SACCHAROMYCES CEREVISIAE: CHARAKTERISTIKA, MORFOLOGIE, ŽIVOTNÍ CYKLUS - BIOLOGIE - 2025

V Saccharomyces cerevisiae či pivovarské je droždí je jednobuněčný houba patřící do kmen Ascomycota, třídy Hemiascomicete a pořadí Saccharomicetales. Vyznačuje se širokou distribucí stanovišť, jako jsou listy, květy, půda a voda. Jeho název znamená pivní cukrová houba, protože se používá při výrobě tohoto oblíbeného nápoje.

Tato droždí se používá při pečení a vaření více než jedno století, ale vědci jí věnovali pozornost začátkem 20. století, což ji učinilo vzorem pro studium.

Saccharomyces cerevisiae na agarové plotně. Podle Rainis Venta, z Wikimedia Commons

Tento mikroorganismus byl široce používán v různých průmyslových odvětvích; V současné době se jedná o houbu široce používanou v biotechnologiích, k produkci inzulínu, protilátek, albuminu, mimo jiné látek důležitých pro lidstvo.

Jako model studie umožnily tyto kvasinky objasnit molekulární mechanismy, které se vyskytují během eukaryotických buněk během buněčného cyklu.

Biologické vlastnosti

Saccharomyces cerevisiae je eukaryotní jednobuněčný mikrob, kulovitého tvaru, nažloutlá zelená. Je chemoorganotropní, protože vyžaduje organické sloučeniny jako zdroj energie a nevyžaduje růst slunečního světla. Tyto kvasinky jsou schopné používat různé cukry, přičemž výhodným zdrojem uhlíku je glukóza.

S. cerevisiae je fakultativní anaerobní, protože je schopna růst v podmínkách s nedostatkem kyslíku. Během tohoto prostředí je glukóza přeměněna na různé meziprodukty, jako je ethanol, CO2 a glycerol.

Ta je známá jako alkoholové kvašení. Během tohoto procesu není růst kvasinek účinný, je to však v průmyslu široce používané k fermentaci cukrů přítomných v různých zrnech, jako je pšenice, ječmen a kukuřice.

Genom S. cerevisiae byl zcela sekvenován, což je první eukaryotický organismus, kterého bylo dosaženo. Genom je uspořádán do haploidní sady 16 chromozomů. K syntéze proteinů je určeno přibližně 5 800 genů.

Genom S. cerevisiae je velmi kompaktní, na rozdíl od jiných eukaryot, protože 72% je představováno geny. V této skupině bylo identifikováno přibližně 708 účastnících se metabolismu, provádějících asi 1035 reakcí.

Morfologie

S. cerevisiae je malý jednobuněčný organismus, který úzce souvisí s buňkami zvířat a rostlin. Buněčná membrána odděluje buněčné komponenty od vnějšího prostředí, zatímco jaderná membrána chrání dědičný materiál.

Stejně jako v jiných eukaryotických organismech se mitochondriální membrána podílí na tvorbě energie, zatímco endoplazmatické retikulum (ER) a Golgiho aparát jsou zapojeny do syntézy lipidů a modifikace proteinů.

Vakuola a peroxisomy obsahují metabolické cesty související s trávicími funkcemi. Mezitím složitá síť lešení funguje jako podpora buněk a umožňuje pohyb buněk, čímž vykonává funkce cytoskeletu.

Aktinová a myosinová vlákna cytoskeletu pracují s využitím energie a umožňují polární uspořádání buněk během buněčného dělení.

Dělení buněk vede k asymetrickému dělení buněk, což má za následek větší kmenovou buňku než dceřiná buňka. Toto je velmi časté u kvasinek a je to proces, který je definován jako začínající.

S. cerevisiae má chitinovou buněčnou stěnu, která dává kvasinkám jeho charakteristický buněčný tvar. Tato stěna zabraňuje osmotickému poškození, protože vyvíjí tlak v turgoru, čímž poskytuje těmto mikroorganismům určitou plastičnost za škodlivých podmínek prostředí. Buněčná stěna a membrána jsou spojeny periplazmatickým prostorem.

