172735 Тверская обл., г.Осташков, пер.Советский, д.З

Версия для слабовидящих

Администрация МО

Город Осташков

Тверская область

Телефон:
+7 (48235) 5-68-17

[email protected]

Биология дрожжей. Дрожжи есть ядро

Глава 2. Дрожжевая клетка. Цитология

Дрожжевая клеткаимеет все основные структуры, которые присущи любой эукариотической клетке, но в то же время она обладает особенностями, свойственными грибам, а именно, сочетанием признаков как растительной, так и животной клеток: клеточная стенка у них ригидная, как у растений, но в клетке отсутствуют хлоропласты и накапливается гликоген, как у животных.

Такие структуры, как ядро с двойной мембраной, митохондрии, эндоплазматический ретикулум и его производные, обнаруживаются в клетках всех дрожжей во все периоды клеточного цикла. Но в целом очень существенные различия наблюдаются в ультраструктурной организации и поведении отдельных органелл в зависимости от возраста клетки, внешних условий, стадии онтогенеза. Следует также отметить, что большинство сведений по цитологии дрожжей получено при изучении клеток Saccharomyces cerevisiaeи некоторых других видов аскомицетовых дрожжей. У других видов детали цитологического строения могут несколько отличаться.

Компоненты дрожжевой клетки Ядро

В дрожжевой клетке в фазе между делениями всегда имеется только одно ядро. В световом микроскопе его можно увидеть после специальной окраски или с помощью фазово-контрастного устройства при высоких разрешениях. На электронно-микроскопических снимках ультратонких срезов дрожжевых клеток ядро выглядит как более или менее округлая органелла, окруженная двойной мембраной - нуклеолеммой. В ней есть поры в виде округлых сквозных отверстий, которые образуются в результате слияния двух ядерных мембран. Однако ядерные поры - не просто отверстия, они заполнены сложноорганизованными структурами, которые называют комплексом пор ядра. Считается, что основная функция ядерных пор - транспорт готовых рибосомных субъединиц в цитоплазму. Ядерная оболочка многофункциональна, но в основном играет роль барьера, отделяющего содержимое ядра и регулирующего транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой.

Содержимое ядра, так называемый ядерный матрикс, имеет сложную, но упорядоченную многокомпонентную структуру. Основные функциональные единицы ядра - молекулы ДНК, несущие основную генетическую информацию о клетке. ДНК составляет основную часть хроматина - основного компонента ядра. Хроматин может находится в диффузном состоянии при полной деконденсации хромосом в интерфазе, и в конденсированном, когда при делении ядра ДНК конденсируетсяи образует плотныехромосомы. Число хромосом в ядре разных видов дрожжей может быть различным, оно колеблется от 2 (Candida utilis) до 16 (Saccharomyces cerevisiae). На электронно-микроскопических снимках в ядерном матриксе выделяются и другие компоненты, такие какядрышков виде особой электронно-плотной зоны, различные гранулы. Однако они не являются особыми органеллами и являются продуктами активности отдельных локусов хромосом. Так, ядрышко - это область синтеза рибосомальной РНК.

Основная функция ядра - хранение и репликация большей части наследственного материала. В ядре осуществляется контроль синтеза нуклеиновых кислот, происходит формирование новых мембран на нуклеолемме, контроль деления или почкования клетки. При половом процессе ядро после диплоидизации переходит к мейотическому делению и в половые споры включаются гаплоидные ядра. Вегетативные клетки разных видов дрожжей могут быть гаплоидными или диплоидными в зависимости от особенностей полового цикла развития.

При почковании дрожжевой клетки ядро обычно находится в области перешейка между материнской клеткой и почкой. При этом происходит его митотическое делениебез нарушения целостности ядерной мембраны. В делении участвует так называемаяцентриолярная пластинка(бляшка), которая удваивается и выполняет функции центриолей, организуя внутриядерныйаппарат веретена, состоящий измикротрубочек.

studfiles.net

Дрожжи

Дрожжи - позатаксономична группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальные строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Объединяет около 1500 видов, относящихся к аскомицетов и базидиомицетов [1] и доминируют среди грибов в водных средах [2].

Границы группы очерчены нечетко: многие грибы, способных размножаться вегетативно в одноклеточной форме и таким образом идентифицируются как дрожжи, на других стадиях жизненного цикла образуют развитый мицелий, а в ряде случаев и макроскопические плодовые тела. Раньше такие грибы выделяли в особую группу дрожжеподобных, но сейчас их всех, как правило, рассматривают вместе с дрожжами [3]. Исследование 18S рРНК показали близкое родство с типичными грибами других видов, способными к росту только в виде мицелия.

Размеры дрожжевых клеток обычно составляют 3-7 мкм в диаметре, тогда как некоторые виды способны расти до 40 мкм [4]. Большинство видов размножается бесполое с помощью почкования, хотя некоторые виды способны к симметричному (бинарного) деления.

Дрожжи имеют большое практическое значение, особенно пекарские или пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Некоторые виды являются факультативными и условными патогенами.

Кроме того, некоторые виды чрезвычайно важны как модельные организмы в клеточной биологии, так Saccharomyces cerevisiae наиболее исследованным микроорганизмом - эукариот. Эти исследования проводятся с целью сбора информации о биологии эукариотических клеток и, наконец, о биологии человека [5]. Другие виды дрожжей, например Candida albicans, является оппортунистическими патогенами и могут вызывать инфекции у человека. К настоящему времени полностью расшифрован геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae (они стали первыми эукариотами, чей геном был полностью секвенирован) и Schizosaccharomyces pombe.

1. История

Слово "дрожжи" имеет общий корень со словом "дрожать" - т.е. "дрожать", которое применялось при описании вспенивания жидкости часто сопутствует брожение, осуществляемое дрожжами.

Дрожжи, вероятно, одни из самых древних домашних организмов". Тысячи лет люди использовали их для ферментации и выпечки. Археологи нашли среди руин древнеегипетских городов жернова и пекарни, а также изображение пекарей и пивоваров. Предполагается, что пиво египтяне начали варить за 6000 лет до н. е., а к 1200 году до н. е. овладели технологией выпечки дрожжевого хлеба вместе с выпечкой пресного [6]. Для начала сбраживания нового субстрата люди использовали остатки старого. В результате, в разных хозяйствах столетиями происходила селекция дрожжей и сформировались новые штаммы, которые не встречаются в природе, многие из которых даже изначально были описаны как отдельные виды. Они являются такими же продуктами человеческой деятельности, как сорта культурных растений.

Луи Пастер - ученый, установивший роль дрожжей в спиртовом брожении

В 1680 году голландский натуралист Антон ван Левенгук впервые увидел дрожжи в оптический микроскоп, однако не распознал в них из-за отсутствия движения живые организмы [7]. И только в 1857 году французский микробиолог Луи Пастер в работе "Mmoire sur la fermentation alcoholique" доказал, что спиртовое брожение - не просто химическая реакция, как считалось ранее, а биологический процесс, который проводится дрожжами [8] [9].

