Saccharomyces cerevisiae, jinak známé jako kvasinky, je jedním z mnoha modelových organismů studovaných v laboratořích po celém světě. Protože je genom byl sekvenován, jeho genetika jsou snadno manipulovat, a to je snadné udržet v laboratoři, tento druh kvasinek byl neocenitelný zdroj v pochopení základních buněčných procesů jako je buněčné dělení a buněčnou smrt. Toto video vám poskytne přehled o tomto modelovém organismu a jeho široké škále aplikací v biologickém a biomedicínském výzkumu.,
Kvasinky patří do domény Eukaryota, která se skládá z organismů s membránou vázané jádra, označované jako eukaryota. Spolu s houby a plísně, S. cerevisiae patří do Království Hub v důsledku přítomnosti buněčné stěny vyrobené z chitin, polysacharid, polymer, který našel nejen Houby, ale také na vnější kostry hmyzu a korýšů.
je zajímavé, že mnoho proteinů nalezených v kvasinkách sdílí podobné sekvence s bílkovinami z jejich ostatních eukaryot., Tyto proteiny jsou často homologní a jejich podobné sekvence naznačují, že organismy sdílejí společného předka. Zkoumáním funkce daného proteinu v kvasinkách získávají vědci vhled do funkce proteinu ve vyšších eukaryotách, jako jsme my, lidé.
V přírodě se s. cerevisiae nachází v teplém, vlhkém prostředí se zdrojem cukru po ruce. Jedním z jeho oblíbených míst je vinice, kde přebývá na hroznové kůži.
S., cerevisiae má kulatý až elipsoidní oválný tvar a při vizualizaci pomocí mikroskopu s jasným polem má obvykle průměr 5-10 mikrometrů.
když se většina eukaryotických buněk dělí mitózou a cytokinezí, existuje stejná segregace genetického materiálu a cytoplazmy v dceřiných buňkách. Na druhé straně s.cerevisiae prochází buněčným dělením procesem zvaným pučení.
tato forma asexuální reprodukce zahrnuje tvorbu nově syntetizovaného pupenu z mateřské buňky, který roste v celém buněčném cyklu až do cytokineze., Na rozdíl od typického eukaryotického buněčného dělení nejsou obě buňky po mitóze stejné velikosti.
Nyní, když jsme se dozvěděli něco o s. cerevisiae jako organismu, pojďme diskutovat o tom, co z něj dělá skvělý modelový systém pro výzkum.
nejprve kvasinkové buňky rostou rychle a dělí se přibližně každých 90 minut. Za druhé, jsou snadno pěstovat, a potřebují pouze jednoduchou techniku a přístrojové vybavení pro šíření. Za třetí, jako první eukaryotický organismus, který má celý genom sekvenován, má s. cerevisiae všechny své genové sekvence veřejně dostupné prostřednictvím databáze genomu kvasinek.,
genetická manipulace s kvasinkami je také velmi praktická. Většina vektorů s. cerevisiae, nosičů sekvence DNA, která je předmětem zájmu, jsou vektory raketoplánu. Vektory raketoplánu jsou obvykle plazmidy, které se mohou množit ve dvou různých druzích, jako jsou E.coli a s. cerevisiae. To umožňuje molekulární klonování se provádí v E. coli, řekněme začlenit gen pro zelený fluorescenční protein z medúzy do shuttle vektoru, které mohou být zavedeny v droždí, aby se jim záře.,
kvasnice integrativní plasmid je typ shuttle vektor, který umožňuje začlenění cizí DNA do genomu kvasinky pomocí tzv. procesu homologní rekombinace. Homologní rekombinace je výměna DNA mezi odpovídajícími nebo podobnými sekvencemi, která vede k genetickému křížení mezi vektorem a hostitelskou genomickou DNA. To může způsobit vyřazení genu nebo výměnu jednoho genu s jiným. Kromě toho, protože homologní rekombinace vede k integraci do hostitelského genomu, genetická změna přetrvává po rozdělení kvasinkových buněk.,
Nyní, když víte, co dělá kvasinky tak pohodlné pro studium, pojďme se podívat na to, proč jsou tyto malé zvířátka tak důležité vědecky. Před dlouhou dobou, začátkem 6. Tisíciletí př. n. l., se kvasinky podílely na fermentaci hroznů, aby se vyrobilo víno. Kvasinky později hrály roli při pečení chleba ve starověkém Egyptě.
