Μαγιά: Ένα κυτταρικό μοντέλο

Γιατί έχει ειπωθεί ότι η μαγιά είναι ένα κυτταρικό μοντέλο? Εξηγήσεις.

Ο άνθρωπος είναι ένας ευκαρυωτικός οργανισμός. Αυτό σημαίνει ότι το γενετικό υλικό των ανθρώπινων κυττάρων είναι παρόν σε οριοθετημένους πυρήνες και στα μιτοχόνδρια (εξειδικευμένους οργανισμούς). Όπως οι άνθρωποι, η μαγιά είναι ευκαρυωτικός οργανισμός εν αντίθεσει με τους προκαρυωτικούς οργανισμούς όπως τα βακτήρια.

Ο σακχαρομύκητας cerevisiae της μαγιάς είναι ένας σύνθετος και ιδιαίτερα αποτελεσματικός ζωντανός οργανισμός και σχεδόν τα μισά από τα γονίδια του είναι παρόμοια με αυτά που έχουν βρεθεί στα θηλαστικά.

Είναι ένα από τα κορυφαία βιολογικά μοντέλα, κοντά στα ανθρώπινα κύτταρα με όρους οργάνωσης και μεταβολισμού (χημικές αντιδράσεις που χρειάζονται για να ζήσουν και να πολλαπλασιαστούν τα κύτταρα). Γι’ αυτό λοιπόν, και για άλλους λόγους, οφείλουμε πολύ από τη γνώση μας για τη λειτουργία των ευκαρυωτών- άνθρωπος, ζώο και φυτά – στη μαγιά. Άλλοι ζυμομήκυτες όπως ο Schizosaccharomyces pombe χρησιμοποιούνται επίσης ως ευκαρυωτικά μοντέλα στην βασική έρευνα.

Η μαγιά είναι ένα μοντέλο το οποίο είναι εύκολο και οικονομικό για να το χειριστείς: είναι μονοκύτταρο, πολλαπλασιάζεται γρήγορα (διπλασιάζεται σε σχεδόν δύο ώρες στις περισσότερες περιπτώσεις) και προσαρμόζεται αξιοσημείωτα για γενετική ανάλυση. Επιπλέον είναι ο πρώτος ευκαρυωτικός οργανισμός το γωνιδίομα του οποίου έχει ολοκληρωτικά ταυτοποιηθεί: η αλληλουχία των δεκαέξι χρωμοσωμάτων είναι πλήρως γνωστή.

Για ενίσχυση των γεύσεων:

Οι διατροφικές μαγιές είναι ανενεργές μαγιές οι οποίες χρησιμοποιούνται για την γεύση τους και τις διατροφικές τους αξίες. Χάρη στους παράγοντες γευστικότητας, τις αρωματικές νότες και τα μεταλλικά στοιχεία, αυτές οι μαγιές ενισχύουν τις γεύσεις. Χρησιμοποιούνται επίσης για να βελτιώσουν την υφή προϊόντων με χαμηλά λιπαρά αλλά επίσης να μειώσουν την οξύτητα και την πικράδα. Έχουν επίδραση στο άρωμα της ψίχας μέσω δευτερογενών προϊόντων της ζύμωσης. Η μαγιά παίζει κύριο ρόλο στο χρωματισμό της ψίχας.

Οι ομοιότητες στα κύτταρα του ανθρώπου και της μαγιάς τη θέτουν στο επίκεντρο της επιστημονικής έρευνας. Σε δύο περιπτώσεις, η μαγιά ήταν στο κέντρο δύο ερευνών που βραβεύθηκαν με βραβείο Nobel. Ας επικεντρωθούμε σε αυτές τις κύριες ανακαλύψεις.

Εκατοντάδες ανθρώπινα γονίδια είναι δυνατόν να αντικατασταθούν με ομόλογα τους της μαγιάς, που κάνει ευκολότερη τη μελέτη του ρόλου τους. Αλλά τα προηγούμενα δέκα χρόνια, με δύο βραβεία Nobel – στη Φυσιολογία και Ιατρική – βραβεύτηκαν ερευνητές η οποίοι χρησιμοποίησαν μαγιά στο έργο τους για να κατανοήσουν θεμελιώδη θέματα της λειτουργίας των κυττάρων του ανθρώπου.

