Pagaripärm

Allikas: Vikipeedia
Pagaripärm
S cerevisiae under DIC microscopy.jpg
Taksonoomia
Domeen: Eukaryota[1][katkine link]
Riik: Fungi
Hõimkond: Ascomycetes
Klass: Saccharomycetes
Selts: Saccharomycetales
Sugukond: Saccharomycetaceae
Perekond: Saccharomyces
Liik: Pagaripärm
Ladinakeelne nimetus
S. cerevisiae

Pagaripärm (Saccharomyces cerevisiae) on kottseente hulka kuuluv tuntuim pärmseeneliik. Pagaripärmi kasutatakse käärimises, küpsetamises ja veinitööstuses. Neid kasutatakse ka eukarüootide mudelorganismina molekulaar- ja rakubioloogias. Pagaripärmi rakud on ümmargused, diameetriga 5–10 mikromeetrit. Paljunemise viisiks on pungumine.[2]

Paljud inimese bioloogias olulised valgud (nt rakutsükli valgud, signaalvalgud ja ensüümid, avastati nende pärmides asuvate homoloogide uurimisel.[3]

Nimetus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Saccharomyces tähendab kreeka keeles suhkruseeni (saccharo – 'suhkur' ja myces – 'seen'). Cerevisiae tähendab ladina keeles 'õllest tulenev'.[1]

Fülogenees[muuda | redigeeri lähteteksti]

S. cerevisiae fülogenees Candida albicans`i kaudu toimus 140–841 miljonit aastat tagasi.

Bioloogia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Elutsükkel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärmid saavad elada ja kasvada, olles kahes vormis: haploidne ja diploidne. Haploidsed rakud teevad läbi lihtsama elutsükli, mis koosneb mitoosist ja kasvamisest. Stressi tingimustes nad tavaliselt surevad. Diploidsed rakud(pärmseente eelisvorm) teevad ka lihtsama elutsükli läbi, kuid stressi tingimustes võivad moodustada spoore, minnes läbi meioosi ja moodustades neli haploidset spoori. Kasvades täisväärtuslikus söötmes, kahekordistub pagaripärmi kultuur 100 minuti jooksul. Keskmine eluiga on umbes 26 jagunemist.[4]

Kasvutingimused. Metabolism[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõik pagaripärmi tüved võivad kasvada aeroobselt, kasutades glükoosi, maltoosi ja trehhaloosi. Ei kasva laktoosi ja tsellobioosi juuresolekul. Parimad käärimise süsivesikud on galaktoos ja fruktoos. Erinevate suhkrute kasutamise võimalused sõltuvad sellest, kas tüvi kasvab aeroobsetes või anaeroobsetes tingimustes. Mõned tüved ei kasva anaeroobselt sahharoosi ja trehhaloosi olemasolul. Kõik pagaripärmi tüved kasutavad ammoniaaki ja uureat ainsate lämmastiku allikatena,kuna neil puudub võimalus redutseerida nitraati ammooniumioonideks. Lisaks on pagaripärmid võimelised kasutama aminohappeid, väikesi peptiide ja lämmastikaluseid. Pagaripärmi tüvedel puudub võimalus metaboliseerida ekstratsellulaarseid proteiine, kuna nad ei erita proteaase. Heaks kasvuks vajavad pagaripärmid veel fosforit, mida nad omastavad bivesinikfosfaatioonina, ja väävlit, mida nad saavad aminohapetest, nagu metioniin ja tsüsteiin, või omastavad sulfaatioonidena. Ka mõned metallid, näiteks magneesium (Mg), raud (Fe), kaltsium (Ca) ja tsink (Zn) on vajalikud paremaks kasvuks.[5]

Rakutsükkel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärmide kasvamine toimub punga kasvamisega sünkroonselt. Pung saavutab täiskasvanud raku suuruse alles peremeesrakust eraldumise ajal. Kiiresti kasvavas rakukultuuris on näha, et kõikidel rakkudel on pung olemas. Tavaliselt koosneb pagaripärmi rakutsükkel järgnevatest faasidest: G1,S,G2 ja M, mis on ka tavalise rakutsükli faasid.[3]

