Baker ’ s eller spirande jäst (Saccharomyces cerevisiae) har länge varit en populär modellorganism för grundläggande biologisk forskning. I labbet är det lätt att manipulera, klarar ett brett spektrum av miljöförhållanden och kontrollerar celldelning på samma sätt som våra celler. 1996 var det den första eukaryota organismen som fick sitt genom sekvenserat.
jäst var den första eukaryota organismen som hade sitt genom sekvenserat.
men sedan bakersjäst upptäcktes har andra jäst visat sig ha lika användbara egenskaper.
Jästkromosomer delar ett antal viktiga funktioner med mänskliga kromosomer.
Fissionjäst (Schizosaccharomyces pombe) har blivit ett populärt system för att studera celltillväxt och delning. Det är användbart delvis för att det är enkelt och billigt att växa i labbet, men också för att dess celler har en vanlig storlek och växer bara i längd, vilket gör det väldigt enkelt att registrera celltillväxt. Klyvningsjästkromosomer delar ett antal viktiga funktioner med mänskliga kromosomer som gör organismen till en mycket användbar modell i mänsklig genetik. S. pombe genome sequence publicerades 2002.
Fission yeast
bildkredit: David O ’ Morgan (cellcykeln. Principer för kontroll.), via Wikimedia Commons
hur är människor och jäst liknande?
en viktig egenskap hos dessa jäst som gör dem så användbara organismer för att studera biologiska processer hos människor är att deras celler, som Våra, har en kärna innehållande DNA förpackat i kromosomer.
de flesta metaboliska och cellulära vägar som tros förekomma hos människor kan studeras i jäst. Till exempel har studier av signalproteiner i jäst avancerat vår förståelse för hjärnans och nervsystemets utveckling.
jästceller delar sig på samma sätt som våra egna celler. I själva verket har det visat sig att många av de gener som arbetar för att reglera celldelning i jäst, har ekvivalenter som styr celldelning i högre organismer, inklusive människor.
S. cerevisiae och S. pombe jäst genom har drygt 12 miljoner baspar.
både S. cerevisiae och S. pombe jäst genom har drygt 12 miljoner baspar. S. cerevisiae har cirka 6000 gener medan S. pombe har drygt 5000. Minst 20 procent av mänskliga gener som är kända för att ha en roll i sjukdom har funktionella ekvivalenter i jäst. Detta har visat att många mänskliga sjukdomar är resultatet av störningar i mycket grundläggande cellulära processer, såsom DNA-reparation, celldelning, kontroll av genuttryck och interaktionen mellan gener och miljö.
det betyder också att jäst kan användas för att undersöka mänsklig genetik och för att testa nya läkemedel. Tusentals läkemedel kan testas på jästceller som innehåller den funktionella ekvivalenten av muterade mänskliga gener för att se om läkemedlen kan återställa normal funktion. Dessa föreningar, eller molekyler som dem, kan då vara möjliga behandlingar hos människor. Även om det är viktigt att säga att detta inte är fallet för alla droger så finns det en stark motivering att använda andra modellorganismer såväl som jäst i läkemedelsutveckling.
Jäststudier
mellan 2001 och 2013 delades fyra Nobelpriser ut för upptäckter som involverade jästforskning.
jäst är en kraftfull modellorganisme som har möjliggjort en bättre förståelse för mänsklig biologi och sjukdom. Mellan 2001 och 2013 delades fyra Nobelpriser ut för upptäckter som involverade jästforskning, ett imponerande antal för en enda organism.
genomet av S. cerevisiae-jäst publicerades 1996 och S. pombe-sekvensen 2002. Som ett resultat har projekt initierats för att bestämma funktionerna för alla gener i dessa genom. Ett sådant projekt, Saccharomyces Genome Deletion Project, syftade till att producera mutanta stammar av jäst där var och en av de 6000 generna i jäst muteras. Härav hoppades man att den exakta funktionen hos varje gen kunde identifieras.
Saccharomyces cerevisiae under DIC-mikroskopi
bildkredit: Masur-eget arbete. Licensierad under Public domain via Wikimedia Commons
andra projekt tittar på att lyfta fram de olika proteininteraktioner som förekommer i jästceller för att identifiera potentiella mål för nya droger.
jäst, cellcykeln och cancer
under de senaste decennierna har forskare arbetat hårt för att identifiera alla mutationer som orsakar cancer hos människor. Många av de mutationer som hittills hittats är i gener involverade, på något sätt, med celldelning och DNA-replikation. I många fall har dessa mutationer hittats i andra arter, som jäst, innan deras relevans i mänsklig cancer realiserades.
