Saccharomyces cerevisiae, ellers kendt som bagergær, er en af de mange modelorganismer, der studeres i laboratorier over hele verden. Fordi det genom er blevet sekventeret, dens genetik er nemt manipuleres, og det er let at vedligeholde i laboratoriet, denne art af gær har været en uvurderlig ressource i forståelsen af de grundlæggende cellulære processer, såsom celledeling og celledød. Denne video giver dig et overblik over denne modelorganisme og dens brede vifte af applikationer inden for biologisk og biomedicinsk forskning., gær hører til domænet Eukaryota, som består af organismer med membranbundne kerner, benævnt eukaryoter. Sammen med svampe og skimmelsvampe hører S. cerevisiae til Kongeriget svampe på grund af tilstedeværelsen af en cellevæg lavet af chitin, en polysaccharidpolymer, der ikke kun findes i svampe, men også i eksoskeleterne af insekter og krebsdyr.
interessant nok deler mange proteiner, der findes i gær, lignende sekvenser med proteiner fra deres andre eukaryoter., Disse proteiner er ofte homologe, og deres lignende sekvenser indikerer, at organismerne deler en fælles forfader. Ved at undersøge funktionen af et givet protein i gær får forskere indsigt i proteinets funktion i højere eukaryoter, såsom os, mennesker.
i naturen findes S. cerevisiae i varme, fugtige miljøer med en sukkerkilde tæt på hånden. En af dens foretrukne hænge ud pletter er vingården, hvor den bor på drue hud.
S., cerevisiae har en rund til ellipsoid ovoid form og er typisk 5-10 mikrometer i diameter, når den visualiseres ved hjælp af et lyst feltmikroskop.
når de fleste eukaryote celler deler sig via mitose og cytokinesis, er der en lige adskillelse af genetisk materiale og cytoplasma i datterceller. På den anden side gennemgår S. cerevisiae celledeling gennem en proces kaldet spirende.
denne form for aseksuel reproduktion involverer dannelsen af en nyligt syntetiseret knopp fra modercellen, som vokser i størrelse gennem cellecyklussen indtil cytokinesis., I modsætning til typisk eukaryot celledeling er de to celler ikke ens i størrelse efter mitose. nu hvor vi har lært lidt om S. cerevisiae som organisme, lad os diskutere, hvad der gør det til et godt modelsystem til forskning.
først vokser gærceller hurtigt og deler sig cirka hvert 90 minut. For det andet er de nemme at dyrke og behøver kun simpel teknik og instrumentering til formering. For det tredje, at være den første eukaryote organisme, der har hele sit genom sekventeret, S. cerevisiae har alle sine gensekvenser offentligt tilgængelige via gærgenomdatabasen.,
genetisk manipulation af gær er også yderst praktisk. De fleste S. cerevisiae vektorer, bærere af en DNA-sekvens af interesse, er shuttle vektorer. Shuttle vektorer er normalt plasmider, der kan formere sig i to forskellige arter, såsom både E. coli og S. cerevisiae. Dette gør det muligt at udføre molekylær kloning i E. coli, siger at inkorporere genet for grønt fluorescerende protein fra vandmænd i en shuttle vektor, som kan introduceres i gær for at få dem til at gløde.,
gærintegrativt plasmid er en type shuttle-vektor, der tillader inkorporering af fremmed DNA i gærgenomet gennem en proces kaldet homolog rekombination. Homolog rekombination er en udveksling af DNA mellem matchende eller lignende sekvenser, der resulterer i en genetisk krydsning mellem vektoren og værtsgenomisk DNA. Dette kan medføre, at et gen slås ud, eller at et gen byttes med et andet. Da homolog rekombination resulterer i integration i værtsgenomet, fortsætter den genetiske ændring, efter at gærcellen deler sig., nu hvor du ved, hvad der gør gær så praktisk til undersøgelse, lad os se på, hvorfor disse små critters har været så vigtige videnskabeligt. For længe, længe siden, i begyndelsen af det 6.årtusinde f. kr., var gær involveret i gæring af druer for at fremstille vin. Gær spillede senere en rolle i bagning af brød i det gamle Egypten.
