Saccharomyces cerevisiae, auch als Bäckerhefe bekannt, ist einer der vielen Modellorganismen, die in Labors auf der ganzen Welt untersucht wurden. Da das Genom sequenziert wurde, seine Genetik leicht manipuliert werden kann und es im Labor leicht zu pflegen ist, war diese Hefeart eine unschätzbare Ressource für das Verständnis grundlegender zellulärer Prozesse wie Zellteilung und Zelltod. Dieses Video gibt Ihnen einen Überblick über diesen Modellorganismus und sein breites Anwendungsspektrum in der biologischen und biomedizinischen Forschung.,
Hefe gehört zur Domäne Eukaryota, die aus Organismen mit membrangebundenen Kernen besteht, die als Eukaryoten bezeichnet werden. Zusammen mit Pilzen und Schimmelpilzen gehört S. cerevisiae aufgrund des Vorhandenseins einer Zellwand aus Chitin, einem Polysaccharidpolymer, das nicht nur in Pilzen, sondern auch in den Exoskeletten von Insekten und Krebstieren vorkommt, zu den Reichspilzen.
Interessanterweise teilen viele Proteine, die in Hefe gefunden werden, ähnliche Sequenzen mit Proteinen ihrer Eukaryoten., Diese Proteine sind oft homolog, und ihre ähnlichen Sequenzen zeigen an, dass die Organismen einen gemeinsamen Vorfahren teilen. Durch die Untersuchung der Funktion eines bestimmten Proteins in Hefe erhalten Forscher einen Einblick in die Funktion des Proteins bei höheren Eukaryoten wie uns Menschen.
In der Natur findet sich S. cerevisiae in warmen, feuchten Umgebungen mit einer Zuckerquelle in der Nähe. Einer seiner beliebtesten Treffpunkte ist der Weinberg, wo er auf Traubenhaut wohnt.
S., cerevisiae hat eine runde bis ellipsoide eiförmige Form und ist typischerweise 5-10 Mikrometer im Durchmesser, wenn sie mit einem Hellfeldmikroskop visualisiert werden.
Wenn sich die meisten eukaryotischen Zellen über Mitose und Zytokinese teilen, gibt es eine gleiche Trennung von genetischem Material und Zytoplasma in Tochterzellen. Auf der anderen Seite erfährt S. cerevisiae die Zellteilung durch einen Prozess, der Knospung genannt wird.
Diese Form der asexuellen Reproduktion beinhaltet die Bildung einer neu synthetisierten Knospe aus der Mutterzelle, die während des gesamten Zellzyklus bis zur Zytokinese an Größe zunimmt., Im Gegensatz zur typischen eukaryotischen Zellteilung sind die beiden Zellen nach Mitose nicht gleich groß.
Nachdem wir nun etwas über S. cerevisiae als Organismus gelernt haben, wollen wir diskutieren, was es zu einem großartigen Modellsystem für die Forschung macht.
Zunächst wachsen Hefezellen schnell und teilen sich etwa alle 90 Minuten. Zweitens sind sie leicht zu züchten und benötigen nur eine einfache Technik und Instrumentierung für die Vermehrung. Drittens hat S. cerevisiae als erster eukaryotischer Organismus sein gesamtes Genom sequenziert und verfügt über alle seine Gensequenzen öffentlich über die Hefe-Genomdatenbank.,
Die genetische Manipulation von Hefe ist ebenfalls äußerst praktisch. Die meisten S. cerevisiae-Vektoren, Träger einer DNA-Sequenz von Interesse, sind Shuttle-Vektoren. Shuttle-Vektoren sind normalerweise Plasmide, die sich in zwei verschiedenen Arten ausbreiten können, wie z. B. E. coli und S. cerevisiae. Auf diese Weise kann das molekulare Klonen in E. coli durchgeführt werden, z. B. um das Gen für grün fluoreszierendes Protein aus Quallen in einen Shuttle-Vektor zu integrieren, der in Hefe eingeführt werden kann, um sie zum Leuchten zu bringen.,
Das Hefe-integrative Plasmid ist eine Art Shuttle-Vektor, der den Einbau fremder DNA in das Hefe-Genom durch einen Prozess ermöglicht, der als homologe Rekombination bezeichnet wird. Die homologe Rekombination ist ein Austausch von DNA zwischen übereinstimmenden oder ähnlichen Sequenzen, der zu einer genetischen Überkreuzung zwischen Vektor-und wirtsgenomischer DNA führt. Dies kann dazu führen, dass ein Gen ausgeschlagen wird oder ein Gen gegen ein anderes ausgetauscht wird. Da die homologe Rekombination zur Integration in das Wirtsgenom führt, bleibt die genetische Veränderung nach der Teilung der Hefezelle bestehen.,
Nun, da Sie wissen, was Hefe so bequem für das Studium macht, schauen wir uns an, warum diese kleinen Lebewesen wissenschaftlich so wichtig waren. Vor langer, langer Zeit, im frühen 6. Jahrtausend v. Chr., war Hefe an der Gärung von Trauben zur Herstellung von Wein beteiligt. Hefe spielte später eine Rolle beim Backen von Brot im alten Ägypten.