В 1881 году Эмиль Христиан Хансен выделил чистую культуру дрожжей, а в 1883 году впервые использовал ее для получения пива вместо нестабильных заквасок [6]. В конце 19 века при его участии создается первая классификация дрожжей, в начале 20 века появляются определители и коллекции дрожжевых культур. Во второй половине века наука о дрожжи ( зимология) помимо практических вопросов начинает уделять внимание экологии дрожжей в природе, клеточной биологии, генетике.

К середине 20 века ученые наблюдали только половой цикл аскомицетным дрожжей и рассматривали их всех как обособленную таксономическую группу сумчатых грибов (аскомицетов). Японскому микологи Исао Банно в 1969 году удалось индуцировать половой цикл размножения Rhodotorula glutinis, который является базидиомицетов. Современные молекулярные исследования показали, что дрожжи (одноклеточные формы) сформировались независимо среди аскомицетным и базидиомицетних грибов и является не единственным таксоном, а морфологической форме.

24 апреля 1996 года было объявлено, что Saccharomyces cerevisiae стал первым эукариотических организмов, чей геном (12 млн. пар оснований) был полностью секвенирован [10]. Секвенирование, в котором принимали участие более 100 лабораторий, заняло 7 лет [11]. Следующим дрожжевым организмом и шестым эукариот с полностью расшифрованным геномом в 2002 году стал Schizosaccharomyces pombe [12] с 13,8 млн. пар оснований.

2. Биология дрожжей

2.1. Классификация

Различить дрожжи, принадлежащие к разным отделов грибов, можно как по характеристикам их жизненного цикла, так и без его наблюдения - по физиологическим признакам. К ним относятся: синтез каротиноидов (встречается только в базидиомицетних дрожжей), тип убихинон (с 5-7 изопреноидними остатками в аскомицетным и с 8-10 в базидиомицетних, хотя есть исключения), тип деления (почкования или симметричное разделение, см. раздел Жизненный цикл), содержание ГЦ в ДНК (26-48% в аскомицетным, 44-70% в базидиомицетних), наличие уреазы (характерна за несколькими исключениями только базидиомицетним) и другие.

2.2. Особенности метаболизма

Дрожжи являются хемо органо гетеротрофами и используют органические соединения как для получения энергии, так и в качестве источника углерода. Им необходим кислород для дыхания, однако при его видсутности много видов способны получать энергию за счет анаэробного дыхания ( брожение) с выделением спиртов, т.е. они факультативными анаэробами. В отличие от бактерий, среди дрожжей Есть облигатных анаэробов, гибнущих при наличии кислорода в среде. При пропускании воздуха через сброженных субстрат, дрожжи прекращают брожение и начинают дышать (поскольку этот процесс эффективнее), потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Это ускоряет рост дрожжевых клеток ( эффект Пастера). Однако, даже при доступе кислорода в случае высокого содержания глюкозы в среде дрожжи начинают ее сбраживать ( эффект Крэбтри).

Дрожжи относительно требовательны к условиям среды. В анаэробных условиях дрожжи могут использовать как источник энергии только углеводы, причем в основном гексозы и построенные из них олигосахариды. Некоторые виды (Pichia stipitis, Pachysolen tannophilus) усваивают и пентозы, например ксилозу. Schwanniomyces occidentalis и Saccharomycopsis fibuliger способны сбраживать крахмал, Kluyveromyces fragilis - инулин. В аэробных условиях круг усвоенных субстратов шире: помимо углеводов также жиры, углеводороды, ароматические и одновуглецеви соединения, спирты, органические кислоты. Значительно больше видов способны использовать пентозы в аэробных условиях. Однако, сложные соединения ( лигнин, целлюлоза) для дрожжей недоступны.

Источниками азота для всех дрожжей могут быть соли аммония, примерно половина видов имеет нитратредуктазы и может усваивать нитраты. Пути усвоения мочевины различны в аскомицетным и базидиомицетних дрожжей. Аскомицетным сначала карбоксилюють ее, затем гидролизуют, базидиомицетни - сразу гидролизуют уреазой.

Для практического применения важны продукты вторичного метаболизма дрожжей, выделяемые в малых количествах в среду: сивушные масла, ацетоин, диацетил, масляный альдегид, изоамиловый спирт, диметилсульфид и др.. Именно от них зависят органолептические свойства полученных с помощью дрожжей продуктов.

2.3. Жизненный цикл

Отличительной особенностью дрожжей является способность к вегетативного размножения в одноклеточном состоянии ( анаморф). При сравнении с жизненными циклами других грибов, это выглядит как почкование спор или зиготы, или как симметричный (бинарный) деление. Многие дрожжей также способны к реализации примитивного полового жизненного цикла, в котором могут быть и мицелиальные стадии ( телеоморфы).

В некоторых дрожжеподобных грибов, образующих мицелий, возможен его распад на клетки (артроспоры). Это встречается в родах Endomyces, Galactomyces, Arxula и Trichosporon. В последних двух артроспоры после образования начинают размножаться почкованием. Trichosporon также образует вегетативные эндоспоры внутри клеток мицелия.

2.3.1. Цикл аскомицетным дрожжей

Жизненный цикл аскомицетным гапло-диплоидных дрожжей.

Наиболее характерным типом вегетативного размножения для одноклеточных аскомицетным дрожжей является почкования, только Schizosaccharomyces pombe и связанные виды размножаются не почкованием, а бинарным делением [13]. Место образования почки является важным диагностическим признаком: полярное почкование за счет образования шрамов почкования приводит к формированию апикулярних лимоноподибних (Saccharomycodes, Hanseniaspora, Nadsonia) и грушевидный (Schizoblastosporion) клеток, тогда как многостороннее почкование не меняет форму клетки ( Saccharomyces, Pichia, Debaryomyces, Candida). В родов Sterigmatomyces, Kurtzmanomyces и Fellomyces почкование происходит на длинных выростах (стеригмах).

Почкование в аскомицетным дрожжей голобластичне: клеточная стенка материнской клетки размягчается, выгибается наружу и дает начало клеточной стенке дочерней клетки. Часто, особенно в аскомицетным дрожжей родов Candida и Pichia, клетки после почкования не расходятся и образуют псевдомицелий, отличающийся от настоящего мицелия отчетливо видимыми перетяжками на месте септ и короче по сравнению с предыдущими конечными клетками.

Гаплоидные аскомицетным дрожжевые клетки имеют два типа спаривания: а и α. Срок "Пол" не используется, поскольку клетки морфологически идентичны и различаются только одним генетическим локусом MAT (от англ. mating - Спаривание). Клетки разных типов могут сливаться и образовывать диплоид a / α, который после мейоза дает 4 гаплоидных аскоспоры : две а и две α. Вегетативное размножение аскомицетным дрожжей возможно у разных видов или только на гаплоидный стадии, или только на диплоидной, либо на обоих (гапло-диплоидные дрожжи).

