Levadura utilizada para elaborar vino. La mayoría de ellas son especies diferentes de Saccharomyces cerevisiae.
La razón por la que se utiliza levadura, especialmente la cultivada artificialmente, en la producción de alcohol es para aumentar la producción de alcohol. E.C. Hansen (1883) comenzó a aislar y cultivar levadura y utilizarla para elaborar cerveza. Las siguientes levaduras del Instituto de Investigación Cervecera Carlsberg en Dinamarca son relativamente famosas. Otras levaduras de cerveza famosas incluyen la levadura inferior tipo Saaz alemana y la levadura superior japonesa británica. La morfología celular es la misma que la de otras levaduras cultivadas, que es un elipsoide casi esférico. A diferencia de la levadura salvaje, la levadura de cerveza es una levadura típica de alta fermentación que se utiliza habitualmente en la producción de cerveza.
Las colonias de levadura de cerveza en el medio de agar mosto son de color blanco lechoso, brillantes, planas y limpias. La reproducción asexual se produce principalmente por gemación. Puede fermentar glucosa, maltosa, galactosa y sacarosa, pero no lactosa ni melibiosa.
Según la relación entre la longitud de las células y el ancho de las células, la levadura de cerveza se puede dividir en tres grupos:
(1), las células son en su mayoría redondas, ovaladas o elípticas (longitud de las células / Ancho
(2) Las formas de las células son principalmente ovaladas y oblongas, y también hay células ovaladas redondas o cortas (longitud/ancho de las células ≈ 2). Este tipo de levadura se utiliza principalmente para elaborar vino y vino.
(3) Las células son rectangulares (largo/ancho de célula>; 2). Esta levadura es resistente a la alta presión osmótica y a la alta concentración de sal. . La melaza de caña de azúcar produce alcohol.
Además de elaborar cerveza, alcohol y otras bebidas, también puede fermentar el pan. Las bacterias son ricas en vitaminas y proteínas y pueden utilizarse como levadura comestible, medicinal y alimentaria. y de ellos también se pueden extraer células: pigmento C, ácido nucleico, glutatión, coágulo sanguíneo, coenzima A y trifosfato de adenosina. En la determinación microbiológica de vitaminas, la biotina, el ácido pantoténico, la tiamina, la piridoxina y el mioinositol se determinan habitualmente. . cerevisiae
Las aplicaciones más avanzadas incluyen principalmente los siguientes aspectos:
Saccharomyces cerevisiae, como organismo modelo para el estudio de organismos eucariotas, es actualmente uno de los organismos más conocidos porque tiene Muchas similitudes con la estructura de las células animales y vegetales y son fáciles de cultivar. Muchos homólogos de proteínas importantes para el cuerpo humano se descubrieron por primera vez en la levadura, incluidas las proteínas relacionadas con el ciclo celular, las proteínas de señalización y las enzimas procesadoras de proteínas. Se elaboran extractos de levadura. La materia prima principal, el extracto de levadura, es un componente común en el medio de cultivo.
Como organismo modelo para los eucariotas superiores, especialmente la investigación del genoma humano, la levadura desempeña el papel más directo en la producción. campo de la bioinformática Cuando las personas descubren un nuevo gen humano con una función desconocida, pueden buscar rápidamente genes de levadura homólogos con funciones conocidas en cualquier base de datos de genoma de levadura y obtener información relevante sobre sus funciones, acelerando así el descubrimiento de muchas funciones de genes humanos. Los genes relacionados con enfermedades genéticas tienen una alta homología con los genes de levadura. El estudio de las funciones fisiológicas de las proteínas codificadas por estos genes y sus interacciones con otras proteínas ayudará a profundizar nuestra comprensión de estas enfermedades genéticas, como las tempranas. La diabetes en etapa avanzada, el cáncer de intestino delgado y las enfermedades cardíacas son enfermedades poligénicas, y descubrir todos los genes relevantes involucrados en estas enfermedades es un proceso difícil y largo. Los genes de levadura y los genes relacionados con las enfermedades poligénicas humanas proporcionarán una ayuda importante para mejorar. diagnóstico y tratamiento.