Erst 1856 identifizierte Luis Pasteur S. cerevisiae als die Schlüsselmikrobe für die Weinherstellung und das Brotbacken., Er klassifizierte Hefe als fakultativen anaeroben, der in Abwesenheit von Sauerstoff zur Fermentation übergeht, ein Prozess, der es Hefe ermöglicht, Zucker zu metabolisieren und Alkohol als Nebenprodukt zu produzieren. Bei diesem Prozess wird Pyruvat, das durch Glykolyse hergestellt wird, zu Acetylaldehyd reduziert, das dann dank der Umwandlung von NADH in NAD+ zu Ethanol, dem bestimmenden Bestandteil in Wein, reduziert wird. Jahrhundert, die Entdeckung von Proteinen, die den Zellzyklus regulieren, wurden in Hefe von Hartwell und Nurse gefunden.,
Der Zellzyklus ist eine Reihe zellulärer Ereignisse, die die ordnungsgemäße Replikation und Trennung von Kern-DNA vor einer Zellteilung umfassen. Die Identifizierung des Proteins Cyclin und Cyclin-abhängige Kinase, zusammen mit der Veränderung ihrer relativen Häufigkeit durch Interphase und Mitose, schlug vor, dass diese Proteine Schlüsselregulatoren der Zellteilung sind., Die stark konservierte Natur dieser Proteine macht ihre Studie in Hefe wertvoll für das Verständnis der Rolle von Cyclin-abhängigen Kinasen in vielzelligen Organismen, wie die Dysregulation des Zellzyklus, die zu unkontrollierter Zellteilung führen kann, oder Krebs.
Nach 15 Jahren machten Blackburn, Greider und Szostak bahnbrechende Studien zum Verständnis von Telomeren sowie zur Entdeckung von Telomerasen. Telomere sind repetitive DNA-Sequenzen am Ende eines Chromosoms, die verhindern, dass genomische DNA degeneriert., Die Zugabe dieser sich wiederholenden Sequenzen erfolgt durch Telomerasen am 3 ‚ flankierenden Ende des Chromosoms, und auf die Ergänzung der Nukleotide folgt die DNA-Polymerase im verzögerten Strang. Telomere haben Auswirkungen auf das Altern, da diese DNA-Segmente während der gesamten Lebensdauer eines Organismus kürzer werden.
Noch vor kurzem, 1992, entdeckten Ohsumi und seine Kollegen Gene, die die Autophagie regulieren, eine Art Zellrecycling. Während des Nährstoffmangels werden verbrauchbare Organellen von einem Autophagosom verschlungen., Das Autophagosom verschmilzt dann mit einem Lysosom, um organelläre Proteine weiter zu Aminosäuren abzubauen, die für die Herstellung neuer Proteine essentiell sind. Autophagie ist an den wichtigen zellulären Mechanismen beteiligt, die vor eindringenden Krankheitserregern und Tumorwachstum schützen.
Für das Studium von Hefe gibt es ein breites Anwendungsspektrum. Hefe kann beispielsweise zur Untersuchung der Mitophagie verwendet werden, bei der beschädigte Mitochondrien durch Autophagosomen entfernt werden. Dieser Prozess hat Auswirkungen auf Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson., In diesem Video wird Autophagie in Hefezellen unter Zusatz von Stickstoffhungermedium induziert. Als nächstes werden Zellen für die Fluoreszenzmikroskopie vorbereitet, um Mitophagie in stickstoffhungrigen Zellen zu beobachten.
S. cerevisiae wird verwendet, um große Mengen an Proteinen zu exprimieren und zu reinigen, beispielsweise das Mukoviszidose-Transmembran-Leitfähigkeitsregulationsprotein. In diesem Video werden Hefezellen, die das CFTR-Plasmid tragen, in großen Kulturen gezüchtet. Als nächstes wird eine Zentrifugation der Zellen durchgeführt, um die Mikrosomen zu trennen., Mikrosomen sind Artefaktgefäße, die aus dem endoplasmatischen Retikulum gebildet werden, wenn Zellen gestört werden. Die Isolierung und Reinigung von CFTR aus Mikrosomen ermöglicht es Wissenschaftlern, die Struktur des Proteins mit Methoden wie Röntgenkristallographie zu untersuchen.
Hefe kann auch als Modellsystem für genetische Untersuchungen von menschlichen DNA-Reparaturproteinen verwendet werden. Diese Proteine erkennen und fixieren beschädigte DNA, um die Proliferation von Zellen mit einem defekten Genom wie Krebszellen zu verhindern., Hier sehen Sie Autoren, die Hefezellen mit dem transformierten DNA-Reparaturprotein WRN auf selektiven Medienplatten plattieren. Die Zellmorphologie von Mutanten für WRN kann mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie visualisiert werden, und der Nachweis dieses Proteins in Zelllysat erfolgt durch Ausführen eines Proteingels für die Western-Blot-Analyse.
Sie haben gerade beobachtet, wie Jupiter ‚ s introduction to S. cereviae. In diesem Video haben wir überprüft: die Geschichte, Zell – und Molekularbiologie und biomedizinische Anwendungen von S. cerevisiae. Wir hoffen, Ihnen hat unser Video gefallen und wir ermutigen Sie, es mit einer Knospe zu teilen.