De Saccharomyces cerevisiae, algemeen bekend als bakkersgist, is een van de vele modelorganismen die wereldwijd in laboratoria worden bestudeerd. Vanwege zijn gesequencete genoom, zijn gemakkelijk te manipuleren genetica en zijn gemakkelijke onderhoud in laboratoria, is deze gistsoort een onschatbare bron geweest voor het begrijpen van fundamentele cellulaire processen zoals celdeling en celdood. Deze video geeft je een inkijkje in dit modelorganisme en zijn brede toepassingsgebied voor biologische en biomedische onderzoeksdoeleinden.
Gist behoort tot de groep van Eukaryoten, die bestaat uit organismen waarvan de kern is omgeven door een kernmembraan. Samen met schimmels en meeldauw behoort S. cerevisiae tot het koninkrijk der Fungi vanwege de aanwezigheid van een celwand bestaande uit chitine, een polysacharidepolymeer dat niet alleen in schimmels wordt gevonden, maar ook in de exoskeletten van insecten en schaaldieren.
Interessant is dat veel eiwitten in gist en die van hun eukaryote metgezellen vergelijkbare sequenties hebben. Deze eiwitten zijn vaak homologen en hun vergelijkbare sequenties geven een gemeenschappelijke voorouder aan. Door de functie van een gist-eiwit te bestuderen, verkregen onderzoekers diepgaande kennis van de functie van dit eiwit in hogere eukaryoten, zoals voor ons, mensen.
In de natuurlijke toestand bevindt S. cerevisiae zich in warme en vochtige omgevingen met een nabijgelegen suikerbron. Een van zijn favoriete plekken is de wijnstok, waar hij op de huid van de druif leeft.
Bij observatie onder een helderveldmicroscoop heeft S. cerevisiae een ronde of ellipsoïdale vorm en meestal een diameter van 5 tot 10 micrometer.
Wanneer de meeste eukaryote cellen zich delen door mitose en cytokinese, is er een gelijke verdeling van genetisch materiaal en cytoplasma in de dochtercellen. In het geval van S. cerevisiae, vindt celdeling plaats door een proces dat knopvorming wordt genoemd.
Deze vorm van ongeslachtelijke voortplanting houdt in dat een nieuwe knop wordt gevormd vanuit de moedercel, die volgens de celcyclus groeit tot aan de cytokinese. In tegenstelling tot typische eukaryote celdelingen, zijn de twee cellen na de mitose niet van dezelfde grootte.
Nu we wat meer weten over het organisme van S. cerevisiae, laten we bespreken waarom het een uitstekend model is voor onderzoek.
Ten eerste, groeien gistcellen snel en delen ze zich ongeveer elke 90 minuten. Ten tweede, ze zijn gemakkelijk te kweken en vereisen alleen eenvoudige technieken en instrumenten om zich te verspreiden. Ten derde, aangezien S. cerevisiae het eerste eukaryote organisme was waarvan het genoom volledig is gesequencet, zijn alle sequenties van zijn genen beschikbaar in de database van het gistgenoom.
Genetische manipulatie van gisten is ook uiterst eenvoudig. De meeste vectoren van S. cerevisiae, die een interessante DNA-sequentie dragen, zijn shuttle-vectoren. Shuttle-vectoren zijn meestal plasmiden die zich in twee verschillende soorten kunnen vermenigvuldigen, zoals E. coli en S. cerevisiae. Dit maakt moleculair klonen in E. coli mogelijk, bijvoorbeeld om het gen van het groene fluorescente eiwit van kwallen in een shuttle-vector op te nemen die kan worden geïntroduceerd in de gist om deze fluorescent te maken.
Het integratieve plasmide van de gist is een type shuttle-vector dat de integratie van vreemd DNA in het genoom van de gist mogelijk maakt door een proces dat homologe recombinatie wordt genoemd. Homologe recombinatie is een uitwisseling van DNA tussen complementaire of vergelijkbare sequenties die leidt tot een overslag tussen de vector en het genomische gastheer-DNA. Dit kan resulteren in het elimineren van een gen of het vervangen van een gen door een ander. Bovendien, aangezien homologe recombinatie leidt tot integratie in het gastheergenoom, blijft de genetische modificatie bestaan na celdeling van de gist.
Nu je weet wat gist zo geschikt maakt voor onderzoek, laten we eens kijken waarom deze kleine wezens wetenschappelijk zo belangrijk zijn geweest. Heel, heel lang geleden, aan het begin van het 6e millennium voor Christus, werd gist gebruikt bij het vergisten van druiven om wijn te produceren. Het oude Egypte maakte vervolgens gebruik van gist voor het bakken van brood.
Het duurde tot 1856 voordat Louis Pasteur S. cerevisiae identificeerde als de microbe die essentieel is voor het maken van wijn en brood. Hij classificeerde gist als een facultatief anaërobe organisme, dat in afwezigheid van zuurstof fermentatie veroorzaakt, een proces waarbij gist suikers metaboliseert en alcohol genereert als bijproduct. In dit proces wordt pyruvaat, een product van glycolyse, gereduceerd tot aceetaldehyde, dat vervolgens, dankzij de omzetting van NADH in NAD+, wordt gereduceerd tot ethanol, het bepalende ingrediënt van wijn.
In de 20e eeuw ontdekten Hartwell en Nurse in de gist de eiwitten die de celcyclus reguleren.
De celcyclus is een reeks cellulaire gebeurtenissen die de nauwkeurige replicatie en segregatie van nucleair DNA omvat vóór celdeling. De identificatie van cycline-eiwitten en cycline-afhankelijke kinasen, evenals de verandering in hun relatieve hoeveelheden tijdens de interfase en mitose, suggereerde dat deze eiwitten sleutelregulatoren zijn van de celdeling. Het zeer geconserveerde karakter van deze eiwitten maakt hun studie in gist nuttig voor het begrijpen van de rol van cycline-afhankelijke kinase in meercellige organismen, zoals bij de verstoring van de celcyclus die kan leiden tot ongecontroleerde celdeling of kanker.
Vijftien jaar later hebben Blackburn en Greider en Szoztak doorslaggevende studies geleid in het begrijpen van telomeren en de ontdekking van telomerase. Telomeren zijn herhaalde DNA-sequenties aan het uiteinde van een chromosoom die de degradatie van DNA voorkomen. De toevoeging van deze herhaalde sequenties wordt uitgevoerd door telomerase aan het 3'-uiteinde van het chromosoom en de nucleotidenparing wordt voortgezet door DNA-polymerase in de vertragingsstreng. Telomeren hebben implicaties voor veroudering, aangezien deze DNA-segmenten gedurende het leven van het organisme korter worden.
Meer recentelijk ontdekten Ohsumi en