Pagaripärm bioloogilistes uuringutes[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tänapäeval on hästi uuritud pärmi liigid S. pombe ja S. cerevisiae. Nad lahknesid umbes 600-300 miljonit aastat tagasi ja praegu on olulised vahendid DNA kahjustuste ja reparatsioonide mehhanismides. DNA transformatsiooni arengu tõttu on pagaripärm eriti vajalik geenide kloonimiseks ja geenitehnoloogias. Pagaripärmist on arenenud hea mudelorganism, sest sellel on järgmised omadused:

  • Üherakuline pagaripärm on väike, lühikese generatsiooniajaga organism (kahekordistumise aeg on 1,25–2 tundi 30 °C juures.)
  • Pagaripärmi tüvedega saab teha transformatsiooni, arvestades uute geenide sisseviimist või deletsiooni homoloogilise rekombinatsiooni jooksul.

Pagaripärmi teaduslik mudel[muuda | redigeeri lähteteksti]

S. cerevisiae teaduslikult uuritud ning kaardistatud mudel leiab rakedust nii mükoloogias, kliinilises meditsiinis (kliinilises mükoloogias), laborimeditsiinis, bioloogias,onkoloogias, radioloogias ja histoloogias ning alkoholi- ja pagaritööstustes, ravimitööstuses jm.

  • Paljudel inimeste haigustega seotud geenidel on pärmides ortoloogid ning metaboolsete ja regulatoorsete mehhanismide jäävus võimaldab laialt kasutada pagaripärme eukarüootse organismi mudelina mitmesugustes bioloogilistes uuringutes.[3]

Genoomi sekveneerimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärm on esimene eukarüoot, kelle genoom on täielikult sekveneeritud. Genoomi järjestus avaldati 24. aprillil 1996. Sealtpeale avaldatakse kõik uuendused veebisaidil Saccharomyces Genome Database. Seda andmebaasi kasutavad tihti pagaripärmi uurijad ning sinna on võimalik ka märkmeid lisada. Teine oluline pagaripärmi andmebaas on tehtud MIPS-is (Munich Information Center for Protein Sequences). Pagaripärmi genoom sisaldab umbes 12 miljonit lämmastikalust ja kodeerib 6275 geeni, mis on omakorda pakitud 16 kromosoomiks. Tõelisi funktsionaalseid geene on ainult 5800.[1][katkine link]


Astrobioloogia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärmi rakuproov oli mikroorganismide hulgas, mida kavatseti kasutada kolm aastat kestvas planeetidevahelises eksperimendis Living Interplanetary Flight. Eesmärgiks oli aru saada, kas uuritud tüvi saab ellu jääda süvakosmoses. Selleks kasutati Venemaal konstrueeritud Fobos-Grunt kosmoselaeva. Missioon algas 8. novembril 2011,kuid 15. jaanuaril 2012 kukkus Fobos-grunt Vaiksesse ookeani. Põhjuseks oli see, et kosmoselaev ei suutnud oma plaanitud orbiidile jõuda.[6]

Pagaripärm ärirakenduses[muuda | redigeeri lähteteksti]

Õllepruulimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pagaripärmi kasutatakse õlle tegemises ja seetõttu nimetatakse seda mõnikord pinnakäärituse pärmiks. Selline nimetus tuleneb sellest, et käärimise protsessi jooksul moodustuvad pärmi hüdrofoobse kihi peal pärmirakkude kogumikud mis CO2 kinni peavad ja tõusevad anuma ülaosasse. Pinnakäärituse pärme kasutatakse õllepruulimiseks kõrgematel temperatuuridel, näiteks 21 °C juures. Teist tüüpi pärmid – Lager-pärmid – on kasutusel siis, kui käärimine toimub madalatel temperatuuridel umbes 5 °C juures, sest madalatel temperatuuridel on pagaripärm ’uinunud’. Lager pärmid on vajalikud heleda õlle tegemiseks.[7]

