Saccharomyces cerevisiae, altrimenti noto come lievito di panetteria, è uno dei tanti organismi modello studiati nei laboratori di tutto il mondo. Poiché il suo genoma è stato sequenziato, la sua genetica è facilmente manipolabile ed è facile da mantenere in laboratorio, questa specie di lievito è stata una risorsa inestimabile nella comprensione dei processi cellulari fondamentali come la divisione cellulare e la morte cellulare. Questo video vi darà una panoramica di questo organismo modello e la sua vasta gamma di applicazioni nella ricerca biologica e biomedica.,
Il lievito appartiene al dominio Eucariota, che è composto da organismi con nuclei legati alla membrana, denominati eucarioti. Insieme a funghi e muffe, S. cerevisiae appartiene al Regno dei Funghi per la presenza di una parete cellulare fatta di chitina, un polimero polisaccaridico che si trova non solo nei funghi, ma anche negli esoscheletri di insetti e crostacei.
È interessante notare che molte proteine trovate nel lievito condividono sequenze simili con le proteine dei loro compagni eucarioti., Queste proteine sono spesso omologhe e le loro sequenze simili indicano che gli organismi condividono un antenato comune. Studiando la funzione di una determinata proteina nel lievito, i ricercatori acquisiscono informazioni sulla funzione della proteina negli eucarioti più alti, come gli Stati Uniti, gli esseri umani.
In natura, S. cerevisiae si trova in ambienti caldi e umidi, con una fonte di zucchero a portata di mano. Uno dei suoi punti di ritrovo preferiti è il vigneto, dove si sofferma sulla buccia dell’uva.
S., cerevisiae ha una forma ovoidale da rotonda a ellissoidale e ha tipicamente un diametro di 5-10 micrometri quando viene visualizzato utilizzando un microscopio a campo luminoso.
Quando la maggior parte delle cellule eucariotiche si dividono tramite mitosi e citocinesi, c’è un’uguale segregazione del materiale genetico e del citoplasma nelle cellule figlie. D’altra parte, S. cerevisiae subisce la divisione cellulare attraverso un processo chiamato germogliamento.
Questa forma di riproduzione asessuata comporta la formazione di una gemma appena sintetizzata dalla cellula madre, che cresce di dimensioni per tutto il ciclo cellulare fino alla citocinesi., A differenza della tipica divisione cellulare eucariotica, le due cellule non hanno dimensioni uguali dopo la mitosi.
Ora che abbiamo imparato un po ‘ su S. cerevisiae come organismo, discutiamo di ciò che lo rende un ottimo sistema modello per la ricerca.
In primo luogo, le cellule di lievito crescono rapidamente e si dividono circa ogni 90 minuti. In secondo luogo, sono facili da coltivare e richiedono solo una tecnica e una strumentazione semplici per la propagazione. In terzo luogo, essendo il primo organismo eucariotico ad avere il suo intero genoma sequenziato, S. cerevisiae ha tutte le sue sequenze geniche pubblicamente disponibili tramite il database del genoma del lievito.,
Anche la manipolazione genetica del lievito è estremamente pratica. La maggior parte dei vettori di S. cerevisiae, portatori di una sequenza di DNA di interesse, sono vettori shuttle. I vettori shuttle sono solitamente plasmidi che possono propagarsi in due specie diverse, come E. coli e S. cerevisiae. Questo permette clonazione molecolare da eseguire in E. coli, dire di incorporare il gene per la proteina fluorescente verde da meduse in un vettore navetta, che può essere introdotto nel lievito per farli brillare.,
Il plasmide integrativo del lievito è un tipo di vettore navetta che consente l’incorporazione di DNA estraneo nel genoma del lievito attraverso un processo chiamato ricombinazione omologa. La ricombinazione omologa è uno scambio di DNA tra sequenze corrispondenti o simili che si traduce in un crossover genetico tra il vettore e il DNA genomico ospite. Ciò può causare l’eliminazione di un gene o lo scambio di un gene con un altro. Inoltre, poiché la ricombinazione omologa si traduce in integrazione nel genoma ospite, il cambiamento genetico persiste dopo che la cellula di lievito si divide.,
Ora che sai cosa rende il lievito così conveniente per lo studio, diamo un’occhiata al motivo per cui queste piccole creature sono state così importanti scientificamente. Molto, molto tempo fa, all’inizio del VI millennio a.C., il lievito era coinvolto nella fermentazione dell’uva per fare il vino. Il lievito in seguito ha avuto un ruolo nella cottura del pane nell’antico Egitto.