El mejor ejemplo de levadura como organismo modelo es el estudio de genes relacionados con enfermedades genéticas humanas obtenidos mediante análisis de ligamiento, clonación posicional y verificación de secuenciación de secuencias de nucleótidos con genes de levadura. pistas para estudios funcionales, por ejemplo, los genes asociados con el cáncer de intestino delgado hereditario sin poliposis en humanos están relacionados con los genes de levadura MLH1 y MSH2, y el gen TEL1 asociado a la vasectasia y el gen SGS1 asociado al síndrome de Bloom son altamente homólogos. El gen hereditario del cáncer de intestino delgado sin poliposis muestra un fenotipo celular inestable en las células tumorales, pero el gen no fue clonado en humanos, los investigadores aislaron mutaciones genéticas con el mismo fenotipo (mutaciones msh2 y mlh1) en levaduras. Inspirado por este resultado, se especuló que el gen del cáncer de intestino delgado es un gen homólogo de MSH2 y MLH1, y su homología en secuencias de nucleótidos confirmó aún más esta especulación. El síndrome de Bloom es un trastorno genético que se manifiesta clínicamente como pubertad precoz.
In vitro, las células de los pacientes mostraron un fenotipo de ciclo de vida más corto y los genes relacionados eran altamente homólogos al gen SGS1 que codifica la helicasa en la levadura. Al igual que las células cultivadas de individuos con síndrome de Bloom, las células de levadura con mutaciones en el gen SGS1 mostraron un ciclo de vida significativamente más corto. Francoise et al. estudiaron más de 170 genes humanos obtenidos mediante clonación funcional y encontraron que el 42% de ellos tenían una homología obvia con genes de levadura. La mayoría de los productos codificantes de estos genes humanos están relacionados con vías de transducción de señales, transporte de membrana o síntesis y reparación de ADN, mientras que aquellos genes humanos que no tienen una homología obvia con genes de levadura codifican principalmente algunos receptores de membrana, componentes de la sangre o del sistema inmunológico, o humano Algunas enzimas y proteínas importantes en vías metabólicas especializadas. A medida que se disponga de más información genética de eucariotas superiores, se descubrirá que más genes de levadura tienen homología con eucariotas superiores. Por lo tanto, el papel del genoma de la levadura en el campo de la bioinformática se volverá más importante, promoviendo así el desarrollo de la investigación genómica de la levadura. En comparación con la levadura, los eucariotas superiores tienen fenotipos más ricos, lo que compensa la falta de cambios fenotípicos obvios causados por ciertas mutaciones genéticas en la levadura. Los siguientes ejemplos ilustran el refuerzo mutuo entre la investigación del genoma humano y la levadura. El xeroderma pigmentoso humano es una enfermedad de la piel autosómica recesiva que fácilmente se convierte en cáncer de piel. Ya en 1970, Cleaver et al. informaron que el xeroderma pigmentoso y los mutantes de levadura sensibles a los rayos UV están asociados con deficiencias en la reparación por escisión de nucleótidos (NER). En 1985, se secuenció el primer gen relacionado con la vía NER y se confirmó que era el gen RAD3 de la levadura. En 1987, Sung informó por primera vez que la levadura Rad3p podía reparar defectos en la actividad de la ADN helicasa en células eucariotas. En 1990, se clonó el gen xPD relacionado con el xeroderma pigmentoso y se descubrió que era altamente homólogo al gen RAD3 de la vía NER de la levadura. Posteriormente, se descubrió que todos los genes NER humanos pueden encontrar genes homólogos correspondientes en la levadura. Un gran avance se produjo en 1993, cuando se descubrió que las xPBp y xPDp humanas son componentes básicos del mecanismo de transcripción del complejo TFIIH de la ARN polimerasa II. Por lo tanto, la gente especula que los genes homólogos de xPBp y xPDp en la levadura (RAD3 y RAD25) también deberían tener funciones similares. A partir de esta pista se obtuvieron rápidamente resultados satisfactorios que confirmaron las especulaciones iniciales.
