I. Огляд літератури

1. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae – універсальний модельний організм.

1.1. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae як експериментальна система молекулярної біології

Дріжджі мають довгу історію використання у різноманітних дослідженнях у генетиці, молекулярній біології та біотехнології. Кілька видів дріжджів, особливо  Saccharomyces cerevisiae, широко використовуються у генетиці і клітинній біології як модельний організм. Це у значній мірі відбувається тому, що клітинний цикл та фізіологічні процеси клітин дріжджів дуже подібні до відповідних процесів людських клітин, і тому основні клітинні механізми,  реплікація ДНК рекомбінація, поділ клітини і метаболізм мають багато спільних рис. Також багато білків, важливих у біології людини, вперше були знайдені при вивченні їхніх гомологів у дріжджах; ці білки включають білки клітинного циклу, сигнальні білки і ферменти, що модифікують білки. [Mortimer et al., 1992].

Протягом довгого часу було розроблено велику кількість методів для вивчення різних клітинних та метаболічних шляхів у цього виду. Також, S. сerevisiae є основним вибором біотехнологічної індустрії, яка швидко розвивається, оскільки вимагає нових організмів-хазяїнів для продукції ряду білків, так як бактерійні системи не завжди здатні до цього. [FEMS]

Пекарські дріжджі були представлені як модельний організм у 30-х роках XX століття [Roman, 1981] і з того часу їм приділяється все більше уваги. Витонченість генетики дріжджів і легкість маніпуляції з геномом і на кінець технічний прорив у трансформації дріжджів, що використовується у реверсивній генетиці, зробило суттєвий внесок у стрімкий прогрес у молекулярній біології дріжджів. [Earlier compilations: Strathern et al., 1981; Broach et al., 1991; Guthrie & Fink, 1991]. This success is also due to the fact, which was not anticipated then a couple of years ago, that the extent to which basic biological structures and processes have been conserved throughout eukaryotic life is remarkable.

Біотехнологія дріжджів Saccharomyces cerevisiae складається з таких елементів [Broach, J.R. Pringle, J.R. and Jones, E.W. The Molecular and Cellular Biology of the Yeast Saccharomyces. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, 1991.]:

1. Харчова промисловість, хімічна технологія: хлібопечення, вироблення ферментів,харчових добавок і.т.д;

2. Біологічні дослідження: клітинна біологія, генетика, біохімія;

3. Промислова ферментація: пивоваріння, виробництво етанолу, інших продуктів ферментації;

4. Біомедичні дослідження: рак, ВІЛ, виробництво ліків,генотоксичний скринінг, генетичні розлади;

5. Екологічні дослідження: утилізація відходів, хімічний захист рослин, біосорбція металів;

Пекарські дріжджі (S.cerevisiae) використовуються в пивній промисловості, для виготовлення алкогольних напоїв із соків ягід і фруктів, а також зі злакових культур ще з прадавніх часів. Хлібопекарські дріжджі протягом усього, або більшої частини життєвого циклу здатні перебувати у вигляді окремих клітин. Ці дріжджі є хорошою моделлю для вивчення багатьох метаболічних процесів і явищ. У дріжджовій клітині наявні структури, які притаманні еукаріотичним клітинам, а саме: ендоплазматичний ретикулум, ядро, мітохондрії, апарат Гольджі, вакуолі та гранули запасних речовин.

Цей вид дріжджів слугує прикладом успішного застосування різних прийомів метаболічної інженерії. S.cerevisiae здатні продукувати етанол з 6-С цукрів, але не можуть ферметувати 5-С цукри, тому до сьогодні ведеться робота над удосконаленням процесу алкогольної ферментації в S.cerevisiae. При цьому застосовуються різні методи генної та метаболічної інженерії для конструювання штамів, здатних до активної ферментації пентоз.

Починаючи з 1960 року S. сerevisiae були представлені як експериментальна система для молекулярної біології. Ще в 1980 році дріжджі використовувалися для продукції вакцини від гепатиту В. У 1996 році дріжджі стали першими еукаріотичними організмами, для яких був повністю секвенований їхній геном. Зручність генетичних маніпуляцій з даними організмами відкрило можливість функціонально аналізувати продукти генів інших еукаріот у дріжджових клітинах.

Добре відомо, що дріжджові клітини є ідеальною системою, в якій можуть бути досліджені фундаментальні клітинні механізми. Серед інших еукаріотичних моделей, S. сerevisiae мають декілька переваг:

• S. сerevisiae – одноклітинні організми, який, на відміну від більш складних еукаріотів, може рости у визначених умовах, що дає досліднику повний контроль над регулюванням параметрів культурального середовища;

• Дріжджі зручні для проведення класичних генетичних методик, які були детально розроблені з застосуванням біохімічних методів [Earlier compilations: Strathern et al.,1981; Broach et al., 1991; Guthrie & Fink, 1991]. Фактично, велика кількість прикладів вказують на те, що основні клітинні функції є висококонсервативними від дріжджів до ссавців і відповідні гени часто комплементуються.

• Дріжджі – перші еукаріотичні організми, геном яких був повністю секвенований [Goffeau et al.,1996; Dujon, 1996].