demența.
se știe că acumularea celulară a proteinei, XV-synuclein, crește foarte mult riscul unei persoane de a dezvolta boala Parkinson și, de asemenea, se constată că afectează drojdia. Formele crescute sau mutante ale sinucleinei de la XV fac ravagii asupra celulelor creierului nostru. Această proteină se agregă pentru a forma corpuri Lewy, semnul distinctiv al unor afecțiuni precum boala Parkinson și demența și, prin urmare, provoacă perturbări majore la numeroase procese neurologice. În mod similar, atunci când sunt proiectate pentru a produce niveluri ridicate de XV-synuclein, celulele S. cerevisiae prezintă semne de semne de deteriorare și creșterea lor devine mai lentă.
celulele S. cerevisiae pot fi utilizate ca eprubete vii.
știind acest lucru, oamenii de știință au reușit să utilizeze S. cerevisiae ca un instrument eficient pentru a caracteriza factorii și mecanismele care reglează toxicitatea sinucleinei în jurul valorii de centimetrie. Celulele S. cerevisiae pot fi utilizate ca eprubete vii pentru a testa funcția compușilor care ar putea fi utilizați pentru a inversa efectele Citrus-synucleinei asupra celulelor creierului și, prin urmare, pentru a trata Parkinson.
folosind un organism viu, cum ar fi drojdia, cercetătorii pot vedea impactul unui medicament asupra unui întreg organism care a fost modificat genetic pentru a imita mecanismul biochimic al unei boli găsite la om.
această pagină a fost actualizată ultima dată în 2016-06-14