3.7: Reprodução de levedura

Apesar de ser um eucariota unicelular simples, Saccharomyces cerevisiae serve como um organismo modelo valioso porque seus processos celulares, como o ciclo celular, se assemelham aos encontrados em eucariotos de ordem superior, como nós. No ciclo celular da levedura, o crescimento celular e a divisão celular estão intimamente ligados e dependem de fatores como a concentração de nutrientes. Dependendo dos sinais ambientais, a levedura pode sofrer reprodução assexuada ou sexuada para produzir novas células. Este vídeo lhe dará uma visão geral sobre o ciclo celular da levedura e as diferentes formas de reprodução em S. cerevisiae.

Vamos rapidamente aprimorar nosso conhecimento do ciclo celular. Existem duas fases principais, Interfase, que é composta pelas subfases G1, S e G2; e fase M, ou mitose. Como você sabe, a mitose é um componente importante da divisão celular, e as leveduras são peculiares porque se dividem assimetricamente por meio de um mecanismo de reprodução assexuada, conhecido como brotamento.

Na fase G1, as células se comprometem com o ciclo celular no ponto "START". Os botões aparecem durante a fase S e continuam a crescer durante o resto do ciclo celular, incluindo a mitose. Quando a citocinese está completa, a divisão desigual do citoplasma produz uma célula-filha menor. Infelizmente para a célula-mãe, a cicatrização visível ocorre no local da divisão celular. Felizmente para os cientistas, no entanto, a marcação fluorescente do componente da parede celular quitina permite que os pesquisadores examinem o padrão de brotamento de uma célula de levedura e estimem quantas vezes ela se dividiu.

Uma célula recém-formada crescerá na fase G1, na presença de nutrientes, até que certas condições sejam atendidas e um ponto de verificação do ciclo celular, ou ponto de restrição chamado "START", seja alcançado. Uma vez que as células passam por "START", elas são comprometidas com o restante do ciclo celular e se dividem novamente. Antes que esse ponto de verificação seja alcançado, no entanto, a levedura pode sofrer meiose e subsequente reprodução sexuada.

Agora, por que um eucariota unicelular como a levedura precisa se submeter à reprodução sexuada?

Como você já deve ter aprendido, a reprodução sexuada é uma forma de introduzir variação em uma população de organismos, o que promove a sobrevivência.

O tipo de levedura que acasala são os haplóides, que contêm uma cópia do genoma, como óvulos ou espermatozóides. Existem dois tipos de acasalamento haplóides, Mat a e Mat alpha, e essas células podem brotar e se reproduzir assexuadamente, como leveduras diplóides.

Cada um desses tipos de acasalamento libera feromônios. Mat a libera o "fator a" e Mat alpha libera o "fator alfa". Os feromônios são detectados pelos tipos opostos de acasalamento e fazem com que a levedura haploide mude de forma, alongando-se e entrando na fase schmoo.

Durante esta fase, dois haplóides continuam a crescer um em direção ao outro até atingir o contato célula-célula. A fusão nuclear e célula a célula subsequente resulta na formação do zigoto. O zigoto nascente então entra novamente no ciclo celular mitótico, dando origem ao seu primeiro botão diplóide. Os zigotos aparecerão células em forma de haltere, com ou sem botão.

Você pode estar se perguntando como os haplóides são produzidos em primeiro lugar. A resposta é simples: meiose. Você provavelmente já sabe que, após uma duplicação cromossômica inicial, a meiose

resulta em células-filhas com metade do número de cromossomos da célula-mãe. Quando as leveduras estão sob condições ambientalmente estressantes, ocorre uma forma de meiose, conhecida como esporulação.

Durante a esporulação, esporos haplóides são produzidos para cada tipo de acasalamento e estão contidos em uma estrutura membranosa resistente chamada asco, conforme indicado aqui com círculos amarelos. Quando as condições ambientais melhoram, os esporos são liberados do ascalo. A partir daí, eles se desenvolvem em células haplóides Mat a e Mat alfa e passam pelo ciclo de reprodução sexual mais uma vez.

Agora que você está familiarizado com a reprodução de leveduras, vamos dar uma olhada e ver como esse processo pode ser aplicado para estudos futuros.

Compreender a reprodução de leveduras é essencial em experimentos genéticos, por exemplo, gerando cepas de leveduras com múltiplas mutações. Neste vídeo, você pode ver a mistura de duas cepas haplóides diferentes, Mat a e Mat alpha, em uma placa de ágar, e a incubação subsequente para permitir o acasalamento e a formação de diplóides. Eles são então replicados em meios seletivos que permitirão apenas o crescimento diplóide. Os diplóides podem então ser esporulados em meios deficientes em nutrientes, os esporos haplóides resultantes dissecados com um micromanipulador e semeados em uma placa de ágar em um padrão de matriz. Os genótipos haplóides podem ser confirmados por PCR ou crescimento em meio seletivo.

Estudos de envelhecimento também podem ser realizados examinando a vida útil replicativa das células de levedura. O tempo de vida replicativo é o número de brotamentos pelos quais uma célula passa em sua vida. Uma única célula de levedura pode produzir cerca de 30 botões antes de morrer. Aqui, você pode ver que um micromanipulador é usado para separar uma célula-filha da célula-mãe, a fim de analisar a vida útil da levedura ao longo do tempo. Os dados brutos produzidos por um experimento de vida útil replicativa são uma lista de números correspondentes às células-filhas produzidas por cada célula-mãe em cada faixa etária.

O desenvolvimento da morfologia celular em função de processos celulares, como a concentração de proteínas, pode ser estudado em leveduras em brotamento. Aqui você vê a preparação de células para microcópia para visualizar defeitos específicos do fenótipo. Neste vídeo de lapso de tempo, vários botões se formam, indicando que as células não conseguem se separar umas das outras, sugerindo um defeito na divisão celular.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à reprodução de Saccharomyces cerevisiae. Neste vídeo, falamos sobre o ciclo celular da levedura e abordamos os ciclos de vida da reprodução assexuada e sexuada desta espécie. Obrigado por assistir, e não se esqueça do seu shmoo!