2001 delade Leland Hartwell, Paul Nurse och Tim Hunt Nobelpriset för att ha etablerat rollen för olika gener i kontrollen av celldelning.
år 2001 delade tre forskare Nobelpriset för sitt oberoende arbete med att fastställa olika geners roll för att kontrollera cellcykeln och undersöka kopplingen mellan cellcykeln i jäst och den hos människor. Dessa tre forskare var Leland Hartwell, Paul Nurse och Tim Hunt.
Leland Hartwell, en biolog, var en av de första forskarna som upptäckte några av de mutationer som är involverade i cancer. Han bestämde sig för att han ville ha en enkel, encellig, lätt manipulerad organism som ett modellsystem för att studera cancer och kontroll av celldelning. S. cerevisiae jäst passade kriterierna perfekt. Genom sitt arbete fann han att generna involverade i’ celldelningscykeln ’ (CDC) i S. cerevisiae-jäst, hittades också, i mer eller mindre samma kapacitet, hos människor. Under sin karriär fortsatte Leland att identifiera mer än 100 gener som är involverade i kontrollen av celldelning. Han fann att i cancerceller, muterade gener som normalt stimulerar celldelning börja agera som acceleratorer fastnat ’ på ’ i en bil. Under tiden fann han att muterade gener som normalt är ansvariga för att undertrycka celldelning slutar fungera, ungefär som felaktiga bromsar.
Paul Nurse följde Lelands exempel men den här gången använde S. pombe yeast för att utforska kontrollen av celldelning. I mitten av 1970-talet upptäckte han en gen i S. pombe-jäst som heter cdc2 och fann att den hade en nyckelroll i kontrollen av celldelning. 1987 hittade han sedan motsvarande gen hos människor som senare fick namnet Cdk1. Detta ledde sedan till upptäckten av andra CDK-molekyler som är involverade i att kontrollera celldelning hos människor.
under början av 1980-talet, när han studerade sjöborrar, upptäckte Tim Hunt cyklin, ett protein som bildades och sedan bryts ner under varje celldelning. Det visade sig att cykliner binder till CDK-molekylerna, upptäckta av Paul Nurse, och slår på dem under kontrollen av celldelning. Han visade också att dessa cykliner bryts ned vid varje celldelning, en mekanism visade sig vara av stor betydelse för att styra processen.
upptäckterna av Leland Hartwell, Paul Nurse, Tim Hunt och andra som använder jäst som modellorganisme har bidragit avsevärt till genereringen av en universell syn på hur celldelning kontrolleras i eukaryota celler. Denna förståelse har haft breda tillämpningar inom ett antal olika områden inom biologi, inklusive förebyggande, diagnos och behandling av cancer.
Från vänster till höger: Leland Hartwell, Paul Nurse och Tim Hunt.
Bildkrediter: Fred Hutch (vänster) och Anne-Katrin Purkiss, Wellcome Images (mitt och höger)
jäst och Parkinsons sjukdom
forskning med S. cerevisiae som modellorganisme har gett hopp till personer med Parkinsons sjukdom. Parkinsons sjukdom och andra neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Huntingtons kännetecknas av felveckning av proteiner, vilket resulterar i uppbyggnad av toxiska celler i centrala nervsystemet.
proteinetcu-synuclein aggregat för att bilda Lewy-kroppar, kännetecknet för tillstånd som Parkinsons sjukdom och demens.
Celluppbyggnad av proteinet, Bisexuell-synuklein, är känt för att kraftigt öka en persons risk att utveckla Parkinsons sjukdom och har också visat sig påverka jäst. Förhöjda eller muterade former av AUC-synuclein orsakar förödelse på våra hjärnceller. Detta protein aggregerar för att bilda Lewy-kroppar, kännetecknet för tillstånd som Parkinsons sjukdom och demens, och orsakar följaktligen stora störningar i många neurologiska processer. På samma sätt visar S. cerevisiae-celler tecken på tecken på skador när de är konstruerade för att producera höga nivåer av Bisexuell-synuklein och deras tillväxt blir långsammare.
S. cerevisiae-celler kan användas som levande provrör.
med vetskap om detta har forskare kunnat använda S. cerevisiae som ett effektivt verktyg för att karakterisera faktorer och mekanismer som reglerar toxiciteten för synuklein. S. cerevisiae-celler kan användas som levande provrör för att testa funktionen hos föreningar som kan användas för att reversera effekterna av Bisexuell-synuklein på hjärnceller och därför behandla Parkinsons.
genom att använda en levande organism som jäst kan forskare se effekten av ett läkemedel på en hel organism som har modifierats genetiskt för att efterlikna den biokemiska mekanismen hos en sjukdom som finns hos människor.
denna sida uppdaterades senast den 2016-06-14