Etanooli tootmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pärmi võimet panna süsivesikud käärima kasutatakse biotehnoloogias etanoolikütuse tootmiseks. Protsess algab suhkruroo või söödateraviljade jahvatamisest. Siis lisatakse lahjendatud väävelhape või seente alfa-amülaasi ensüümid. Nad on vajalikud seeleks, et tärklis laguneks oligosahhariidideks. Siis lisatakse glükoamülaasi, et oligosahhariididest saada monosahhariide. Viimastena lisatakse pärme, et monosahhariididest saada etanooli, mis destilleeritakse. Saagina saadakse tavaliselt 96% etanool. Mõned pagaripärmi tüved on geneetiliselt muudatud selleks, et nad saaksid ka ksüloosi kääritada. Ksüloos on üks peamistest käärimisvõimelistest suhkrutest, mis sisaldub tselluloosibiomassis, näiteks põllumajanduse jääkides, vanapaberites ja laastudes. Selline saavutus tähendab seda, et etanooli on võimalik saada ka paljudest odavatest toorainetest. Lisaks sellele võib tselluloosist saadav etanoolikütus olla alternatiiviks diisli- ja bensiinikütusele.[7]

Pagaripärmi mudel kliinilises meditsiinis ja selle olulisus[muuda | redigeeri lähteteksti]

S. cerevisiae teaduslikku mudelit kasutatakse paljude imetajate haiguslike seisundite diagnoosimisel, avastamisel, ravimisel ning uurimisel. Nii näiteks nõuavad Candida albicans perekonna seeninfektsioonid ja selle tagajärjel hospitaliseerimised USAs otseseid rahalisi kulutusi 1 miljardi dollari jagu igal aastal.

S. cerevisiae ja inimeste immuunsüsteem[muuda | redigeeri lähteteksti]

S. cerevisiae "surrogaat" mudeli abil teostanud uuringud võimaldavad välja töötada uusi seeninfektsioonide vastaseid ravimeid aga ka nendega seotud ohtusid ning metabolismi ja surma: nii saame lugeda, et Candida albicans pakub tööd inimorgansimis suuresti neutrofiilidele ja makrofaagidele jt vererakkudele.

S. cerevisiae biomasse on leitud nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestel (esmase immuunpuudulikkusega seotud haiguslikud seisundid, HIV ning AIDS viiruse seentevastast ravimikomplekti saajate organsimis, vastsündinutel, transplantatsioonide järgselt, avatud operatsioonide ning seente vereringlusse sattumise järgselt jne- nii südames, neerudes, ajus ja mujalgi.

S. cerevisiae ja vähkkasvajate ravi ja vaktsiin[muuda | redigeeri lähteteksti]

S. cerevisiae rakud leiavad laialdast implementatsiooni mikrobioloogiaga lähedalt seotud teadusharudes ka hea-ning pahaloomuliste kasvajate ravis ning vaktsiini(de) väljatöötamisel.

Seeninfektsioonide laboratoorne analüüs[muuda | redigeeri lähteteksti]

Seeninfektsioonide kahtluse korral (meil vähetuntud mujal maailmas teatakse ka Candida albicansi pandeemia) võetakse kaasajal mitmesugiseid proove -nahatestid, vereproovid, koetükid jne. Proove analüüsitakse erinevaid automatiseeritud analüüse läbides, alustuseks vast täisvereanalüüs:erütrotsüütide ,neutrofiilide, abistajarakkude e CD4- rakkude , tsütotoksiline T-rakk ude ehk CD8+ T-rakud jt rakkude loend.

Seeninfektsioonid ja nende ravi[muuda | redigeeri lähteteksti]

Seeninfektsioonide ravi ei ole elule ohutu ega rahakotile odav ka Eesti kaudu: nii näiteks on Eesti Haigekassa tervishoiuteenuste loetelus toodud invasiivse seeninfektsiooni ravi või eeldatava invasiivse seeninfektsiooni empiiriline ravi (kaspofungiini, liposomaalse amfoteritsiini või vorikonasool iga jt ravimid, koodiga 338R) 1 päeva ravimihinnaks 647,51 eurot. Seega enne pikaajalise raviga alustamist soovitatakse meditsiiniringkondades kooskõlastada tavi patsiendiga ning tellida lisaks veel erinevaid immuunuuringuid, tuntuimaks neist meetod CEIA (Candisphere enzyme Immuno Assay Test), pakuvad võimaluse pisut spetsiifilisemaks raviks jms.