2.3.2. Цикл базидиомицетних дрожжей

Ентеробластичне почкование у Malassezia SP.

Почкование базидиомицетних дрожжей ентеробластичне: клеточная стенка материнской клетки разрывается, из разрыва выходит почка и синтезирует свою клеточную стенку с нуля. Бинарный разделение дрожжевых клеток для базидиомицетов не характерно.

Кроме обычного почкования многие виды исключительно базидиомицетних дрожжей (роды Sporidiobolus, Sporobolomyces, Bullera) способны образовывать вегетативные балистоспоры : споры на вырасти, наполненном гликогеном. Вследствие гидролиза гликогена давление увеличивается и спора отстреливается на расстояние до нескольких миллиметров. При тесте на образование балистоспор, дрожжи высеваются на пластинку агаризованного питательной среды, закрепленную на крышке чашки Петри. Рост дрожжей на среде под этой пластинкой означает наличие у них балистоспор и их принадлежность к базидиомицетов.

При половом размножении у базидиомицетов при слиянии гаплоидных дрожжевых клеток (плазмогамия) слияние ядер (кариогамия) не происходит и формируется дикариотична клетка, дающая начало мицелия. Уже в мицелии происходит кариогамия и образуются базидиоспоры, часто даже на плодовом теле (ряд Tremallales). Единственными дрожжами среди базидиомицетов, не формируют мицелий даже при половом цикле размножения, является Xanthophyllomyces dendrorhus.

Следует отметить, что в базидиомицетових дрожжей типы спаривания различаются обычно не одним, а большим количеством локусов. Могут сливаться только те клетки, в которых все эти локусы различны, т.е. типов спаривания больше двух.

3. Распространение в природе

Места обитания дрожжей связаны преимущественно с богатыми сахарами субстратами: поверхностью плодов и листья, они питаются прижизненными выделениями растений, нектаром цветов, раневыми соками растений, мертвой фитомассы и т. д., однако они также распространены в почве (особенно в подстилке и органогенных горизонтах) и природных водах. Дрожжи (роды Candida, Pichia, Ambrosiozyma) постоянно присутствуют в кишечника и шествиях ксилофагив (насекомых, питающихся древесиной), богатые дрожжевые сообщества развиваются на листьях, пораженном тлей. Представители рода Lypomyces являются типичными обитателями почвы.

4. Применение

Некоторые виды дрожжей с давних пор используются человеком при приготовлении алкогольных напитков ( пива, вина, кваса и др.). и хлеба. В сочетании с перегонкой, процессы брожения лежат в основе производства и крепких спиртных напитков. Полезные физиологические свойства дрожжей позволяют использовать их биотехнологии. В наше время [ Когда? ] их применяют в производстве ксилита [14], ферментов, пищевых добавок, для очистки от нефтяных загрязнений.

Также дрожжи широко используются в науке как модельные организмы для исследований в генетике, молекулярной и клеточной биологии. Пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) были первыми из эукариот, у которых была полностью определена последовательность генома ДНК.

4.1. Традиционные процессы

4.1.1. Хлебопечение

Гранулированные сухие активные дрожжи - коммерческий продукт для хлебопечения

Приготовление печеного дрожжевого хлеба - одна из древнейших технологий. В этом процессе используется преимущественно Saccharomyces cerevisiae. Они проводят спиртовое брожение с образованием множества вторичных метаболитов, обуславливающие вкусовые и ароматические качества хлеба. Спирт испаряется при выпечке. Кроме того, в тесте формируются пузырьки углекислого газа, заставляющие его подниматься и после выпечки добавляют хлебу губчатую структуру и мягкость. Аналогичный эффект вызывает внесение в тесто соды и кислоты (обычно лимонной), но в этом случае не образуются вкусовые соединения.

Мука обычно бедна сахарами, необходимыми для брожения, поэтому в тесто добавляют яйца или сахар. Для получения большего количества вкусовых соединений тесто прокалывают или перемешивают, высвобождая углекислый газ, а потом опять покидают "подниматься". Появляется, однако, риск, что дрожжам не хватит сбраживаемого субстрата.

4.1.2. Виноделие

Плоды винограда со слоем воска кутикулы и дрожжей на них.

Дрожжи в естественных условиях присутствующие на поверхности плодов, в частности винограда, часто они присутствуют в большом количестве в светлом восковым налетом на ягодах, кутикуле. Особенно часто здесь встречается вид Hanseniaspora uvarum, хотя кутикула может содержать и много других видов. Хотя "дикие" эпифитные дрожжи и могут привести к непредсказуемому результату брожения, обычно они не выдерживают конкуренции с дрожжами, которые живут в винных бочках.

Собранный виноград давят, получая сок ( муст, виноградное сусло) с 10-25% сахара. Для получения белых вин от него отделяют смесь косточек и кожуры (мезга), в мусте для красных вин она остается. Затем, в результате брожения, сахар превращается в этанол. Вторичные метаболиты дрожжей, а также соединения, полученные из них при созревании вина, определяют его аромат и вкус. Для получения ряда вин (например шампанского) вторично сбраживают вино уже перебродившего.

Прекращение брожения связано либо с исчерпанием запасов сахаров ( сухое вино), или с достижением порога токсичности этанола для дрожжей. Хересные дрожжи, в отличие от обычных дрожжей (которые погибают, когда концентрация спирта в растворе достигает 12%), устойчивее. Сначала хересные дрожжи были известны только на юге Испании (в Андалусии), где благодаря их свойствам получали крепкое вино - херес (до 24% при длительной выдержке). Со временем, хересные дрожжи были также обнаружены в Армении, Грузии, Крым и др.. Хересные дрожжи также используют при производстве некоторых крепких сортов пива.

4.1.3. Пивоварение и квасоварения

Ячменный солод

В пивоварении в качестве сырья используется зерно (чаще ячмень), содержащий много крахмала, но мало сброженных дрожжами сахаров. Поэтому перед брожением крахмал гидролизуют. Для этого используются амилазы, образуемые самим зерном при прорастании. Пророщенный ячмень носит название солод. Солод размалывают, смешивают с водой и варят, получая сусло, которое впоследствии сбраживается дрожжами. Различают пивные дрожжи низового и верхового брожения (эту классификацию ввел датчанин Христиан Хансен).

