SACCHAROMYCES CEREVISIAE: CHARAKTERYSTYKA, MORFOLOGIA, CYKL ŻYCIOWY - BIOLOGIA - 2026

Przez Saccharomyces cerevisiae lub piwne „s Drożdże to jednokomórkowe grzyby należące do Ascomycota Gromada w klasie Hemiascomicete i porządku Saccharomicetales. Charakteryzuje się szerokim rozmieszczeniem siedlisk, takich jak liście, kwiaty, gleba i woda. Jego nazwa oznacza piwne grzyby cukrowe, ponieważ jest używany podczas produkcji tego popularnego napoju.

Te drożdże są używane od ponad wieku do pieczenia i warzenia piwa, ale dopiero na początku XX wieku naukowcy zwrócili na nie uwagę, czyniąc z niego model do badań.

Saccharomyces cerevisiae na płytce agarowej. Rainis Venta, źródło Wikimedia Commons

Ten mikroorganizm był szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu; Obecnie jest to grzyb szeroko stosowany w biotechnologii do produkcji m.in. insuliny, przeciwciał, albuminy, a także innych interesujących ludzkości substancji.

Jako model badawczy drożdże te umożliwiły wyjaśnienie mechanizmów molekularnych, które zachodzą podczas cyklu komórkowego w komórkach eukariotycznych.

Charakterystyka biologiczna

Saccharomyces cerevisiae to eukariotyczny jednokomórkowy drobnoustrój, kulisty, żółtawozielony. Jest chemoorganotroficzny, ponieważ wymaga związków organicznych jako źródła energii i nie potrzebuje światła słonecznego do wzrostu. Te drożdże mogą wykorzystywać różne cukry, przy czym preferowanym źródłem węgla jest glukoza.

S. cerevisiae jest fakultatywnym beztlenowym, ponieważ jest zdolny do wzrostu w warunkach niedoboru tlenu. W tych warunkach środowiskowych glukoza jest przekształcana w różne półprodukty, takie jak etanol, CO2 i glicerol.

Ta ostatnia jest znana jako fermentacja alkoholowa. Podczas tego procesu wzrost drożdży nie jest wydajny, jednak jest to pożywka szeroko stosowana w przemyśle do fermentacji cukrów występujących w różnych ziarnach, takich jak pszenica, jęczmień i kukurydza.

Genom S. cerevisiae został całkowicie zsekwencjonowany i jest to pierwszy uzyskany organizm eukariotyczny. Genom jest zorganizowany w haploidalny zestaw 16 chromosomów. Około 5800 genów jest przeznaczonych do syntezy białek.

Genom S. cerevisiae jest bardzo zwarty, w przeciwieństwie do innych eukariontów, ponieważ 72% reprezentowane jest przez geny. W tej grupie około 708 zostało zidentyfikowanych jako uczestniczące w metabolizmie, przeprowadzając około 1035 reakcji.

Morfologia

S. cerevisiae to mały organizm jednokomórkowy blisko spokrewniony z komórkami zwierząt i roślin. Błona komórkowa oddziela składniki komórkowe od środowiska zewnętrznego, podczas gdy błona jądrowa chroni materiał dziedziczny.

Podobnie jak w przypadku innych organizmów eukariotycznych, błona mitochondrialna bierze udział w wytwarzaniu energii, podczas gdy retikulum endoplazmatyczne (ER) i aparat Golgiego biorą udział w syntezie lipidów i modyfikacji białek.

W wakuoli i peroksysomach znajdują się szlaki metaboliczne związane z funkcjami przewodu pokarmowego. Tymczasem złożona sieć rusztowań działa jako podpora komórkowa i umożliwia ruch komórek, pełniąc w ten sposób funkcje cytoszkieletu.

Włókna aktyny i miozyny cytoszkieletu działają wykorzystując energię i umożliwiają biegunowe uporządkowanie komórek podczas podziału komórki.

Podział komórki prowadzi do asymetrycznego podziału komórek, w wyniku czego komórka macierzysta jest większa niż komórka potomna. Jest to bardzo powszechne u drożdży i jest procesem określanym jako pączkowanie.

S. cerevisiae posiada ścianę komórkową chityny, nadającą drożdżom charakterystyczny kształt komórek. Ta ściana zapobiega uszkodzeniom osmotycznym, ponieważ wywiera ciśnienie turgorowe, zapewniając tym mikroorganizmom pewną plastyczność w szkodliwych warunkach środowiskowych. Ściana komórkowa i błona są połączone przestrzenią peryplazmatyczną.