Geneetiline nomenklatuur (ARG2 näitel)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geeni sümbol Tähendus
ARG+ Kõik metsiktüüpi alleelid, mis kontrollivad arginiini sisaldust.
ARG2 Lookus või dominantne alleel.
arg2 Lookus või retsessiivne alleel.
arg2-9 Spetsiifiline alleel või mutatsioon.
arg2-∆1 ARG2 osaline deletsioon.
ARG2::LEU2 Funktsionaalse LEU2 geeni sisseviimine ARG2 lookusesse ja ARG2 jääb funktsionaalseks ja dominantseks.
arg2-10::LEU2 Funktsionaalse LEU2 geeni sisseviimine ARG2 lookusesse ja spetsiifiline arg2-10 alleel on mittefunktsionaalne.
cyc1-arg2 CYC1 promooteri ja ARG2 kokkusulamine ning ARG2 geen on funktsionaalne.

[8]

Tüved[muuda | redigeeri lähteteksti]

Allolevad pagaripärmi tüvesid kasutatakse paljudes uurimisprojektides, näiteks et saada pärmi bihübriid. Paljud pagaripärmi tüved eksisteerivad haploidide paaridena a ja alfa (näidatud kui MATa või MATα). Tüvede kirjeldamisel lähtutakse tavaliselt nende geneetilistest erinevustest võrreldes standardse tüvega S288C.[9]

AH109 Genotüüp: MATa, trp1-901, leu2-3,112,ura3-52,his3-200,∆gal4,∆gal80,LYS2;GAL1UAS-GAL1TATA-HIS3, GAL2UAS-GAL2TATA-ADE2, URA3: MEL1UAS-MEL1TATA-lacZ

PJ69-4alpha Genotüüp: MATα, trp1-901,leu2-3,112,ura3-52,his3-200,gal4 (deleteeritud),gal80 (deleteeritud) LYS2::GAL1-HIS3 GAL2-ADE2 met2::GAL7-lacZ

PJ69-4a Genotüüp: MATa,trp1-901,leu2-3,112,ura3-52,his3-200, gal4 (deleteeritud), gal80 (deleteeritud) LYS2::GAL1-HIS3 GAL2-ADE2 met2::GAL7-lacZ

Y187 Genotüüp: MATα, ura3-52, his3-200, ade2-101, trp1-901, leu2-3, gal4∆, met-, gal80∆, URA3::GAL1 UAS-GAL1TATA-lacZ [9]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 Saccharomyces cerevisiae http://bioweb.uwlax.edu/bio203/s2007/nelson andr/
  2. Stefanini, I.; et al. (2012)."Role of social wasps in Saccharomyces cerevisiae ecology and evolution."
  3. 3,0 3,1 3,2 Botstein D, Chervitz SA, Cherry JM (1997). "Yeast as a model organism". Science
  4. Herskowitz I (1988). "Life cycle of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae". MICROBIOLOGICAL REVIEWS
  5. F.Sherman 'Getting Started with Yeast', Methods Enzymol.350, 3–41(2002)
  6. A b "Projects: LIFE Experiment: Phobos". The Planetary Society. Retrieved 2 April 2011
  7. 7,0 7,1 T. Boekhout, V. Robert, ed. (2003). Yeasts in Food: Beneficial and Detrimental aspects. Behr's Verlag. p. 322. ISBN 978-3-86022-961-3. Retrieved January 10, 2011
  8. Http://www-sequence.stanford.edu/group/yeast deletion project/deletions3.html
  9. 9,0 9,1 Http://wiki.yeastgenome.org/index.php/Commonly used strains

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]