Дрожжи верхового брожения (наиболее распространенные - Saccharomyces cerevisiae) формируют шапку на поверхности сусла, предпочитают температурам 14-25 C (так верховое брожение также называются теплым) и выдерживают высокие концентрации спирта. Дрожжи низового (холодного) брожения (Saccharomyces uvarum, Saccharomyces carlsbergensis) имеют оптимум развития при 6-10 C и оседают на дно ферментера. При создании пшеничного пива часто используется Torulaspora delbrueckii. При изготовлении ламбика применяются дрожжи, случайно попавшие в ферментер, обычно они принадлежат к роду Brettanomyces.

Квас производится по аналогичной схеме, однако, кроме ячменного широко применяется ржаной солод. К нему добавляется мука и сахар, после чего смесь заливается водой и варится с образованием сусла. Важнейшим отличием квасоварения от производства пива является использование при сбраживании сусла, кроме дрожжей, молочнокислых бактерий.

4.1.4. Чайный гриб

Чайный гриб в банке

Чайный гриб является симбиотом нескольких видов дрожжей и бактерий, что растет в сладкой жидкости (обычно чай или сок), и сбраживает ее с получением кисло-сладкое, "чайного кваса". Впервые он упоминается в китайских рукописях примерно 250 года до н. н.э. Его использование в Российской империи, в частности в Украине, началось в 1900-е годы.

Чайный гриб является ассоциацией дрожжей и уксуснокислых бактерий. Чаще наблюдаются ассоциации дрожжей Brettanomyces bruxellensis, Candida stellata, Schizosaccharomyces pombe, Torulaspora delbrueckii, Zygosaccharomyces bailii и некоторых других, с рядом видов бактерий семейства Acetobacteraceae [15].

В 50-е годы 20 века в СССР активно исследовали различные природные вещества для их медицинского использования, в процессе которых были отмечены антимикробные и протиатеросклеротични свойства как зооглеи чайного гриба, так и жидкости, в которой он выращивается [16].

4.2. Современные использования

4.2.1. Промышленное производство спирта

Спиртовое брожение - процесс, приводящий к образованию этанола (CH 3 CH 2 OH) из водных растворов углеводов (сахаров), под действием некоторых видов дрожжей (см. ферментация) в процессе их метаболизма.

В промышленности для производства спирта используют сахарный тростник, фуражную кукурузу и другие дешевые источники углеводов. Для получения сброженных моно-и олигосахаридов они разрушаются серной кислотой или амилазами грибного происхождения. Затем проводится сбраживание и перегонка ректификации спирта до стандартной концентрации около 96 об. % [17]. Дрожжи рода Saccharomyces были генетически модифицированы для сбраживания ксилозы [18] - одной из основных составляющих целлюлозы, что позволило использовать как сырье для получения биоэтанола бумагу и отходы деревообработки. Все это снижает цену и улучшает положение биоэтанола в конкурентной борьбе с углеводородным топливом [19].

4.2.2. Пищевые и кормовые дрожжи

Дрожжи богаты белками, их содержание может доходить до 66%, при этом 10% массы приходится на незаменимые аминокислоты. Дрожжевая биомасса может быть получена из отходов сельского хозяйства, гидролизатов древесины, ее выход мало зависит от климатических и погодных условий. Поэтому ее использование чрезвычайно выгодно для обогащения белками пищи человека и корма сельскохозяйственных животных. Добавление дрожжей в колбасы началось еще в 1910-е годы в Германии, в 1930-е кормовые дрожжи начали производить в СССР, где эта отрасль особенно развилась.

В СССР первый крупный завод по производству белка - паприн, мощностью 70000 тонн в год, был запущен в 1973 году. Как сырья использовались отходы нефтепереработки. В 1980-е годы в СССР производилось 1 млн. т дрожжевого белка, что составляло 2/3 от общемировых объемов, среди лидеров биотехнологического производства дрожжевого кормового белка и липофильные- жировых комплексов были ГДР и Венгрия. Однако в 1990-е годы, в связи с возникшими гигиеническими проблемами производства и применением микробного белка, а также с экономическим кризисом, производство резко сократилось. Данные, которые накопились, свидетельствовали о проявлении ряда негативных эффектов применения паприн в кормлении птиц и животных. По экологическим и гигиеническим причинам снизился и интерес к данной отрасли во всем мире.

Однако на Западе сейчас производятся и продаются различные дрожжевые экстракты : вегемит, мармиты, боврил, ценовис [20]. Для получения экстрактов используются либо автолизат дрожжей (клетки разрушаются и белок становится доступным благодаря ферментам самих клеток), или их гидролизаты (разрушение специальными веществами). Они применяются как пищевые добавки и для придания блюдам вкусовых качеств, кроме того, существуют косметические средства на основе дрожжевых экстрактов.

Продаются также отключены (убиты тепловой обработкой), но не разрушены пищевые дрожжи, особенно популярны у веганов из-за высокого содержания белка и витаминов (особенно группы B), а также малое количество жиров. Некоторые из них обогащены витамином B 12 бактериального происхождения.

4.2.3. Применение в медицине

4.2.4. Биоремедиации

Некоторые дрожжи находят потенциальное применение в области биоремедиации (биологической очистки территории). Одним из примеров являются дрожжи Yarrowia lipolytica, перерабатывающие пальмовое масло в сточных водах мельниц [28], ТНТ (взрывной материал) [29] и многие другие углеводородов, например алканы, жирные кислоты, жиры и масла [30].

4.3. Исследования как модельного организма

Структира клетки дрожжей

Несколько видов дрожжей, особенно Saccharomyces cerevisiae, широко используются в генетике и клеточной биологии как модельный организм. Это в значительной степени происходит потому, что клеточный цикл и физиологические процессы клеток дрожжей очень похожи соответствующих процессов человеческих клеток, и поэтому основные клеточные механизмы репликация ДНК, рекомбинация, деление клетки и метаболизм имеют много общих черт [31]. Также много белков, важных в биологии человека, впервые были обнаружены при изучении их гомологов в дрожжах; эти белки включают белки клеточного цикла, сигнальные белки и ферменты, модифицирующие белки.

24 апреля 1996 года было заявлено, что S. cerevisiae стал первым эукариот, чей геном, состоящий из 12 млн. пар оснований, был полностью секвенирован в рамках геномного проекта [10]. В то время это был самый сложный организм, чей геном был секвенирован, этот процесс занял 7 лет и привлекал более 100 лабораторий [32]. Вторым видом дрожжей, чей геном был секвенирован, был Schizosaccharomyces pombe, завершен в 2002 году [33]. Это был шестой геном эукариотов размером 13,2 млн. пар оснований.

5. Дрожжи как фактор порчи продуктов

Дрожжи способны расти на средах с низким pH (5,5 и даже ниже), особенно в присутствии углеводов, органических кислот и других легко утилизируемых источников органического углерода [34]. Они хорошо развиваются при температуре 5-10 С, когда мицелиальные грибы уже неспособны к росту.