Fu solo nel 1856 che Luis Pasteur identificò S. cerevisiae come il microbo chiave per la vinificazione e la cottura del pane., Ha classificato il lievito come anaerobo facoltativo, che, in assenza di ossigeno, passa alla fermentazione, un processo che consente al lievito di metabolizzare gli zuccheri e produce alcol come sottoprodotto. In questo processo, il piruvato, che viene prodotto dalla glicolisi, viene ridotto in acetilaldeide, che viene poi, grazie alla conversione di NADH in NAD+, ridotto in etanolo, l’ingrediente determinante nel vino.
Saltando avanti al 20 ° secolo, la scoperta di proteine che regolano il ciclo cellulare sono stati trovati nel lievito da Hartwell e infermiera.,
Il ciclo cellulare è una serie di eventi cellulari che include la corretta replicazione e segregazione del DNA nucleare prima che una cellula si divide. L’identificazione della proteina ciclina e della chinasi ciclina-dipendente, insieme al cambiamento nella loro abbondanza relativa attraverso l’interfase e la mitosi, ha suggerito che queste proteine sono regolatori chiave della divisione cellulare., La natura altamente conservata di queste proteine rende il loro studio nel lievito prezioso per comprendere il ruolo delle chinasi ciclina-dipendenti negli organismi multicellulari, come la disregolazione del ciclo cellulare, che può portare alla divisione cellulare incontrollata o al cancro.
Avanzando a 15 anni dopo, Blackburn, Greider e Szostak hanno fatto studi rivoluzionari nella comprensione dei telomeri e nella scoperta delle telomerasi. I telomeri sono sequenze ripetitive di DNA alla fine di un cromosoma che impediscono al DNA genomico di degenerare., L’aggiunta di queste sequenze ripetitive viene effettuata dalle telomerasi all’estremità di fianco 3 ‘ del cromosoma e la complementazione dei nucleotidi è seguita dalla DNA polimerasi nel filamento in ritardo. I telomeri hanno implicazioni nell’invecchiamento in quanto questi segmenti di DNA si accorciano per tutta la vita di un organismo.
Ancora più recentemente, nel 1992, Ohsumi ei suoi colleghi hanno scoperto i geni che regolano l’autofagia, una sorta di riciclaggio cellulare. Durante la fame di nutrienti, gli organelli sacrificabili sono inghiottiti da un autofagosoma., L’autofagosoma si fonderà quindi con un lisosoma, al fine di scomporre ulteriormente le proteine organellari in aminoacidi essenziali per la produzione di nuove proteine. L’autofagia è coinvolta negli importanti meccanismi cellulari che proteggono dagli agenti patogeni invasori e dalla crescita del tumore.
Ci sono una vasta gamma di applicazioni per lo studio del lievito. Il lievito può, ad esempio, essere usato per studiare la mitofagia, che è la rimozione dei mitocondri danneggiati da parte degli autofagosomi. Questo processo ha implicazioni in malattie come l’Alzheimer e il Parkinson., In questo video, l’autofagia viene indotta nelle cellule di lievito con l’aggiunta di mezzo di fame di azoto. Successivamente, le cellule vengono preparate per la microscopia a fluorescenza, al fine di osservare la mitofagia nelle cellule affamate di azoto.
S. cerevisiae è usato per esprimere e purificare grandi quantità di proteine, ad esempio la proteina regolatrice della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica. In questo video, le cellule di lievito che trasportano il plasmide CFTR vengono coltivate in grandi colture. Successivamente, viene eseguita la centrifugazione delle cellule per separare i microsomi., I microsomi sono vasi artefatti formati dal reticolo endoplasmatico quando le cellule vengono interrotte. L’isolamento e la purificazione della CFTR dai microsomi consentiranno agli scienziati di studiare la struttura della proteina utilizzando metodi come la cristallografia a raggi X.
Il lievito può anche essere utilizzato come sistema modello per gli studi genetici delle proteine di riparazione del DNA umano. Queste proteine rilevano e fissano il DNA danneggiato per prevenire la proliferazione delle cellule che trasportano un genoma difettoso, come le cellule tumorali., Qui vedete gli autori che placcano le cellule di lievito con la proteina di riparazione del DNA trasformata, WRN, su piastre di media selettivi. La morfologia cellulare dei mutanti per WRN può essere visualizzata utilizzando la microscopia a fluorescenza e la rilevazione di questa proteina nel lisato cellulare viene effettuata eseguendo un gel proteico per l’analisi Western Blot.
Hai appena visto l’introduzione di Giove a S. cereviae. In questo video abbiamo esaminato: la storia, la biologia cellulare e molecolare e le applicazioni biomediche di S. cerevisiae. Speriamo che ti sia piaciuto il nostro video e ti incoraggiamo a condividerlo con un bocciolo.