Saccharomyces cerevisiae, también conocida como levadura de panadería, es uno de los muchos organismos modelo estudiados en laboratorios de todo el mundo. Debido a que su genoma ha sido secuenciado, su genética es fácilmente manipulada y es fácil de mantener en el laboratorio, esta especie de levadura ha sido un recurso invaluable en la comprensión de procesos celulares fundamentales como la división celular y la muerte celular. Este video le dará una visión general de este organismo modelo y su amplia gama de aplicaciones en la investigación biológica y biomédica.,
La levadura pertenece al Dominio Eukaryota, que se compone de organismos con núcleos Unidos a la membrana, denominados eucariotas. Junto con los hongos y los mohos, S. cerevisiae pertenece al Reino de los hongos debido a la presencia de una pared celular hecha de quitina, un polímero polisacárido que se encuentra no solo en los hongos, sino también en los exoesqueletos de insectos y crustáceos.
curiosamente, muchas proteínas que se encuentran en la levadura comparten secuencias similares con proteínas de sus compañeros eucariotas., Estas proteínas son a menudo homólogas, y sus secuencias similares indican que los organismos comparten un ancestro común. Al investigar la función de una proteína dada en la levadura, los investigadores obtienen información sobre la función de la proteína en eucariotas superiores, como nosotros, los humanos.
en la naturaleza, S. cerevisiae se encuentra en ambientes cálidos y húmedos, con una fuente de azúcar a mano. Uno de sus lugares favoritos para pasar el rato es el viñedo, donde habita en la piel de la uva.
S., cerevisiae tiene una forma ovoide redonda a elipsoidal y es típicamente de 5-10 micrómetros de diámetro cuando se visualiza usando un microscopio de campo brillante.
Cuando la mayoría de las células eucariotas se dividen a través de mitosis y citocinesis, hay una segregación igual del material genético y el citoplasma en las células hijas. Por otro lado, S. cerevisiae se somete a la división celular a través de un proceso llamado brote.
esta forma de reproducción asexual implica la formación de un brote recién sintetizado a partir de la célula madre, que crece en tamaño a lo largo del ciclo celular hasta la citocinesis., A diferencia de la división celular eucariótica típica, las dos células no son iguales en tamaño después de la mitosis.
ahora que hemos aprendido un poco sobre S. cerevisiae como organismo, vamos a discutir lo que lo hace un gran sistema modelo para la investigación.
primero, las células de levadura crecen rápidamente y se dividen aproximadamente cada 90 minutos. En segundo lugar, son fáciles de cultivar y solo necesitan una técnica e instrumentación simples para su propagación. En tercer lugar, siendo el primer organismo eucariótico en tener todo su genoma secuenciado, S. cerevisiae tiene todas sus secuencias de genes disponibles públicamente a través de la base de datos del genoma de la levadura.,
la manipulación genética de la levadura también es extremadamente práctica. La mayoría de los vectores de S. cerevisiae, portadores de una secuencia de ADN de interés, son vectores lanzadera. Los vectores de lanzadera son generalmente plásmidos que pueden propagarse en dos especies diferentes, como E. coli y S. cerevisiae. Esto permite que la clonación molecular se realice en E. coli, por ejemplo, para incorporar el gen de la proteína fluorescente verde de las medusas en un vector de transporte, que se puede introducir en la levadura para que brillen.,
el plásmido integrador de levadura es un tipo de vector lanzadera que permite la incorporación de ADN extraño en el genoma de la levadura a través de un proceso llamado recombinación homóloga. La recombinación homóloga es un intercambio de ADN entre secuencias coincidentes o similares que resulta en un cruce genético entre el vector y el ADN genómico del huésped. Esto puede causar que un gen sea eliminado o que un gen sea intercambiado por otro. Además, dado que la recombinación homóloga resulta en la integración en el genoma del huésped, el cambio genético persiste después de que la célula de levadura se divide.,
ahora que sabes lo que hace que la levadura sea tan conveniente para el estudio, echemos un vistazo a por qué estas pequeñas criaturas han sido tan importantes científicamente. Hace mucho, mucho tiempo, a principios del 6to milenio A.C., La levadura estaba involucrada en la fermentación de las uvas para hacer vino. La levadura más tarde jugó un papel en la cocción del pan en el antiguo Egipto.