В процессе жизнедеятельности дрожжи метаболизируют компоненты пищевых продуктов, образуя собственные специфические конечные продукты метаболизма. При этом физические, химические и, как следствие, органолептические свойства продуктов изменяются - продукт портится [35]. Разрастание дрожжей на продуктах нередко видны невооруженным глазом как поверхностный налет (например, на сырые или на мясных продуктах) или проявляют себя, запуская процесс брожения (в соках, сиропах и даже в достаточно редком варенье).

Дрожжи рода Zygosaccharomyces уже долгое время являются одними из важнейших агентов порчи продукции пищевой промышленности. Особенно усложняет борьбу с ними тот факт, что они могут расти в присутствии высоких концентраций сахарозы, этанола, уксусной кислоты, бензойной кислоты и диоксида серы [36], которые являются важнейшими консервантами.

6. Патогенные дрожжи

Candida albicans : колония дрожжевых клеток и псевдомицелий.

Некоторые виды дрожжей являются факультативными и условными патогенами, обычно вызывая заболевание у людей с ослабленной иммунной системой.

Дрожжи рода Candida являются компонентами нормальной микрофлоры человека, однако при общем ослаблении организма травмами, ожогами, хирургическим вмешательством, длительном применении антибиотиков, в раннем детском возрасте и в старости дрожжи этого рода могут массово развиваться, вызывая заболевания - кандидоз. Существуют различные штаммы этого гриба, в том числе достаточно опасные. В нормальных условиях в человеческом организме дрожжи рода Candida ограничиваются в своем развитии естественной бактериальной микрофлорой человека ( лактобактерии и др.)., но при развитии патологического процесса многие из них образуют высокопатогенные сообщества по бактериями.

Еще один вид дрожжей, Cryptococcus neoformans, вызывает криптококкоз, особенно опасный для ВИЧ -инфицированных людей: среди них заболеваемость криптококкоз достигает 7-8% в США и 3-6% в Западной Европе. Клетки C. neoformans окружены прочной полисахаридной капсулой, которая препятствует их распознаванию и уничтожению лейкоцитами. Дрожжи этого вида чаще всего проявляются в помете птиц, при том что сами птицы не болеют.

Род Malassezia включает облигатных симбионтов теплокровных животных и человека, которые не встречаются нигде, кроме их кожных покровов. При нарушениях иммунитета они вызывают питириаз (пестрый лишай), фолликулит и себорейный дерматит. У здоровых людей при нормальном функционировании сальных желез Malassezia никак себя не проявляет и даже играет положительную роль, препятствуя развитию опасных патогенов.

Примечания

Kurtzman, CP, Fell, JW (2006). "Yeast Systematics and Phylogeny - Implications of Molecular Identification Methods for Studies in Ecology" - www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm?SEQ_NO_115=176765. Biodiversity and Ecophysiology of Yeasts, The Yeast Handbook, Springer . http://www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm?SEQ_NO_115=176765 - www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm?SEQ_NO_115=176765 . Проверено 7 января 2007 .
Bass D.; Howe, A.; Brown, N.; Barton, H.; Demidova, M.; Michelle, H.; Li, L.; Sanders, H.; Watkinson, SC; Willcock, S.; Richards, TA. Yeast forms dominate fungal diversity in the deep oceans / / Proc Biol Sci. - (2007-10-16).
Kurtzman, CP, Fell, JW 2006. Yeast systematics and phylogeny - implications of molecular identification methods for studies in ecology. In: Rosa, CA and Peter, G., editors. The Yeast Handbook. Germany: Springer-Verlag Berlin Herdelberg. p. 11-30.
Walker K, Skelton H, Smith K.. Cutaneous lesions showing giant yeast forms of Blastomyces dermatitidis / / J Cutan Pathol .. - 29. - (2002) (10): 616-618. PMID 12453301 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12453301 .
Ostergaard, S., Olsson, L., Nielsen, J.. Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae - mmbr.asm.org/cgi/content/full/64/1/34 / / Microbiol. Mol. Biol. Rev.. - 64. - (2000): 34-50.
↑ а б Бабьева И. П., Чернов И. Ю. Биология дрожжей. - Товарищество научных изданий КМК, 2004.
Yeast, The Contemporry Review (1871), Collected Essays VIII. - aleph0.clarku.edu/huxley/CE8/Yeast.html.
Planets in а Bottle, More about Yeast - science.nasa.gov/newhome/headlines/msad16mar99_1b.htm, Science @ NASA
Barnett, James A.. Beginnings of microbiology and biochemistry: the contribution of yeast research - mic.sgmjournals.org/cgi/content/full/149/3/557 # R53 / / Microbiology. - 149. - (2003): 557-567. PMID 12634325 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12634325 .
↑ а б Williams N. Genome Projects: Yeast Genome Sequence Ferments New Research / / Science. - 272. - ( April 26, 1996) (5261): 481-0. DOI : 10.1126/science.272.5261.481 - dx.doi.org/10.1126/science.272.5261.481.
COMPLETE DNA SEQUENCE OF YEAST - www.accessexcellence.org/WN/SUA07/yeast496.html
