Saccharomyces cerevisiae é unha especie de fungo unicelular do tipo dos lévedos, tamén chamada lévedo de panadaría ou lévedo de xemación. Probablemente é o lévedo máis útil, xa que se leva utilizando desde hai moitos séculos na elaboración de viño, cervexa e pan (e outras masas levedadas), e actualmente utilízase como organismo para a experimentación nos laboratorios biolóxicos. Crese que foi illado orixinalmente da pel das uvas (poden verse lévedos tamén na pel doutros froitos como as ameixas ou entre as ceras da cutícula das plantas). É un dos eucariotas máis intensamente estudados como organismo modelo en bioloxía molecular e bioloxía celular, de maneira comparable a como o é Escherichia coli como modelo de bacteria. É o microorganismo que realiza o tipo máis común de fermentación, a fermentación alcohólica. Moitas proteínas importantes na bioloxía humana descubríronse estudando as súas homólogas neste lévedo; entre estas proteínas están as proteínas do ciclo celular, proteínas de sinalización e encimas procesadores de proteínas.
As células de S. cerevisiae son redondas ou ovoides, de 5-10 micrómetros de diámetro. Reprodúcense por un proceso de división mitótica coñecido como xemación. Actualmente, S. cerevisiae é o único lévedo coñecido que nas súas células de certas cepas ten corpos de Berkeley vesiculares, que están implicados en certas vías de transporte intracelular.
Atopáronse anticorpos contra S. cerevisiae no 60-70% dos pacientes da enfermidade de Crohn e no 10-15% dos pacientes de colite ulcerativa (e tamén no 8% dos individuos control sans).
Ecoloxía
Na natureza, as células de lévedos encóntranse principalmente en froitos maduros como uvas (antes da maduración as uvas practicamente non teñen lévedos). Como S. cerevisiae non se transporta polo aire, require un vector para moverse. De feito, as raíñas das avespas sociais (Vespa crabro e Polistes spp.) pasan o inverno como adultos e poden albergar células de lévedos de outono a primavera e transmitilas á súa proxenie.
Requirimentos nutricionais Todas as cepas de S. cerevisiae poden crecer aerobicamente con glicosa, maltosa e trehalosa pero non con lactosa e celobiosa. Porén, o crecemento con outros azucres é variable. A capacidade dos lévedos de utilizar diferentes azucres pode variar segundo crezan aerobicamente ou anaerobicamente. Algunhas cepas non poden crecer anaerobicamente con sacarosa e trehalosa. A galactosa e frutosa son dous dos mellores azucres para a fermentación.
Todas as cepas poden utilizar amoníaco e urea como única fonte de nitróxeno, pero non poden utilizar nitrato, xa que carecen da capacidade de reducir os ións amonio. Poden utilizar a maioría dos aminoácidos, pequenos péptidos, e bases nitroxenadas como fonte de nitróxeno. Porén, a histidina, glicina, cistina e lisina non as poden utilizar facilmente. S. cerevisiae non excreta proteases, polo que non poden metabolizar proteínas extracelulares.
Os lévedos tamén requiren fósforo, que se asimila como un ión fosfato dihidróxeno, e xofre, que pode asimilarse como ión sulfato ou como compostos de xofre orgánico como os aminoácidos metionina e cisteína. Algúns metais, como o magnesio, ferro, calcio e cinc, tamén son necesarios para o bo crecemento dos lévedos.
En canto aos requirimentos orgánicos, a maioría das cepas de S. cervisiae requiren biotina. Precisamente, un ensaio baseado no crecemento de S. cerevisiae puxo as bases para o illamento, cristalización e posterior determinación estrutural da biotina. A maioría das cepas tamén requiren pantotenato para un crecemento completo. En xeral, S. cerevisiae é prototrófico para as vitaminas.