Η πρώτη, το 2001, επιβράβευσε την ανακάλυψη των διαφόρων σταδίων του κυτταρικού κύκλου και των μηχανισμών ελέγχου του (ειδικότερα της γενετικής). Η σημασία μιας τέτοιας πληροφορίας είναι συγκρίσιμη από την άποψη των γεγονότων ότι δέκα από τις χιλιάδες των δισεκατομυρίων των ανθρώπινων κυττάρων προέρχονται από ένα αυθεντικό κύτταρο…. Η εργασία με τη μαγιά βοήθησε επίσης στην αποκωδικοποίηση του ρόλου που παίζουν σημαντικά γονίδια του ανθρώπου χωρίς να χρειάζεται να τα μελετήσουμε κατευθείαν σε ανθρώπους.

Το δεύτερο βραβείο Νobel, στα 2009, υπογράμμισε τη σημασία του ρόλου των τελομερών, – τα οποία προστατεύουν τα χρωμοσώματα από την αλλοίωση – μέσα από μελέτες για μαγιά. Τα αποτελέσματα προεκτάθηκαν ώστε να κατανοήσουμε τη γήρανση (κατά την διάρκεια της οποίας τα τελομερή φαίνονται να μειώνονται με το χρόνο) και τον καρκίνο (η σύνθεση των τελομερών είναι συχνα πιο δραστική στα καρκινικά κύτταρα).

Εδώ είναι μια περίληψη των δυνατοτήτων που προσφέρει η μαγιά.

Η δομή του κυτταρικού μοντέλου της μαγιάς δίνει δυνατότητες ώστε να αξιοποιηθεί σε μεγάλο βαθμό από τον άνθρωπο. Εκατοντάδες γονίδια τα οποία ευθύνονται για ασθένειες έχουν ήδη ταυτοποιηθεί – τέτοια όπως η κυστική ίνωση και το σύνδρομο Leigh.

Οι μηχανισμοί σημαντικών ασθενειών όπως το Alzheimer, η όψιμη εμφάνιση διαβήτη και οι ημικρανίες έχουν επίσης μελετηθεί.

Χρησιμοποιόντας ανθρώπινα γονίδια στη μαγιά, μπορούμε να ελέγξουμε την αποτελεσματικότητα νέων φαρμάκων ή την επίδραση διαφόρων ουσιών χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιήσουμε ανθρώπους ή ινδικά χοιρίδια. Εν τέλει, οι επιστημονικές ανακαλύψεις που έγιναν στην μαγιά επέτρεψαν την τεχνική βελτίωση νέων και πολύτιμων μεθόδων και εργαλείων στην έρευνα.

Αλλά ακόμα δεν ξέρουμε τα πάντα για την μαγιά! Οι λειτουργίες σχεδόν ενός τετάρτου των γονιδίων της δεν είναι ακόμα γνωστές και πολλοί μηχανισμοί απομένουν να αποκωδικοποιηθούν, ιδίως σε ορισμένες πτυχές που αφορούν την οργάνωση του γονιδιόματος τους, την αλληλεπίδραση με το περιβάλλον ή την εξέλιξη της.

Η διεθνής επιστημονική κοινότητα των ‘ειδικών της μαγιάς’ δυναμικά επικεντρώνεται σε αυτά τα ερωτήματα.

Ωστόσο, η γνώση που έχει ήδη αποκτηθεί και η εγγενής ποιότητα της μαγιάς, όπως η αντοχή σε δύσκολα περιβάλλοντα ή οι σχετικά απλές διατροφικές της ανάγκες, κάνουν τον σακχαρομύκητα cerevisiae ένα μοντέλο επιλογής για να εκπονήσει κανείς νέες μοριακές στρατηγικές που αφορούν τη διατροφή, την υγεία ανθρώπων ή ζώων και την ενέργεια και να εξελίξουν νέες μεθόδους και εργαλεία απαραίτητα για την έννοια του ‘κυτταρικού εργοστασίου’.