"Schizosaccharomyces pombe: Second yeast genome sequenced" - www.genomenewsnetwork.org/articles/03_02/s_pombe.shtml . http://www.genomenewsnetwork.org/articles/03_02/s_pombe.shtml - www.genomenewsnetwork.org/articles/03_02/s_pombe.shtml .
Balasubramanian M., Bi E., Glotzer M.. Comparative analysis of cytokinesis in budding yeast, fission yeast and animal cells - www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids = 15380095 / / Curr Biol .. - 14. - (2004) (18): R806-R818. PMID 15380095 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15380095 .
R. Sreenivas Rao, RS Prakasham, K. Krishna Prasad, S. Rajesham, PN Sarma, L. Venkateswar Rao (2004) Xylitol production by Candida sp.: Parameter optimization using Taguchi approach, Process Biochemistry 39:951-956
"Yeast ecology of Kombucha fermentation" - www.sciencedirect.com/science/article/B6T7K-4C76F1S-4/2/c9a198f08bec6a0a63fc884b5ff2693e. International Journal of Food Microbiology.
"Чайный гриб и его лечебные свойства" (Г. Ф. Барбанчик, 1954)
"Fuel Ethanol Production" - fuelethanolproduction.blogspot.com/2007/11/fuel-ethanol-production.html. Genomics: GTL.
"Genetically Engineered Saccharomyces Yeast Capable of Effective Cofermentation of Glucose and Xylose" - aem.asm.org/cgi/content/full/64/5/1852. American Society for Microbiology.
"Yeast rises to a new occasion" - www.agriculture.purdue.edu/agcomm/AgCom/news/backgrd/9808.Ho.yeast.html. American Society for Microbiology.
Тулякова Т. В., Пасхин А. В., Седов В. Ю. Дрожжевые экстракты - безопасные источники витаминов, минеральных веществ и аминокислот / / Пищевая промышленность № 6, 2004 [1] - www.westfalia-separator-moscow.com/ Core / DownloadedFile / Yeast_extracts.pdf
Centina-Sauri G, Sierra Basto G. Therapeutic evaluation of Saccharomyces boulardii in children with acute diarrhea / / Ann Pediatr. - 41. - (1994): 397-400.
Kurugol Z, Koturoglu G. Effects of Saccharomyces boulardii in children with acute diarrhoea / / Acta Paediatrica. - 94. - (2005 Jan): 44-47.
McFarland L, Surawicz C, Greenberg R. Prevention of β-lactam associated diarrhea by Saccharomyces boulardii compared with placebo / / Am J Gastroenterol. - 90. - (1995): 439-48.
Kollaritsch H, Kemsner P, Wiedermann G, Scheiner O. Prevention of traveller's diarrhoea. Comparison of different non-antibiotic preparations / / Travel Med Int. - (1989): 9-17.
Saint-Marc T, Blehaut H, Musial C, Touraine J. AIDS related diarrhea: a double-blind trial of Saccharomyces boulardii / / Sem Hsp Paris. - 71. - (1995): 735-41.
McFarland L, Surawicz C, Greenberg R. A randomised placebo-controlled trial of Saccharomyces boulardii in combination with standard antibiotics for Clostridium difficile disease / / J Am Med Assoc. - 271. - (1994): 1913-8.
Maupas J, Champemont P, Delforge M. Treatment of irritable bowel syndrome with Saccharomyces boulardii: а double blind, placebo controlled study / / Medicine Chirurgie Digestives. - 12 (1). - (1983): 77-9.
Oswal N, Sarma PM, Zinjarde SS, Pant A.. Palm oil mill effluent treatment by a tropical marine yeast. / / Bioresour Technol .. - 85. - (Oct 2002) (1). PMID 12146640 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12146640 .
Jain MR, Zinjarde SS, Deobagkar DD, Deobagkar DN. 2,4,6-trinitrotoluene transformation by a tropical marine yeast, Yarrowia lipolytica NCIM 3589. - www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd = Retrieve & db = PubMed & list_uids = 15530522 & dopt = Abstract / / Mar Pollut Bull .. - 49. - (Nov 2004) (9-10): 783-8. PMID 15530522 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15530522 .
Fickers P, Benetti PH, Wache Y, Marty A, Mauersberger S, Smit MS, Nicaud JM. Hydrophobic substrate utilisation by the yeast Yarrowia lipolytica, and its potential applications. / / FEMS Yeast Res .. - 5. - (April 2005) (6-7): 527-543. PMID 15780653 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15780653 .
"What are yeasts?" - www.yeastgenome.org / VL-what_are_yeast.html. Saccharomyces Genome Database. Получено 24 декабря 2006.
COMPLETE DNA SEQUENCE OF YEAST - www.accessexcellence.org/WN/SUA07/yeast496.html. Получено 21 января 2007.
Schizosaccharomyces pombe: Second yeast genome sequenced - www.genomenewsnetwork.org/articles/03_02/s_pombe.shtml. Получено 21 января 2007.
Kurtzman, CP 2006. Detection, identification and enumeration methods for spoilage yeasts - www.ars.usda.gov/research/publications/publications.htm?SEQ_NO_115=179383. In: Blackburn, C. de. W, editor. Food spoilage microorganisms. Cambridge, England: Woodhead Publishing. г. 28-54.
Fleet, GH, and Praphailong, W., Yeasts, In: Spoilage of Processed Foods: Causes and Diagnosis, AIFST (2001), Southwood Press. p 383-397
Fugelsang, KC, Zygosaccharomyces, A Spoilage Yeast Isolated from Wine - cati.csufresno.edu/verc/rese/96/960804 /, California Agriculture Technology Institute.