Ciclo de vida Hai dúas formas nas cales as células dos lévedos poden sobrevivir e crecer: haploide e diploide. As células haploides presentan un ciclo de vida simple de mitoses e crecemento, e sometidas a condicións de alto estrés, xeralmente morren. As células diploides (a forma preferencial dos lévedos) ten tamén un ciclo de vida simple de mitoses e crecemento, pero en condicións de estrés poden sufrir esporulación, entrando en meiose e producindo catro esporas haploides, as cales poden realizar un apareamento. Se dispoñen dos nutrientes adecuados, as células de lévedos poden duplicar o seu número en 100 minutos. A duración da vida media replicativa é dunhas 26 divisións celulares.
O apareamento sexual dos lévedos só pode ocorrer entre células haploides de distinto tipo de apareamento ("sexo"), os cales representan unha forma incipiente de diferenciación sexual. Defínense, por tanto, dous tipos sexuais de lévedos, as células a e as células alfa,Saccharomyces cerevisiae http://bioweb.uwlax.edu/bio203/s2007/nelson_andr/ No caso dos lévedos, a determinación sexual non se debe a que teñan un cromosoma distinto entre sexos senón a unha diferenza nun único locus. Dito locus é o MAT, que goberna o comportamento sexual entre células haploides e diploides.
Ciclo sexual de Saccharomyces cerevisiae
miniatura|500px|dereita|Ciclo sexual de Saccharomyces cerevisiae. Os lévedos poden ser haploides ou diploides segundo o estadio do ciclo. Porén, ambos os tipos celulares son estables e pódense reproducir de forma asexual mediante mitose. A división é por xemación, é dicir, as células fillas son de tamaño inferior ao das células nais. Como só as células haploides se poden reproducir sexualmente, se unha célula de tipo a se encontra cunha célula de tipo α fusionaranse nunha soa célula, a cal tamén sufrirá unha fusión de núcleos, formándose un individuo diploide estable que tamén pode reproducirse de forma asexual. Cando as condicións exteriores son desfavorables para as células diploides, sobrevén a meiose, que provocará a aparición de catro esporas haploides, dúas das cales serán do tipo sexual a e as outras dúas do tipo sexual α.
Diferenzas entre células a e α
As células a producen o factor a, que é unha feromona peptídica que indica a presenza de células de dito tipo ás células do sexo oposto. As células a non responderán nunca ao factor a, mais si responderán ao factor α. Este tipo de resposta inicia a formación dunha protuberancia nas células que crece cara á fonte das feromonas de sexo contrario, o que é recíproco no outro sexo. Actualmente coñécense as bases moleculares que rexen este comportamento, o cal se debe á transcrición ou represión de xenes nos dous tipos sexuais de lévedos. As células a transcriben os xenes que producirán o factor a, ademais dun receptor de membrana que se chama Ste2p. Dito receptor pode unirse ao factor α e iniciar unha serie de sinais intracelulares mediados pola proteína G. Ademais, as células a reprimen a expresión dos xenes que forman as proteínas necesarias para a síntese do factor α e o receptor de membrana Ste3p. Nas células α ocorre exactamente o contrario ao descrito. Todas estas diferenzas entre activación e represión transcricional son causadas pola presenza dun dos dous alelos dun locus denominado MAT: MATa ou Matα. O alelo Mata codifica para unha única proteína denominada a1. O alelo Matα codifica para α1 e α2, que nos haploides dirixen a transcrición do programa específico das células α.
Diferenzas entre células haploides e diploides
As células haploides de calquera dos sexos responden á feromona producida polo sexo contrario. A células de sexo oposto poden fusionarse, formando unha célula diploide. As células haploides nunca poen realizar a meiose en condicións normais. Ao contrario, as células diploides non producen nin responden a ningún dos tipos de feromonas, pero si poden realizar a meiose baixo condicións ambientais moi determinadas. Igual que existen patróns de expresión xénica entre células a e α, tamén existen diferenzas en expresión xénica entre células haploides e diploides. Un exemplo disto último é o caso da endonuclease HO, que se expresa nas células haploides, ou o caso de IME1, cuxa expresión está reprimida nos diploides. As diferenzas entre os patróns de expresión entre haploides e diploides son producidas polo locus MAT. As células haploides só conteñen unha copia do locus MAT, en calquera das súas variantes alélicas, e esta determinará o sexo da célula. Os diploides resultan da fusión celular entre células de distinto sexo, polo que presentan os dous loci. A combinación na información contida en ambos os loci xera o programa transcricional, é dicir, a combinación entre as proteínas a1, α1 e α2.
