Schizosaccharomyces pombe, tamén chamado "lévedo de fisión", é unha especie de lévedo utilizado na fabricación de certas cervexas tradicionais e como organismo modelo en investigacións de bioloxía molecular e bioloxía celular. É un eucariota do reino dos fungos formado por células cilíndricas con forma de bastón (parecen bacilos, pero máis grandes). As células miden xeralmente de 3 a 4 micrómetros de diámetro e de 7 a 14 micrómetros de lonxitude. O seu xenoma, que é de aproximadamente 14,1 millóns de pares de bases, estímase que contén uns 4.970 xenes codificantes de proteínas e polo menos 450 ARNs non codificantes.
Estas células manteñen a súa forma ao creceren exclusivamente polos extremos da célula e dividirse por fisión binaria medial para producir dúas células fillas de igual tamaño, o que o fai un poderoso modelo para estudar o ciclo celular.
O lévedo de fisión foi illado en 1893 por Paul Lindner da cervexa de millo miúdo producida no leste de África. O nome da especie pombe é unha palabra da lingua suahili que significa cervexa. Na década de 1950 empezou a utilizarse como modelo experimental por Urs Leupold para estudos de xenética,Leupold U. (1993) The origins of Schizosaccharomyces pombe genetics. In: Hall MN, Linder P. eds. The Early Days of Yeast Genetics . New York. Cold Spring Harbor Laboratory Press. p 125–128. e por Murdoch Mitchison para estudar o ciclo celular. O investigador do lévedo de fisión Paul Nurse conseguiu unir as dúas escolas ata entón independentes dos estudos xenéticos e do ciclo celular. Xunto con Lee Hartwell e Tim Hunt, Nurse gañou o Premio Nobel de Medicina de 2001 polos seus traballos sobre a regulación do ciclo celular.
A secuencia do xenoma de S. pombe foi publicada en 2002 por un consorcio liderado polo Sanger Institute, converténdose no sexto modelo de organismo eucariota cuxo xenoma foi secuenciado completamente. Isto fixo del un poderoso organismo modelo, xa que se identificaron nel moitos xenes homólogos de enfermidades humanas. En 2006, foi publicada a localización subcelular de case todas as proteínas de S. pombe utilizando a proteína fluorescente verde como etiqueta molecular.
S. pombe é tamén un organismo importante para estudar as respostas celulares aos danos no ADN e o proceso da replicación do ADN.
Illáronse aproximadamente 160 cepas naturais de S. pombe. Foron recollidas en varias localizacións de diversas partes do mundo como Europa, Norte e Suramérica, e Asia. A maioría destas cepas recolléronse de froitas cultivadas como mazás e uvas, ou de diversas bebidas alcohólicas, como por exemplo a cachaza brasileira. S. pombe tamén está presente no té fermentado kombucha. Porén, non está claro se en ditas bebidas S. pombe é o principal fermentativo ou é máis ben un contaminante. A ecoloxía natural dos lévedos Schizosaccharomyces aínda non está ben estudada.
Historia S. pombe descubriuse en 1893 cando un grupo que traballaba no Laboratorio da Asociación de Cervexeiros de Alemaña examinou uns pousos sedimentados en cervexa de millo miúdo importada de África Oriental, que lle daba á cervexa un sabor ácido e desagradable. O termo schizo, significa "división" ou "fisión", e xa fora usado previamente no nome Schizosaccharomycetes. A palabra pombe elixida para nomear a especie significa cervexa en suahili, e débese á procedencia desa cervexa. As cepas estándar de S. pombe foron illadas bastante máis tarde por Urs Leupold en 1946 e 1947 a partir dun cultivo que obtivo da colección de lévedos de Delft, nos Países Baixos. Fora depositada alí por A. Osterwalder co nome S. pombe var. liquefaciens, despois de que a illara en 1924 dun viño francés (moi probablemente picado) na Estación Experimental de Vinicultura e Horticultura de Wädenswil, Suíza. O cultivo utilizado por Urs Leupold contiña (entre outras) células cos tipos de apareamento h90 (cepa 968), h- (cepa 972), e h+ (cepa 975). Despois disto, fixéronse dous grandes esforzos para illar S. pombe de froitas, néctar, ou fermentacións: un feito por Florenzano et al. nos viñedos do oeste de Sicilia, e o outro realizado por Gomes et al. (2002) en catro rexións do sueste do Brasil.
