Розділ 1. Характеристика дріжджів Saccharomyces cerevisiae

РЕФЕРАТ

Курсова робота присвячена вивченню морфолого-культуральних ознак, екології та практичного значення дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Зокрема відомо, що Saccharomyces cerevisiae є одним з найбільш інтенсивно досліджених еукаріотичних модельних організмів в молекулярній і клітинній біології. Цей мікроорганізм відповідає за найзагальніший тип бродіння. Курсова робота складається з 25 сторінок машинописного тексту. До складу роботи входить: вступ, два розділи, висновок, 13 найменувань використаної літератури, містить 10 графічних матеріалів.

Ключові слова: Saccharomyces cerevisiae, морфолого-культуральні ознаки, екологічність.

ЗМІСТ

стор.

ВСТУП

Ще з найдавніших часів людина навчилася використовувати дріжджі в своїх цілях: пекти хліб, виготовляти вино і пиво. Люди «спілкувалися» з ними, не знаючи їх природи і походження. Багато століть людина використовувала ці організми в своїх цілях, навіть не знаючи, що це – живі істоти. І лише кілька століть тому великий вчений Левенгук за допомогою мікроскопа побачив їх. Почалося вивчення дріжджів, постійно повідомлялося про нові відкриття і дослідження, які тривають і донині.

Починаючи писати цю курсову роботу, я задала собі таке питання: «Що мені відомо про дріжджі?» І, подумавши, зрозуміла, що практично нічого. У природі нашої планети багато загадок, і, звичайно, життя на Землі складна і різноманітна. І мені стало цікаво, чому дріжджі, так часто зустрічаються в господарстві, таким же чином вони заслужили увагу багатьох вчених. Що особливого в цих мікроорганізмах?

Завдяки цій курсовій роботі я хочу детально вивчити дріжджі, розглянути їх життєві цикли, дізнатися, як їх використовують люди, познайомитися з історією розвитку знань про ці організми. Я вважаю, що будь-яка жива істота в цьому світі по-своєму цікава і яким-небудь чином відрізняється від інших організмів [1].

Вже в ХХ столітті до нашої ери людина зуміла «приручити» дріжджі, навіть не знаючи про їх існування. Дріжджі працювали на людину, готуючи різні підбадьорливі напої, що містять етиловий спирт. Напій, що нагадує сучасне пиво («буза»), був відомий вже в Давньому Єгипті. Там же виник спосіб приготування хліба з кислого дріжджового тіста. Це стало ясно після того, як у розкопках храму і гробниць фараона Ехнатона і його дружини – легендарної Нефертіті, що жили в другій половині XIV століття до нашої ери, археологи натрапили на скупчення форм для випічки хліба та глечиків для пивоваріння. У Китаї вже в Х столітті до нашої ери вміли відганяти спирт з дріжджової бражки для отримання міцних спиртних напоїв. Європейці звикли до спиртного дещо пізніше: виробництво віскі почалося в Ірландії в ХI столітті, а в ХIII столітті в Європі широко поширилося пивоваріння. Вінцем цього періоду можна вважати перший опис дріжджів, які в 1680 р. побачив у краплі бродячого пива під мікроскопом голандець Антонії Ван Левенгук. Хоча він і не пов'язав процес утворення пива з життям цих дрібних «анімалькулей», але його малюнки до цих пір вражають точністю зображення дріжджової клітини. Після цього нічого нового про дріжджі не з'являлося цілих 150 років [1].