Cambio sexual en lévedos
Un lévedo haploide pode cambiar de sexo. Se unha única célula de tipo a ou α está nun medio no que non está presente o sexo contrario, ao cabo dunhas cantas xeracións detéctase a presenza da feromona contraria e un incremento de células diploides. Esta aparición de diploides pode ser tan alta que despraza a poboación de haploides, xa que esta última ten unha gran tendencia a aparearse. As cepas de lévedos utilizadas nos laboratorios non adoitan realizar este cambio de sexo debido a que están alteradas no xene HO, que é determinante para o cambio de sexo. Isto xera unha propagación estable de calquera dos tipos celulares dos haploides, e nunca se chegan a formar diploides, en condicións normais.
HML e HMR miniatura|350px|right|Localización dos loci HML e HMR con respecto ao locus activo MAT no cromosoma III de Saccharomyces cerevisiae.
Aínda que o fenotipo de cada sexo depende dun único locus MAT, os lévedos posúen copias do locus MAT que están silenciadas e, por tanto, non interfiren na determinación sexual. Cando se produce un cambio no sexo dos lévedos, prodúcese unha substitución xénica do locus MAT por unha das copias adicionais. As copias silenciosas denomínanse HML (que xeralmente levan unha copia silenciosa do alelo MATα) e HMR (que xeralmente leva unha copia silenciosa do alelo MATa). Ambos os loci están no cromosoma III e están situados á dereita (HMR, onde o R vén do inglés right, dereita) e á esquerda (HML, onde o L significa left) do locus MAT en calquera das súas variantes alélicas.
Mecanismo do cambio sexual
O proceso de cambio sexual nos lévedos vén dado pola conversión xénica iniciada pola endonuclease HO. A expresión de dita endonuclease está regulada especificamente nos haploides e só é activa nas células haploides durante a fase G1 do ciclo celular. A endonuclease HO xera un corte específico no ADN do locus MAT. Unha vez realizado o corte, os extremos libres xerados son atacados por exonucleases, producíndose a degradación do locus MAT en ambos os sentidos. Esta ausencia de parte dun locus xera a activación de sistemas de reparación do ADN que supoñen a substitución do locus ausente por unha das copias adicionais HMR ou HML.
Direccionalidade do cambio sexual
Por razóns que aínda non se coñecen ben, a reparación do locus MAT cortado pola endonuclease HO permite o cambio sexual, xa que, por norma xeral, substitúese polo alelo contrario ao que había en principio. Deste xeito, cando unha célula a decide realizar un cambio sexual, o alelo MATa é degradado e substituído pola copia HML. Isto dá como resultado o cesamento da expresión do antigo MATa e o inicio da expresión do novo MATα, con todo o que isto supón.
Xemación e ciclo celular As mitoses nos lévedos son desiguais, formándose unha xema que dá orixe a unha célula máis pequena que despois chega ao tamaño de célula madura e se desprende, deixando unha cicatriz na célula parental (poden ter moitas cicatrices de xemacións anteriores). Nos cultivos de lévedos de crecemento rápido, en todas as células poden verse xemas, xa que a formación de xemas ocupa todo o ciclo celular. Tanto a célula parental como a filla poden iniciar a súa respectiva xemación antes de que se producise a separación das células. En cultivos de lévedos que crecen máis lentamente, poden verse células que carecen de xemas, e a formación de xemas só ocupa unha parte o ciclo celular.
En investigacións biolóxicas
Organismo modelo miniatura|dereita|275px|Saccharomyces cerevisiaeAs marcas numeradas están separadas 11 micrómetros.