det var først i 1856, at Luis Pasteur identificerede S. cerevisiae som den vigtigste vinfremstillings-og brødbagemikrobe., Han klassificerede gær som en fakultativ anaerobe, som i mangel af ilt skifter til gæring, en proces, der tillader gær at metabolisere sukkerarter og producerer alkohol som et biprodukt. I denne proces reduceres pyruvat, der fremstilles ved glycolyse, til acetylaldehyd, som derefter takket være omdannelsen af NADH til NAD+ reduceres til ethanol, den definerende ingrediens i vin.
hoppe frem til det 20.århundrede blev opdagelsen af proteiner, der regulerer cellecyklussen, fundet i gær af Hart .ell og Nurse.,
cellecyklussen er en række cellulære begivenheder, der inkluderer korrekt replikation og adskillelse af nukleart DNA, før en celle deler sig. Identifikationen af proteincyclin og cyclinafhængig kinase sammen med ændringen i deres relative overflod gennem interfase og mitose antydede, at disse proteiner er centrale regulatorer af celledeling., Den meget konserverede natur af disse proteiner gør deres undersøgelse i gær værdifuld for at forstå rollen som cyklinafhængige kinaser i multicellulære organismer, såsom dysregulering af cellecyklussen, hvilket kan føre til ukontrolleret celledeling eller kræft.
Fremme til 15 år senere, Blackburn, Greider, og Szostak gjorde banebrydende studier i forståelse telomerer samt opdagelsen af telomerases. Telomerer er gentagne sekvenser af DNA i slutningen af et kromosom, der forhindrer genomisk DNA i at degenerere., Tilsætningen af disse gentagne sekvenser udføres af telomeraser ved den 3′ flankerende ende af kromosomet, og komplementering af nukleotider efterfølges af DNA-polymerase i den hængende streng. Telomerer har konsekvenser i aldring, da disse DNA-segmenter bliver kortere i hele organismens levetid.
endnu for nylig, i 1992, opdagede Ohsumi og hans kolleger gener, der regulerer autofagi, en slags cellegenvinding. Under næringsstof sult, forbruges organeller af et autofagosom., Autophagosomet smelter derefter sammen med et lysosom for yderligere at nedbryde organellære proteiner til aminosyrer, der er essentielle for at fremstille nye proteiner. Autofagi er involveret i de vigtige cellulære mekanismer, der beskytter mod invaderende patogener og tumorvækst.
Der er en bred vifte af applikationer til undersøgelse af gær. Gær kan for eksempel bruges til at studere mitophagy, hvilket er fjernelse af beskadigede mitokondrier af autophagosomer. Denne proces har konsekvenser for sygdomme som Al .heimers og Parkinsons., I denne video induceres autofagi i gærceller med tilsætning af nitrogen sultemedium. Dernæst fremstilles celler til fluorescensmikroskopi for at observere mitofagi i nitrogen-sultede celler.
S. cerevisiae bruges til at udtrykke og rense store mængder proteiner, for eksempel det cystiske fibrose transmembranledningsregulerende protein. I denne video dyrkes gærceller, der bærer CFTR-plasmidet, i store kulturer. Dernæst udføres centrifugering af cellerne for at adskille mikrosomerne., Mikrosomer er kunstige fartøjer dannet fra det endoplasmatiske retikulum, når celler forstyrres. Isolering og oprensning af CFTR fra mikrosomer vil gøre det muligt for forskere at studere proteinets struktur ved hjælp af metoder som røntgenkrystallografi.
gær kan også bruges som et modelsystem til genetiske undersøgelser af humane DNA-reparationsproteiner. Disse proteiner detekterer og reparerer beskadiget DNA for at forhindre spredning af celler, der bærer et defekt genom, såsom kræftceller., Her ser du forfattere, der pletterer gærceller med det transformerede DNA-reparationsprotein, WRRN, på selektive medieplader. Cellemorfologi af mutanter til WRRN kan visualiseres ved hjælp af fluorescensmikroskopi, og detektion af dette protein i cellelysat udføres ved at køre en proteingel til analysisestern Blot-analyse.
du har lige set joves introduktion til S. cereviae. I denne video gennemgik vi: Historie, celle-og molekylærbiologi og biomedicinske anvendelser af S. cerevisiae. Vi håber du har nydt vores video, og vi opfordrer dig til at dele det med en opløbet.