Ecoloxía O lévedo de fisión S. pombe pertence ao filo Ascomycota, que comprende o grupo máis grande e diverso dos fungos. Os ascomicetos de vida libre atópanse comunmente en exsudados de árbores, raíces de plantas e no solo que as rodea, en froitos podres e maduros, e en asociación con insectos vectores que os transportan entre distintos substratos. Moitas destas asociacións son simbióticas ou saprofíticas, aínda que numerosos ascomicetos (e os seus parentes basidiomicetos) son importantes patóxenos que atacan a moitas especies de plantas, incluíndo plantas agrícolas comerciais. Entre os xéneros de lévedos ascomicetos, os lévedos de fisión Schizosaccharomyces son os únicos que depositan a-(1,3)- glucano ou pseudonixerano na parede celular xunto cos mellor coñecidos b-glucanos e presentan unha carencia virtual de quitina. As especies deste xénero tamén difiren na composición de mananos, que presentan azucres terminais de D-galactosa nas cadeas laterais dos seus mananos. S. pombe realiza a fermentación aerobia en presenza de exceso de azucre. S. pombe pode degradar ácido L-málico, un dos ácidos orgánicos dominantes no viño, o que os diferencia doutras cepas de lévedos do xénero Saccharomyces.
Comparación co lévedo de xemación Saccharomyces cerevisiae As especies de lévedos Schizosaccharomyces pombe e Saccharomyces cerevisiae son ambas intensamente estudadas, e son importantes ferramentas na bioloxía molecular e celular. Algunhas características xenómicas e do ciclo celular que as diferencian son:
S. cerevisiae ten aproximadamente 5.600 marcos de lectura abertos; S. pombe ten uns 4.970. Malia o seu número similar de xenes, S. cerevisiae ten só uns 250 intróns, mentres que S. pombe ten case 5.000. S. cerevisiae ten 16 cromosomas; S. pombe ten 3. S. cerevisiae é xeralmente diploide, mentres que S. pombe adoita a ser haploide. S. cerevisiae permanece na fase G1 do ciclo celular durante extensos períodos de tempo (en consecuencia, a transición G1-S está estritamente controlada), mentres que S. pombe permanece na fase G2 do ciclo celular durante un longo período de tempo (en consecuencia, a transición G2-M está baixo estrito control). Ambas as especies comparten xenes con eucariotas superiores que non comparten entre si. S. pombe ten xenes para a maquinaria de interferencia de ARN como os dos vertebrados, mentres que estes están ausentes en S. cerevisiae. S. cerevisiae tamén ten unha heterocromatina moi simplificada en comparación con S. pombe.Grunstein, Michael, and Susan Gasser. "Epigenetics in Saccharomyces cerevisiae." Epigenetics. 1. Cold Spring Harbor Press, 2007. Inversamente, S. cerevisiae ten peroxisomas ben desenvolvidos, pero S. pombe non. S. cerevisiae ten centrómeros puntuais pequenos de 125 bp, e orixes de replicación definidas por secuencias de aproximadamente o mesmo tamaño. Ao contrario, S. pombe ten centrómeros grandes, repetitivos de (40–100 kb) máis similares aos de mamíferos, e orixes de replicación dexeneradas de polo menos 1 kb.
Ciclo vital miniatura|300px|Centrosoma de S. pombe. O lévedo de fisión é un fungo unicelular cun xenoma simple e unha rápida taxa de crecemento. S. pombe ten forma de bastonciños de aproximadamente 3 µm de diámetro, e crece só por prolongación dos seus extremos. Despois da mitose, ten lugar a división pola formación dun septo ou placa celular que divide a célula no seu punto medio.