Koło życia

Cykl płciowy Saccharomyces cerevisiae. Źródło: Wikimedia Commons

Cykl życiowy S. cerevisiae jest podobny do cyklu większości komórek somatycznych. Mogą istnieć komórki haploidalne i diploidalne. Rozmiar komórek haploidalnych i diploidalnych różni się w zależności od fazy wzrostu i od szczepu do szczepu.

Podczas wzrostu wykładniczego hodowla komórek haploidalnych rozmnaża się szybciej niż diploidalna hodowla komórek. Komórki haploidalne mają pąki, które pojawiają się obok poprzednich, podczas gdy komórki diploidalne pojawiają się na przeciwnych biegunach.

Wzrost wegetatywny zachodzi poprzez pączkowanie, w którym komórka potomna zaczyna się jako pączek z komórki macierzystej, po którym następuje podział jądra, tworzenie ściany komórkowej i ostatecznie oddzielenie komórek.

Każda komórka macierzysta może uformować około 20-30 pąków, więc jej wiek można określić na podstawie liczby blizn na ścianie komórkowej.

Komórki diploidalne, które rosną bez azotu i źródła węgla, przechodzą proces mejozy, w wyniku którego powstają cztery zarodniki (askas). Te zarodniki mają wysoką odporność i mogą kiełkować w bogatym podłożu.

Zarodniki mogą należeć do grupy kojarzenia a, α lub obu, co jest analogiczne do płci u organizmów wyższych. Obie grupy komórek wytwarzają substancje podobne do feromonów, które hamują podział komórek drugiej komórki.

Kiedy te dwie grupy komórek spotykają się, każda z nich tworzy rodzaj wypukłości, która po połączeniu prowadzi w końcu do kontaktu międzykomórkowego, ostatecznie tworząc diploidalną komórkę.

Aplikacje

Ciasta i chleb

S. cerevisiae to drożdże najczęściej używane przez ludzi. Jednym z głównych zastosowań jest pieczenie i wypiek chleba, ponieważ podczas procesu fermentacji ciasto pszenne mięknie i pęcznieje.

Suplement diety

Z drugiej strony drożdże te znalazły zastosowanie jako suplement diety, gdyż około 50% jego suchej masy stanowią białka, są też bogate w witaminę B, niacynę i kwas foliowy.

Produkcja napojów

Te drożdże biorą udział w produkcji różnych napojów. Przemysł piwowarski używa go szeroko. Fermentując cukry, z których składają się ziarna jęczmienia, można wyprodukować piwo, popularny na całym świecie napój.

Podobnie S. cerevisiae może fermentować cukry obecne w winogronach, wytwarzając do 18% objętościowego etanolu wina.

Biotechnologia

Z drugiej strony, z biotechnologicznego punktu widzenia, S. cerevisiae był wzorem badań i użytkowania, ponieważ jest to organizm łatwy w uprawie, szybko rosnący, którego genom został zsekwencjonowany.

Wykorzystanie tych drożdży przez przemysł biotechnologiczny obejmuje zarówno produkcję insuliny, jak i produkcję przeciwciał i innych białek stosowanych w medycynie.

Obecnie przemysł farmaceutyczny wykorzystuje ten drobnoustrój do produkcji różnych witamin, dlatego zakłady biotechnologiczne wyparły zakłady petrochemiczne do produkcji związków chemicznych.

Bibliografia

1. Harwell, LH, (1974). Cykl komórkowy Saccharomyces cerevisiae. Przeglądy bakteriologiczne, 38 (2), s. 164-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLoS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Kovačević, M., (2015). Charakterystyka morfologiczna i fizjologiczna komórek drożdży Saccharomyces cerevisiae różniących się długością życia. Praca magisterska z biochemii. Wydział Farmacji i Biochemii Uniwersytetu w Zagrzebiu. Zagrzeb, Chorwacja.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Biologia systemów przemysłowych Saccharomyces cerevisiae umożliwia stworzenie nowej fabryki komórek kwasu bursztynowego. PLoS ONE, 8 (1), e54144. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0054144
5. Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S. (2004). Baza danych morfologicznych Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 32, str. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Shneiter, R., (2004). Genetyka, biologia molekularna i komórkowa drożdży. Université de Fribourg Suisse, s. 5-18.