Životní cyklus

Sexuální cyklus Saccharomyces cerevisiae. Zdroj: Wikimedia Commons

Životní cyklus S. cerevisiae je podobný jako u většiny somatických buněk. Mohou to být haploidní a diploidní buňky. Velikost buněk haploidních a diploidních buněk se liší podle růstové fáze a od kmene k kmeni.

Během exponenciálního růstu se haploidní buněčná kultura reprodukuje rychleji než diploidní buněčná kultura. Haploidní buňky mají pupeny, které se objevují sousedící s předchozími, zatímco diploidní buňky se objevují na opačných pólech.

Vegetativní růst nastává pučením, ve kterém dceřinná buňka začíná jako pupen z mateřské buňky, následuje jaderné dělení, tvorba buněčné stěny a nakonec separace buněk.

Každá kmenová buňka může tvořit asi 20-30 pupenů, takže její věk může být určen počtem jizev na buněčné stěně.

Diploidní buňky, které rostou bez dusíku a bez zdroje uhlíku, podléhají procesu meiózy a produkují čtyři spory (ascas). Tyto spory mají vysokou odolnost a mohou klíčit v bohatém médiu.

Spóry mohou být z a, a nebo obou párovacích skupin, což je analogické sexu ve vyšších organismech. Obě buněčné skupiny produkují feromonem podobné látky, které inhibují buněčné dělení druhé buňky.

Když se tyto dvě buněčné skupiny setkají, každá z nich vytvoří jakýsi výčnělek, který, když se spojí, nakonec povede k mezibuněčnému kontaktu a nakonec vytvoří diploidní buňku.

Aplikace

Pečivo a chléb

S. cerevisiae jsou kvasinky, které lidé nejvíce používají. Jedním z hlavních použití bylo pečení a výroba chleba, protože během fermentačního procesu pšeničné těsto zjemňuje a rozšiřuje.

Výživový doplněk

Na druhé straně se tyto kvasinky používají jako doplněk stravy, protože asi 50% své suché hmotnosti tvoří proteiny, je také bohatá na vitamín B, niacin a kyselinu listovou.

Výroba nápojů

Tyto kvasnice se podílejí na výrobě různých nápojů. Pivovarnický průmysl ji používá značně. Kvasením cukrů, které tvoří ječmenná zrna, lze vyrobit pivo, světově oblíbený nápoj.

Obdobně může S. cerevisiae fermentovat cukry přítomné v hroznech a produkovat až 18% objemových ethanolu vína.

Biotechnologie

Na druhé straně je z biotechnologického hlediska S. cerevisiae modelem studia a použití, protože je to organismus, který se snadno pěstuje, rychle roste a jehož genom byl sekvenován.

Použití těchto kvasinek v biotechnologickém průmyslu sahá od produkce inzulínu po výrobu protilátek a dalších proteinů používaných v medicíně.

V současné době farmaceutický průmysl používá tento mikroorganismus při výrobě různých vitamínů, a proto biotechnologické továrny vytlačily petrochemické závody při výrobě chemických sloučenin.

Reference

1. Harwell, LH, (1974). Buněčný cyklus Saccharomyces cerevisiae. Bakteriologické recenze, 38 (2), str. 164-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLoS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Kovačević, M., (2015). Morfologické a fyziologické vlastnosti kvasinek Saccharomyces cerevisiae se liší v délce života. Diplomová práce z biochemie. Farmaceutická a biochemická fakulta Univerzity v Záhřebu. Záhřeb-Chorvatsko.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Průmyslová biologie systémů Saccharomyces cerevisiae umožňuje novou buněčnou továrnu na výrobu kyseliny sukcinové. PLoS ONE, 8 (1), e54144.
5. Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S., (2004). Morfologická databáze Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 32, str. 319-322. DOI: 10,1093 / nar / gkh113
6. Shneiter, R., (2004). Genetika, molekulární a buněčná biologie kvasinek. Université de Fribourg Suisse, pp. 5-18.