nado.znate.ru

Биология дрожжей - страница 2

Дожжевая клетка имеет все основные структуры, которые присущи любой эукариотической клетке, но в то же время она обладает особенностями, свойственными грибам, а именно, сочетанием признаков как растительной, так и животной клеток: клеточная стенка у них ригидная, как у растений, но в клетке отсутствуют хлоропласты и накапливается гликоген, как у животных. Компоненты дрожжевой клетки Ядро В дрожжевой клетке в фазе между делениями всегда имеется только одно ядро. В световом микроскопе его можно увидеть после специальной окраски или с помощью фазово-контрастного устройства при высоких разрешениях. На электронно-микроскопических снимках ультратонких срезов дрожжевых клеток ядро выглядит как более или менее округлая органелла, окруженная двойной мембраной. В ней есть поры в виде округлых сквозных отверстий, которые образуются в результате слияния двух ядерных мембран. Однако ядерные поры - не просто отверстия, они заполнены сложноорганизованными структурами, которые называют комплексом пор ядра. Считается, что основная функция ядерных пор - транспорт готовых рибосомных субъединиц в цитоплазму. Ядерная оболочка многофункциональна, но в основном играет роль барьера, отделяющего содержимое ядра и регулирующего транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой. Основные функциональные единицы ядра - молекулы ДНК, несущие основную генетическую информацию о клетке. ДНК составляет основную часть хроматина - основного компонента ядра. Число хромосом в ядре разных видов дрожжей может быть различным, оно колеблется от 2 до 16. Митохондрии В митохондриях имеется собственная митохондриальная ДНК (мДНК), а также весь аппарат белкового синтеза, включая матричную РНК и 70S рибосомы (в отличие от 80S рибосом в цитоплазме). мДНК у дрожжей составляет 5-20% от всей ДНК клетки. Число митохондрий в одной дрожжевой клетке варьирует в пределах 1-20 в разные периоды роста и в зависимости от условий. Как правило, 1-2 митохондрии в клетке более крупные, чем остальные и имеют разветвленную форму. Реконструкция ультратонких срезов клетки позволяет предположить, что в некоторых случаях (в подготовительный период почкования) клетка содержит всего одну вытянутую и сильно разветвленную митохондрию. Митохондрии способны к самовоспроизведению. Цитоплазаматическая мембрана На поперечном срезе под электронным микроскопом мембрана у дрожжей выглядит как трехслойная структура. Она представляет собой два слоя фосфолипидов, в которые погружены белковые молекулы, то есть построена по общему для всех клеточных мембран принципу. Однако, имеются различия, касающиеся химического состава. У Saccharomyces cerevisiae основными фосфолипидами мембран являются лецитин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин. На их долю приходится около 90% всех липидов мембраны. В состав мембраны дрожжей входят стероиды - эргостерол, зимостерол и др. Белки представлены в основном ферментами, которые участвуют в трансмембранном переносе веществ, расщеплении полисахаридов и синтезе внеклеточных структур. . Функции цитоплазматической мембраны многообразны: регуляция биосинтеза клеточной стенки, активный транспорт транспорт в клетку специфических молекул органических веществ, транспорт ионов K+ и Na+ и др. Вакуоли В фазово-контрастном микроскопе в клетках дрожжей хорошо видны светлые и прозрачные структуры круглой формы. Это вакуоли (см. приложение 3). Обычно их 1-3 в клетке. Каждая вакуоль окружена одинарной мембраной и содержит различные ферменты, липиды, низкомолекулярные продукты метаболизма (аминокислоты), ионы металлов. В вакуолях сосредоточена большая часть ионов калия. Иногда в вакуоли видны «пляшущие» за счет броуновского движения плотные гранулы. Это так называемые метахроматические гранулы, «пляшущие тельца» (dancing bodies), или волютин. Гранулы эти состоят из полимеризованных остатков фосфатов, а по периферии они покрыты комплексными соединениями из РНК, белков и липидов. Волютин - это резерв полифосфатов в клетке. Основная функция вакуолей - разобщение процессов синтеза и распада белков и нуклеиновых кислот. Они выполняют также роль депо для хранения некоторых запасных веществ и ферментов, участвуют в регуляции тургорного давления. Также в клетке присутствуют: клеточная стенка, которая защищает протопласт от осмотического разрыва и придает клетке определенную форму; капсула (слизистый полисахаридный чехол вокруг клетки), цитоплазма и липиды. 5. Морфология дрожжей Макроморфологические признаки очень изменчивы и сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому они имеют весьма ограниченное значение в систематике дрожжей. . Дрожжевые культуры, растущие на плотных средах, по консистенции бывают чаще всего пастообразными, а также слизистыми, иногда полностью стекающими на дно пробирки, вязкими, клейкими, кожистыми или крошащимися. Слизистый рост характерен для многих анаморфных базидиомицетовых дрожжей родов Cryptococcus (см. приложение 4), Rhodotorula (см. приложение 5), Sporobolomyces, образующих большое количество внеклеточных полисахаридов, а также для аскомицетовых почвенных дрожжей рода Lipomyces (см. приложение 6). У большинства аскомицетовых дрожжей колонии пастообразные, сухие, культура при росте на скошенном агаре не стекает на дно пробирки. Для дрожжеподобных грибов, образующих как одиночные клетки, так и мицелий, характерны колонии с ворсинчатым краем, который хорошо просматривается при просвечивании. У большинства дрожжей колонии белые, часто приобретающие при старении кремовый или слегка коричневатый оттенок. У некоторых аскоспоровых дрожжей, например из рода Lipomyces, старые колонии при обильном спорообразовании темнеют и становятся бурыми или шоколадными. Многие дрожжи образуют пигменты, окрашивающие их колонии в различные цвета. Наличие каротиноидных пигментов, придающих колониям красную, розовую, оранжевую или желтую окраску, характерно для базидиомицетовых дрожжей родов Rhodotorula, Sporobolomyces и др. Аскомицетовые дрожжи Metschnikowia pulcherrima образуют диффундирующий в среду красно-вишневый пигмент пульхерримин. Так называемые «черные дрожжи», формируют темно бурые или черные колонии за счет накопления меланоидных пигментов. Микроморфология дрожжей включает признаки, характеризующие отдельные клетки (форма, размеры), а также способы вегетативного и бесполого размножения и образуемые при этом структуры.. Морфогенез дрожжевой клетки тесно связан со способом вегетативного размножения. Различают два принципиально различных способа образования вегетативных клеток у дрожжей - артрический (талломный) и бластический (зародышевый). При артрическом способе мицелий дрожжеподобных грибов одновременно распадается на отдельные одноклеточные элементы - артроспоры. Они образуются за счет расчленения гифы по поперечным септам после разрушения первичной стенки гифы в местах сочленения. Такой способ вегетативного размножения характерен для дрожжеподобных грибов Endomyces, Galactomyces, Arxula, Trichosporon, причем у двух последних родов образование артроспор сопряжено с их последующим почкованием. Бластический тип вегетативного размножения - это образование почек, что наиболее характерно для дрожжей. Почка представляет собой вырост на материнской клетке, который по мере увеличения в размерах отшнуровывается от нее. На материнской клетке при этом остается шрам почкования, а на отделившейся почке - шрам рождения. Шрамы почкования, или почечные рубцы, сохраняются на материнской клетке весь период ее жизни, а шрамы рождения со временем становятся малозаметными. Форма дрожжевых клеток довольно разнообразна (см. приложение 7) и этот признак тесно связан со способом почкования. У видов, размножающихся многосторонним почкованием, клетки имеют сферическую, округлую, овальную или яйцевидную форму. При биполярном почковании клетки приобретают апикулятную (лимоновидную) или грушевидную форму. У делящихся дрожжей клетки более или менее цилиндрические. Специфическую угловатую форму имеют клетки дрожжей рода Trigonopsis, серповидную - Metschnikowia lunata. Клетки дрожжей, образующие почки на стеригмах, зачастую приобретают форму, делающую их похожими на простекобактерии. У многих видов дрожжей в определенных условиях роста материнские и дочерние клетки после почкования не разъединяются, а продолжают почковаться. В результате возникают структуры, имитирующие мицелий. Такой мицелий называют ложным, или псевдомицелием (см. приложение 8). В отличие от истинного (септированного) мицелия, в