až v roce 1856 Luis Pasteur identifikoval s.cerevisiae jako klíčový mikrob pro výrobu vína a pečení chleba., Je klasifikován kvasinky jako fakultativní anaerobe, které v nepřítomnosti kyslíku, přepne na kvašení, proces, který umožňuje kvasinky metabolizují cukry a produkují alkohol jako vedlejší produkt. V tomto procesu, pyruvát, který je produkován glykolýzy, je snížena na acetylaldehyde, který je pak, díky přeměně NADH na NAD+, snížení na ethanol, určující složka ve víně.
objev proteinů, které regulují buněčný cyklus, byl objeven v kvasinkách Hartwellem a Nurse.,
buněčný cyklus je řada buněčných událostí, které zahrnují správnou replikaci a segregaci jaderné DNA před rozdělením buňky. Identifikace proteinu cyklin a a cyklin-dependentní kinázy, spolu se změnou v jejich relativní hojnosti prostřednictvím interfáze a mitózy, navrhl, že tyto proteiny jsou klíčové regulátory buněčného dělení., Vysoce zachována povaha těchto proteinů je jejich studium v droždí cenné pro pochopení role cyklin-dependentní kinázy v mnohobuněčných organismů, jako je dysregulace buněčného cyklu, což může vést k nekontrolovanému dělení buněk nebo rakoviny.
Postupující do 15 let později, Blackburn, Greider, a Szostak udělal průlom studium v porozumění telomer, stejně jako objev telomerases. Telomery jsou opakující se sekvence DNA na konci chromozomu, které zabraňují degeneraci genomové DNA., Kromě těchto opakujících se sekvencí se provádí telomerases na 3′ doprovodná konci chromozomu a doplnění nukleotidy následuje DNA polymerázy v zaostávající strand. Telomery mají důsledky ve stárnutí, protože tyto segmenty DNA se zkracují po celou dobu života organismu.
ještě nedávno, v roce 1992, Ohsumi a jeho kolegové objevili geny regulující autofagii, druh recyklace buněk. Během hladovění živinami jsou organely pohlceny autofagozomem., Autofagozom se pak spojí s lysozomem, aby se dále rozložily organelární proteiny na aminokyseliny nezbytné pro výrobu nových proteinů. Autofagie se podílí na důležitých buněčných mechanismech, které chrání před napadením patogenů a růstem nádoru.
existuje široká škála aplikací pro studium kvasinek. Kvasinky mohou být například použity ke studiu mitofagie, což je odstranění poškozených mitochondrií autofagozomy. Tento proces má důsledky u nemocí, jako je Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba., V tomto videu je autofagie indukována v kvasinkových buňkách přidáním dusíkatého hladovění. Dále jsou buňky připraveny pro fluorescenční mikroskopii, aby bylo možné pozorovat mitofagii v buňkách hladovějících dusíkem.
s. cerevisiae se používá k expresi a čištění velkého množství proteinů, například transmembránového regulačního proteinu s cystickou fibrózou. V tomto videu se kvasinkové buňky nesoucí plazmid CFTR pěstují ve velkých kulturách. Dále se provádí odstředění buněk za účelem oddělení mikrosomů., Mikrosomy jsou umělé cévy vytvořené z endoplazmatického retikula, když jsou buňky narušeny. Izolace a čištění CFTR z mikrosomů umožní vědcům studovat strukturu proteinu pomocí metod, jako je rentgenová krystalografie.
kvasinky mohou být také použity jako modelový systém pro genetické studie proteinů pro opravu lidské DNA. Tyto proteiny detekují a fixují poškozenou DNA, aby se zabránilo proliferaci buněk nesoucích vadný genom, jako jsou rakovinné buňky., Zde vidíte autory pokovování kvasinkových buněk transformovaným proteinem pro opravu DNA, WRN, na selektivních mediálních deskách. Buněčné morfologie mutantů pro WRN může být vizualizován pomocí fluorescenční mikroskopie a detekce tohoto proteinu v lyzátu buněk se provádí spuštěním protein gel pro Western Blot analýzu.
právě jste sledovali Úvod Joveho do s. cereviae. V tomto videu jsme přezkoumali: historii, buněčnou a molekulární biologii a biomedicínské aplikace s.cerevisiae. Doufáme, že se vám naše video líbilo, a doporučujeme vám, abyste se o něj podělili s pupenem.