Другий період займає все ХIХ століття, починаючи з 30-х років. Цей період зародження наукових знань про дріжджі, коли були зроблені перші наукові описи дріжджів (Каньяр де Латур у Франції, Теодор Шванн і Фрідріх Кютцінг у Німеччині), способів їх розмноження, спороутворення, життєвих циклів. Саме в цей період дріжджі були названі цукровими грибами – Saccharomyces. Найважливішою подією цього періоду було дослідження Луї Пастером в 1860-1876 рр. спиртового бродіння і доказ його біохімічної природи. У 1881 р. Емілем Хансеном у Данії були вперше отримані чисті культури дріжджів. Використання чистих культур перетворило виноробство і пивоваріння, перетворивши їх з виду мистецтва у велику галузь промисловості. Дослідження братів Бюхнер в Німеччині (1890-і рр.) по зброджуванню цукру без клітинними екстрактами дріжджів поклали початок розвитку ензимології та біохімії. У самому кінці ХІХ ст. Хансеном і Клекером в Данії була створена перша класифікація дріжджів.

Третій період охоплює XX століття. Він характеризується диференціацією наукових напрямів у галузі вивчення дріжджів. У першій чверті минулого століття створюється еволюційно-філогенетичний напрям в систематиці дріжджів (А. Гійермон у Франції, 1909-28 рр.), організовується перша колекція дріжджових культур. З 1931 р. почалося видання серії визначників дріжджів в Дельфті (Голландія). У 1954 р. вийшов перший вітчизняний визначник дріжджів В.І. Кудрявцева.

Відкриття радіаційного мутагенезу Г.А. Надсоном і С.Г. Філіпповим в 1925 р. заклали основи радіобіології і стимулювало дослідження з генетики дріжджів. Вони стосувалися доказів існування чергування поколінь у життєвому циклі дріжджів зі зміною плоїдності. Було показано, що аскоспори Saccharomyces cerevisiae гаплоїдний, і кон'югація спор чи їх нащадків призводить до відновлення диплоїдного стану, характерного для вегетативної стадії сахароміцетів. О. Вінг розробив метод зошитового аналізу з ізоляцією 4 спор аска за допомогою мікроманіпуляторів. Згодом дріжджі Saccharomyces cerevisiae виявилися прекрасним модельним об'єктом для генетичних досліджень, і з часу цих робіт генетика дріжджів розвивалася дуже бурхливо. Були виконані тисячі робіт як теоретичного, так і прикладного характеру, що стосуються конструювання генетично змінених штамів дріжджів для біотехнологічної промисловості [13].

Друга половина XX ст. відрізняється ще більшою диференціацією розділів зимологіі, виділенням нових напрямків. Виникають функціональна морфологія і цитологія дріжджів (В. І. Бірюзова в СРСР, Матілья у Швейцарії, Є. Штрейблова в Чехословаччині), молекулярна генетика і генетична систематика (роботи японських, американських, канадських вчених, в СРСР - дослідження Г. І. Наумова), морська зимологія (А. Є. Крісс, М. І. Новожилова в СРСР), екологія та закономірності розподілу дріжджів. З'являються нові галузі на стику різних напрямків, ростуть запити і потреби біотехнології, широко використовує дріжджові організми в найрізноманітніших виробництвах. Дріжджі все більше втягуються в роботи зі створення векторних систем для отримання цінних продуктів біологічного синтезу.

Суттєво змінилися уявлення про різноманітність дріжджів і підходи до їх класифікації. Неухильно зростає кількість відомих видів дріжджових грибів, періодично видаються визначники, серед яких світову популярність здобула серія визначників голландської школи – великих зведень з описом усіх відомих видів дріжджів. Редакторами видань цього визначника були найкращі зимологи Дж. Лоддер, Н. Крегер Ван Рій, Дж. Фелл, Х. П. Куртцман, вони випускають нові редакції визначника з інтервалом 10-15 років. Починаючи з 80-х рр.. періодично перевидається ще один визначник, під редакцією Дж. Барнетта, складений на більш формальній основі, заснований на використанні комп'ютерних технологій ідентифікації. У нашій країні дослідження в області систематики дріжджів пов'язані в основному з іменами І.П. Бабєвої, В.І. Голубєва, Г.І. Наумова [13].