no fue hasta 1856 que Luis Pasteur identificó a S. cerevisiae como el microbio clave para la elaboración del Vino y la panificación., Clasificó la levadura como anaeróbica facultativa, que, en ausencia de oxígeno, pasa a la fermentación, un proceso que permite que la levadura metabolice los azúcares y produzca alcohol como subproducto. En este proceso, el piruvato, que se produce por glicólisis, se reduce a acetilaldehído, que luego, gracias a la conversión de NADH a NAD+, se reduce a etanol, el ingrediente definitorio del vino.
saltando hacia el siglo 20, El descubrimiento de proteínas que regulan el ciclo celular fueron encontrados en la levadura por Hartwell y Nurse.,
el ciclo celular es una serie de eventos celulares que incluye la replicación y segregación adecuada del ADN nuclear antes de que una célula se divida. La identificación de la proteína ciclina y la quinasa dependiente de ciclina, junto con el cambio en su abundancia relativa a través de la interfase y la mitosis, sugirieron que estas proteínas son reguladores clave de la división celular., La naturaleza altamente conservada de estas proteínas hace que su estudio en levadura sea valioso para comprender el papel de las quinasas dependientes de ciclina en organismos multicelulares, como la desregulación del ciclo celular, que puede conducir a la división celular incontrolada o al cáncer.
avanzando a 15 años más tarde, Blackburn, Greider y Szostak hicieron estudios de avance en la comprensión de los telómeros, así como el descubrimiento de las telomerasas. Los telómeros son secuencias repetitivas de ADN al final de un cromosoma que impiden que el ADN genómico degenere., La adición de estas secuencias repetitivas es llevada a cabo por telomerasas en el extremo flanqueante de 3′ del cromosoma, Y la complementación de nucleótidos es seguida por la polimerasa de ADN en la hebra rezagada. Los telómeros tienen implicaciones en el envejecimiento ya que estos segmentos de ADN se acortan a lo largo de la vida de un organismo.
aún más recientemente, en 1992, Ohsumi y sus colegas descubrieron genes que regulan la autofagia, una especie de reciclaje celular. Durante la inanición de nutrientes, los orgánulos prescindibles son engullidos por un autofagosoma., La autofagosomas luego se fusionan con un lisosoma, con el fin de desglosar aún más organelos de las proteínas a aminoácidos esenciales para la fabricación de nuevas proteínas. La autofagia está involucrada en los importantes mecanismos celulares que protegen contra los patógenos invasores y el crecimiento tumoral.
Hay una amplia gama de aplicaciones para el estudio de la levadura. La levadura puede, por ejemplo, usarse para estudiar la mitofagia, que es la eliminación de mitocondrias dañadas por autofagosomas. Este proceso tiene implicaciones en enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson., En este video, la autofagia se induce en células de levadura con la adición de medio de inanición de nitrógeno. A continuación, las células se preparan para la microscopía de fluorescencia, con el fin de observar la mitofagia en células carentes de nitrógeno.
S. cerevisiae se utiliza para expresar y purificar grandes cantidades de proteínas, por ejemplo la proteína reguladora de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística. En este video, las células de levadura que llevan el plásmido CFTR se cultivan en cultivos grandes. A continuación, se lleva a cabo la centrifugación de las células para separar los microsomas., Los microsomas son vasos artificiales formados a partir del retículo endoplásmico cuando las células se interrumpen. El aislamiento y purificación de CFTR a partir de microsomas permitirá a los científicos estudiar la estructura de la proteína mediante el uso de métodos como la cristalografía de rayos X.
La levadura también se puede usar como un sistema modelo para estudios genéticos de proteínas de reparación de ADN humano. Estas proteínas detectan y reparan el ADN dañado para prevenir la proliferación de células portadoras de un genoma defectuoso, como las células cancerosas., Aquí Ven a los autores plateando células de levadura con la proteína transformada de reparación del ADN, WRN, en placas de medios selectivos. La morfología celular de mutantes para WRN se puede visualizar usando microscopía de fluorescencia, y la detección de esta proteína en lisado celular se lleva a cabo ejecutando un gel de proteína para el análisis de Western Blot.
acabas de ver la introducción de JoVE a S. cereviae. En este video revisamos: historia, biología celular y molecular y aplicaciones biomédicas de S. cerevisiae. Esperamos que hayas disfrutado de nuestro vídeo, y te animamos a compartirlo con un bud.