El papel de la levadura como organismo modelo no es sólo en bioinformática, sino que también proporciona un sistema experimental detectable para eucariotas superiores. Por ejemplo, pueden usarse funciones complementarias de genes heterólogos y genes de levadura para confirmar la función genética. Según las estadísticas incompletas de Bassett, el 15 de julio de 1996 se habían descubierto al menos 71 genes complementarios a los humanos y a las levaduras. Estos genes de levadura se pueden dividir en seis categorías: (1) 20 genes están relacionados con el metabolismo biológico, incluida la síntesis de macromoléculas biológicas, el metabolismo energético de la cadena respiratoria y el metabolismo de fármacos (2) 16 genes están relacionados con la regulación de la expresión génica, incluida la transcripción; procesamiento postranscripcional y traducción, procesamiento postraduccional y transporte de proteínas. ⑶1 gen codifica el transportador de membrana; ⑷7 genes están relacionados con la síntesis y reparación del ADN; ⑸7 genes están relacionados con la transducción de señales; Se ha descubierto que cada vez más genes humanos compensan los genes mutantes de la levadura, por lo que la cantidad de genes complementarios entre los humanos y la levadura ha superado con creces las estadísticas anteriores.
Realizar experimentos de complementación funcional en levaduras es sin duda un atajo para estudiar las funciones de los genes humanos. Si un gen humano de función desconocida puede compensar un gen mutante de función conocida en la levadura, los dos genes son funcionalmente similares. Para algunos genes humanos con funciones conocidas, también es de gran importancia realizar experimentos de complementación funcional. Por ejemplo, los tres genes humanos relacionados con la galactosemia, GALK2 (galactoquinasa), GALT (UDP-galactosiltransferasa) y GALE (UDP-galactosa isomerasa), pueden compensar respectivamente la correspondiente mutación de los genes GAL1, GAL7 y GAL10. Antes de los experimentos complementarios, las vías del metabolismo de la lactosa en humanos y levaduras ya estaban muy claras, y los métodos de detección de actividad de varias enzimas también eran muy sólidos. Se obtuvieron productos puros que pueden usarse para una serie de análisis bioquímicos. Con la clonación y el aislamiento exitosos de tres genes relacionados con la galactosemia humana, se hicieron posibles experimentos de complementación funcional, lo que confirmó aún más la conservación de genes relacionados con la galactosemia humana y genes de levadura a nivel genético.
Este logro se ha promovido y el sistema de levadura se ha utilizado para la detección y terapia génica de galactosemia, como distinguir mutaciones verdaderas de polimorfismos genéticos, simular el fenotipo combinado de múltiples mutaciones en levadura o detectar mutaciones intragénicas o supresoras entre genes. Estos métodos también son aplicables al estudio de otras enfermedades genéticas.
Utilizando las funciones de genes heterólogos y genes de levadura, la levadura también puede convertirse en una herramienta de detección de nuevos genes en otros organismos. Mediante el uso de mutantes de genes de levadura específicos, se analizan bibliotecas de expresión de ADNc humano para obtener clones complementarios. Por ejemplo, Tagendreich et al. utilizaron mutantes CDC de levadura para aislar muchos genes homólogos que funcionan en la mitosis en células humanas. Utilizando este método, se han clonado y aislado muchos genes nuevos para cultivos, ganado y aves de corral.
Para aprovechar plenamente el papel de la levadura como organismo modelo, además de desarrollar la bioinformática de la levadura y mejorar los métodos de investigación para la complementación funcional de genes extraños en la levadura, establecer un genoma mínimo de la levadura también es una manera factible. Un genoma mínimo de levadura significa que todos los genes significativamente abundantes se reducen al número mínimo que permite que la levadura crezca en medios sintéticos en condiciones experimentales. La función de un nuevo gen humano puede determinarse mediante la complementación genética entre un clon de ADNc humano y un gen defectuoso en la levadura con función conocida, pero dichos experimentos de complementación se ven afectados por la presencia de otros genes abundantes en el genoma de la levadura. Si los genes retenidos en el genoma mínimo de levadura construido pueden ser reemplazados completamente por secuencias de ADN humano o viral, entonces el fenotipo de reemplazo dependerá completamente de los genes extraños, que se convertirán en un sistema de análisis para la detección de medicamentos contra el cáncer y antivirales. .