Особливо сильний вплив на вивчення дріжджів, також як і більшості інших груп мікроорганізмів, зробило бурхливий розвиток наприкінці XX ст. молекулярної біології. У сучасній систематиці дріжджів широко використовуються методи геносистематики, засновані на безпосередньому порівнянні геномів і секвенування нуклеотидних послідовностей. Застосування єдиних молекулярно-біологічних методів дозволило ще більше зблизити підходи до таксономії дріжджових і міцеліальних грибів, встановити зв'язки між дріжджовими анаморфами і міцеліальними телеоморфами, розробити нові критерії для створення єдиної філогенетичної системи всього царства Mycota. У той же час, нові знання породили й нові наукові проблеми, зокрема, проблему співвідношення новітніх молекулярних методів з традиційними, заснованими на морфологічних і фізіологічних підходах до вивчення дріжджів. Таким чином, наука про дріжджі, пройшовши більш ніж півторастолітній шлях, продовжує інтенсивно розвиватися і в XXI столітті [1].

РОЗДІЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ДРІЖДЖІВ Saccharomyces cerevisiae

Рис.1.1. Фото на електронному мікроскопі дріжджів Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae — один з найбільш відомих та важливих для людини видів дріжджів через те що їх здавна використовують в пекарстві та пивоварінні. Назва «Saccharomyces» походить з грецької мови, та означає «цукрова цвіль», а «Cerevisiae» походить з латинської мови і означає «пивний» [2].

Цей мікроорганізм відповідає за найзагальніший тип бродіння. Він корисний у дослідженні клітинного циклу, тому що його легко вирощувати, але, як еукаріот, він розділяє складну внутрішню структуру тваринних та рослинних клітин. Геном S. cerevisiae був першим повністю секвенованим серед усіх еукаріотичних геномів. З 500 відомих видів дріжджів першими стали використовувати S. cerevisiae, тому зараз цей вид і використовується найбільш інтенсивно [4].

Дріжджі S. cerevisiae — це непатогенні одноклітинні мікроорганізми, які в багатьох співвідношеннях являють собою еукаріотичний аналог E.coli. Їх генетика, молекулярна біологія та метаболізм детально вивчені. S. cerevisiae розмножуються брунькуванням і добре ростуть на таких же простих середовищах, як і E.coli.

Їх здатність до перетворення цукру в етанол і вуглекислий газ здавна використовувалася для виготовлення алкогольних напоїв та хліба. В даний час щорічно у всьому світі витрачається більше 1 млн. тонн S. cerevisiae.

Дріжджі S. cerevisiae представляють також великий науковий інтерес. Зокрема, вони є найбільш зручною моделлю для дослідження інших еукаріот, у тому числі людини, оскільки багато генів, відповідальних за регуляцію клітинного поділу S. cerevisiae, схожі з людськими. Це відкриття сприяло ідентифікації та характеристиці генів людини, які відповідають за розвиток новоутворень. Широко використовувана генетична система дріжджів (штучна хромосома) є неодмінним учасником всіх досліджень з вивчення ДНК людини. У 1996 р була визначена повна нуклеотидних послідовність всього набору хромосом S. cerevisiae, що ще більше підвищило цінність цього мікроорганізму для наукових досліджень. Така робота на еукаріотах була виконана вперше.

S.cerevisiae, також вченими вважається, як "модель організму". Його великою перевагою є те, що він є одноклітинним і еукаріотичним організмом. Як еукаріот, більшість генів і білків дріжджів гомологічні людським [7] і більш глибокий аналіз геному дріжджів, також допомагає вченим зрозуміти людський геном. Ще однією перевагою є його швидкий ріст. На звичайному середовищі, після населення дріжджів[8], колонії, як правило, видно через 2-3 дня.. Оскільки повна послідовність геному тепер доступний, мутанти, унікальні для еукаріотичних організмів тепер можуть бути виражені в еукаріотів, на відміну від вивчення подібних генів у прокаріотів [4].