нитях псевдомицелия между клетками обычно хорошо заметны перетяжки, а апикальные (концевые) клетки всегда короче предшествующих. Псевдомицелий, состоящий только из клеток одного типа, сходных по форме и размерам, называют примитивным (рудиментарным). Сложный псевдомицелий состоит из клеток более чем одного типа, обычно в нем резко различаются длинные клетки, составляющие псевдогифы, и расположенные на них одиночные или собранные гроздьями круглые, овальные или клиновидные почки, которые в этом случае называются бластоспорами (см. приложение 9). Образование псевдомицелия характерно для многих аскомицетовых дрожжей, например из родов Candida, Pichia. Диморфизм и плеоморфизм Для дрожжей, как и для других грибов, известны явления диморфизма и плеоморфизма. Мицелиально-дрожжевой диморфизм проявляется в том, что один вид может расти в двух формах - одноклеточной и мицелиальной. Например, у базидиомицетовых дрожжей обычно гаплоидная фаза одноклеточна, а диплоидная (дикариотическая) - мицелиальная. . О явлении плеоморфизма говорят, когда в жизненном цикле одного вида существуют два или несколько видов бесполого размножения. Плеоморфизм у дрожжевых грибов выражается в том, что наряду с основным типом вегетативного размножения почкованием или делением некоторые дрожжи образуют особые бесполые структуры, предназначенные специально для распространения или сохранения вида, например: · баллистоспоры (см. приложение 10). Это экзогенные споры (конидии), которые формируются на заостренных кончиках особых выростов - стеригм, и при созревании с силой отстреливаются за счет капельно-экскреторного механизма. Способность к образованию баллистоспор, рассеиваемых через воздушную среду, свойственна дрожжам, обитающим на наземных частях растений. Примерами могут служить дрожжи родов Sporidiobolus, Sporobolomyces и др.; · эндоспоры, представляющие собой бесполые эндогенные клетки, формирующиеся чаще всего в гифах мицелиальных дрожжей (например, Trichosporon) из участков цитоплазмы, которые отделяются мембраной и затем образуют клеточную стенку. Процесс можно трактовать как эндогенное почкование. Количество эндоспор в одной клетке строго не фиксировано. После разрушения мицелия эндоспоры освобождаются и начинают почковаться. Эндоспоры ни по структуре, ни по устойчивости не отличаются от вегетативных клеток; · хламидоспоры (см. приложение 11). Это крупные сферические или овальные клетки, которые образуются как из одиночных дрожжевых вегетативных клеток, так и на мицелии, по одной или цепочками. Хламидоспоры на мицелии образует, например, Candida albicans. Из дрожжевых клеток формируются хламидоспоры в старых культурах Lipomyces, Cryptococcus, Metschnikowia, Phaffia. Хламидоспоры отличаются утолщенной многослойной клеточной стенкой и высокой концентрацией запасных веществ. Биологическая функция таких структур заключается в длительном сохранении жизнеспособности в условиях голодания или низкой влажности. В средах с легкодоступными источниками энергии такие хламидоспоры прорастают путем почкования, или образуют трубки прорастания. В других случаях хламидоспоры выступают как структуры, в которых проходит кариогамия и мейоз, что ведет к образования асков (например, у Metschnikowia pulcherrima) или базидий (у базидиомицетовых дрожжей Leucosporidium, Mrakia, Rhodosporidium). В последнем случае такие структуры называют телиоспорами. 6. Половое размножение и жизненные циклы дрожжей Половое размножение - это сложная цепь событий, включающая контакт двух гаплоидных клеток, их слияние (сначала слияние цитоплазмы - плазмогамия, а затем сразу же или со значительной задержкой слияние ядер - кариогамия), образование диплоидной зиготы, ядро которой затем либо делится мейотически с восстановлением гаплоидного состояния, либо дает начало диплоидному поколению клеток. Таким образом, половое размножение связано со сменой ядерных фаз. У дрожжей, как и у всех грибов, чередование ядерных фаз сопряжено с образованием половых гаплоидных спор – аскоспор (см. приложение 12) или базидиоспор (см. приложение 13). Весь ход событий в развитии организма от одной стадии до этой же стадии в следующем поколении составляет жизненный цикл, или онтогенез. Полный жизненный цикл включает вегетативную стадию, в течение которой клетки размножаются при помощи митотического деления, и половой цикл, включающий мейотическое деление ядра. У мицелиальных грибов вегетативное размножение занимает обычно одну из стадий жизненного цикла: у аскомицетов - преимущественно гаплоидную, у базидиомицетов - дикариотическую. У дрожжей вегетативное размножение может происходить в любой фазе жизненного цикла. На этом основании различают гаплоидные виды, у которых вегетативное размножение происходит в гаплоидной фазе, диплоидные виды, размножающиеся вегетативно в диплофазе, а также гапло-диплоидные, образующие стабильные как гапло-, так и диплофазы, или же смешанные популяции гаплоидных и диплоидных клеток. У дрожжей встречаются различные типы полового процесса. У большинства видов в половом процессе у дрожжей участвуют обычные соматические, то есть неспециализированные клетки. Такой тип полового процесса называется соматогамией. Существуют разновидности соматогамии: · гологамия - слияние (копуляция) двух морфологически сходных соматических клеток, · педогамия - слияние материнской и дочерней клетки-почки, · адельфогамия - слияние сестринских клеток-почек. · У некоторых видов аскомицетовых дрожжеподобных грибов половой процесс представляет собой типичную для большинства аскомицетов гаметангиогамию - копуляцию специальных клеток мицелия - гаметангиев. Копулировать могут не любые две клетки, а лишь клетки, относящиеся к различным типам спаривания. Термин «тип спаривания» используется вместо термина «пол» в том случае, когда копулирующие клетки не имеют морфологических отличий, а различаются лишь физиологически. У одних дрожжей при вегетативном размножении происходит разделение клеток на различные типы спаривания (обозначаемые a и α), и, следовательно, в потомстве одной клетки возможен половой процесс. Такие дрожжи называют гомоталличными. У других клетки не способны переключаться с одного типа спаривания на другой, и половой процесс в потомстве одной клетки невозможен. В этом случае дрожжи называют гетероталличными. Половой процесс у таких дрожжей происходит только при объединении клеток из популяций a и α типов спаривания. Дифференциация пола у дрожжей Особенности половой дифференциации и конъюгации клеток при половом размножении наиболее хорошо изучены у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. При половом размножении могут конъюгировать не любые две клетки, а только клетки различных типов спаривания. Эти клетки различаются между собой только по одному генетическому локусу, обозначаемому mat (mating - спаривание). Локус mat может находиться в двух аллельных состояниях: mat a и mat α. Клетки, несущие локус mat a или mat α, обозначаются соответственно как a- и α-клетки. Локусы mat a и mat α ответственны за образование так называемых половых факторов (соответственно a- и α-фактора), которые представляют собой олигопептиды. a-Фактор, образуемый а-клетками, способен блокировать процесс митотического деления у α-клеток. α-Фактор, образуемый α-клетками, блокирует митотическое размножение у а-клеток. Поэтому конъюгация возможна только при взаимодействии а- и α-клеток, но не а х a или α х α. После конъюгации а- и α-клеток образуется диплоидная клетка (зигота), имеющая генотип а/α. Только такие клетки способны к мейотическому делению с образованием половых спор. В процессе мейотического деления а/α клетки образуется 4 гаплоидных ядра, два из которых а-типа, а два - α-типа. Поэтому в типичном четырехспоровом аске две аскоспоры принадлежат к а-типу, а две - к α-типу. Более сложные случаи генетической детерминации пола наблюдаются у базидиальных дрожжей. У видов в родах Rhodosporidium, Leucosporidium, Sporidiobolus тип спаривания не биполярный, а тетраполярный, так как определяется не двумя (а и α), а четырьмя аллелями, которые принято обозначать как А, а, В, в. В этом случае скрещивание возможно лишь между штаммами, которые различаются всеми четырьмя аллелями: АВ ґ ав или Ав ґ аВ. В комбинациях ав ґ ав или АВ ґ АВ спаривание невозможно. При взаимодействии штаммов, различающихся только по одному локусу: АВ ґ аВ, АВ ґ Ав, ав ґ Ав или ав ґ аВ, иногда наблюдается копуляция клеток, но дикариотический мицелий, как правило, не развивается. продолжение

www.coolreferat.com