Os procesos principais da reprodución celular son a duplicación dos cromosomas, que ten lugar na fase S da interfase, seguida da segregación dos cromosomas e a división do núcleo (mitose) e a división do citoplasma (citocinese), que en conxunto forman a fase M (mitótica) do ciclo celular. G1 é o período entre as fases M e S, e G2 é o período entre as fases S e M. S. pombe permanece na fase G2 do ciclo celular durante un extenso período de tempo (a diferenza de Saccharomyces cerevisiae, que permanece moito tempo na fase G1).
A mitose dos lévedos de fisión está controlada por mecanismos similares aos dos organismos multicelulares animais. Normalmente prolifera nun estado haploide. Cando ten escaseza de alimentos, as células de tipos de apareamento opostos (P e M) fusiónanse formando un cigoto diploide, que inmediatamente entra en meiose, xerando catro esporas haploides nun asco. Cando melloran as condicións no seu medio, estas esporas xerminan e producen células haploides proliferantes.Cell Cycle. Principles of Control" by David O Morgan, Primers in Biology
Citocinese no lévedo de fisión
centro|600px|Citocinese no lévedo de fisión. As características xerais da citocinese móstranse aquí. O sitio onde se vai producir a división celular determínase antes da anafase. O fuso da anafase (en verde na figura) colócase despois de modo que os cromosomas segregados estean en lados opostos do plano de clivaxe predeterminado.
Control do tamaño no lévedo de fisión
centro|600px|A duración do ciclo celular do lévedo de fisión depende das condicións en canto á dispoñibilidade de nutrientes. No lévedo de fisión, no cal o crecemento da célula controla a progresión da fase G2 á M, unha mutación chamada wee1 causa a entrada en mitose e un tamaño anormalmente pequeno, o que orixina unha fase G2 máis curta. A G1 está prolongada, o que suxire que a progresión desde o comezo do ciclo responde ao crecemento cando se perde o control G2/M. Ademais, as células que están en condicións pobres en nutrientes crecen lentamente e lévalles máis tempo duplicar o seu tamaño e dividirse. Os niveis baixos de nutrientes tamén cambian o limiar de crecemento da célula para que a célula avance polo ciclo celular con tamaños menores. Despois dunha exposición a condicións estresantes (calor a 40 °C ou axentes oxidantes como o peróxido de hidróxeno) as células de S. pombe sofren un envellecemento que se mide polo incremento do tempo de división celular e o aumento da probabilidade de morte celular. Finalmente, as células coa mutación wee1 son menores que as de tipo silvestre, pero lévalles o dobre de tempo completar o ciclo celular. Isto é posible porque as células máis pequenas crecen máis lentamente, é dicir, a súa masa sumada total por unidade de tempo é menor que a das células normais.
Crese que un gradiente espacial coordina o tamaño celular e a entrada na mitose.A spatial gradient coordinates cell size and mitotic entry in fission yeast by James B. Moseley, Adeline Mayeux, Anne Paoletti & Paul Nurse, Nature, 11 de xuño de 2009Polar gradients of the DYRK-family kinase Pom1 couple cell length with the cell cycle. Sophie G Martin and Martine Berthelot-Grosjean. Nature. 2009 A proteína quinase Pom1 está localizada no córtex celular, e ten a súa maior concentración nos extremos da célula. Os reguladores do ciclo celular Cdr2, Cdr1 e Wee1 están presentes en nodos corticais da parte media da célula. Nas células pequenas, o gradiente Pom1 chega á maioría dos nodos corticais. Pom1 inhibe Cdr2, impedindo que Cdr2 e Cdr1 inhiban Wee1, e permitindo que Wee1 fosforile Cdk1, o que inactiva a actividade de quinase dependente de ciclina (CDK) e impide a entrada na mitose. En células longas, o gradiente de Pom1 non chega aos nodos corticais, e, por tanto, Cdr2 e Cdr1 permanecen activas nos nodos. Cdr2 e Cdr1 inhiben Wee1, impedindo a fosforilación de Cdk1, o que leva á activación de CDK e a entrada na mitose. (Hai ademais varios outros reguladores da actividade de CDK.)
Cambios de tipo de apareamento no lévedo de fisión