Pagaripärm

Pagaripärm
	;
Taksonoomia
Domeen	Eukaryota;
Riik	Seened Fungi;
Hõimkond	Kottseened Ascomycota;
Klass	Pärmkottseened Saccharomycetes;
Selts	Pärmkottseenelaadsed Saccharomycetales;
Sugukond	Pärmkottseenelised Saccharomycetaceae;
Perekond	Pärmkottseen Saccharomyces;
Liik	Leiva-pärmkottseen;
Binaarne nimetus
	S. cerevisiae; Meyen ex E.C. Hansen, 1883

Pagaripärm ehk leiva-pärmkottseen (Saccharomyces cerevisiae)^[2]^[3] on kottseente hulka kuuluv tuntuim pärmseeneliik, mida kasutatakse kääritamisel, küpsetamisel ja veinitööstuses. Pagaripärmi rakud on ümmargused, diameetriga 5–10 mikromeetrit. Paljunemise viisiks on pungumine.^[4]

Neid kasutatakse ka eukarüootide mudelorganismina molekulaar- ja rakubioloogias. Paljud inimese bioloogias olulised valgud (nt rakutsükli valgud, signaalvalgud ja ensüümid) avastati nende pärmides asuvate homoloogide uurimisel.^[5]

Nimetus

Saccharomyces tähendab kreeka keeles suhkruseeni (saccharo 'suhkur' ja myces 'seen'). Cerevisiae tähendab ladina keeles 'õllest tulenev'.^[1]

Fülogenees

S. cerevisiae lahknes Candida albicans'ist 140–841 miljonit aastat tagasi.

Bioloogia

Laboratoorsete pagaripärmi mutantide lahjenduste tilkkülvid agariplaadil tüvede elumuse võrdlemiseks

Elutsükkel

Pagaripärmid saavad elada ja kasvada, olles kahes vormis: haploidne ja diploidne. Haploidsed rakud teevad läbi lihtsama elutsükli, mis koosneb mitoosist ja kasvamisest. Stressi tingimustes nad tavaliselt surevad. Diploidsed rakud (pärmseente eelisvorm) teevad läbi ka lihtsama elutsükli, kuid stressi tingimustes võivad moodustada spoore, läbides meioosi ja moodustades neli haploidset spoori. Kasvades täisväärtuslikus söötmes, kahekordistub pagaripärmi kultuur 100 minuti jooksul. Keskmine eluiga on umbes 26 jagunemist.^[6]

Kasvutingimused. Metabolism

Kõik pagaripärmi tüved võivad kasvada aeroobselt, kasutades glükoosi, maltoosi ja trehhaloosi. Ei kasva laktoosi ja tsellobioosi juuresolekul. Parimad käärimise süsivesikud on galaktoos ja fruktoos. Erinevate suhkrute kasutamise võimalused sõltuvad sellest, kas tüvi kasvab aeroobsetes või anaeroobsetes tingimustes. Mõned tüved ei kasva anaeroobselt sahharoosi ja trehhaloosi olemasolul.^[7]

Kõik pagaripärmi tüved kasutavad ammoniaaki ja uureat ainsate lämmastiku allikatena, kuna neil puudub võimalus redutseerida nitraati ammooniumiioonideks. Lisaks on pagaripärmid võimelised kasutama aminohappeid, väikesi peptiide ja lämmastikaluseid. Pagaripärmi tüvedel puudub võimalus metaboliseerida ekstratsellulaarseid proteiine, kuna nad ei erita proteaase.^[7]

Heaks kasvuks vajavad pagaripärmid veel fosforit, mida nad omastavad bivesinikfosfaatioonina, ja väävlit, mida nad saavad aminohapetest, näiteksmetioniinist ja tsüsteiinist, või omastavad sulfaatioonidena. Ka mõned metallid, näiteks magneesium (Mg), raud (Fe), kaltsium (Ca) ja tsink (Zn), on vajalikud paremaks kasvuks.^[7]

Rakutsükkel

Pagaripärmide kasvamine toimub punga kasvamisega sünkroonselt. Pung saavutab täiskasvanud raku suuruse alles peremeesrakust eraldumise ajal. Kiiresti kasvavas rakukultuuris on näha, et kõikidel rakkudel on pung olemas. Tavaliselt koosneb pagaripärmi rakutsükkel järgmistest faasidest: G1, S, G2 ja M, mis on ka tavalise rakutsükli faasid.^[5]

Pagaripärm bioloogilistes uuringutes

Tänapäeval on hästi uuritud pärmiliigid S. pombe ja S. cerevisiae. Need lahknesid umbes 600–300 miljonit aastat tagasi ja praegu on olulised vahendid DNA kahjustuste ja reparatsioonimehhanismide uurimises. DNA transformatsiooni arengu tõttu on pagaripärm eriti vajalik geenide kloonimiseks ja geenitehnoloogias.

Pagaripärmist on arenenud hea mudelorganism, sest sellel on järgmised omadused:

Üherakuline pagaripärm on väike, lühikese generatsiooniajaga organism (kahekordistumise aeg on 1,25–2 tundi 30 °C juures);
Pagaripärmi tüvedega saab teha transformatsiooni, arvestades uute geenide sisseviimist või deletsiooni homoloogilise rekombinatsiooni jooksul.

Pagaripärmi teaduslik mudel

S. cerevisiae teaduslikult uuritud ning kaardistatud mudel leiab rakendust nii mükoloogias, kliinilises meditsiinis (kliinilises mükoloogias), laborimeditsiinis, bioloogias, onkoloogias, radioloogias ja histoloogias kui ka alkoholi- ja pagaritööstustes, ravimitööstuses jm.

Paljudel inimeste haigustega seotud geenidel on pärmides ortoloogid ning metaboolsete ja regulatoorsete mehhanismide jäävus võimaldab laialt kasutada pagaripärme eukarüootse organismi mudelina mitmesugustes bioloogilistes uuringutes.^[5]

Genoomi sekveneerimine

Pagaripärm on esimene eukarüoot, kelle genoom on täielikult sekveneeritud. Genoomi järjestus avaldati 24. aprillil 1996. Sealtpeale avaldatakse kõik uuendused veebisaidil Saccharomyces Genome Database.^[8] Seda andmebaasi kasutavad tihti pagaripärmi uurijad ning sinna on võimalik ka märkmeid lisada. Teine oluline pagaripärmi andmebaas on tehtud MIPS-is (Munich Information Center for Protein Sequences).

Pagaripärmi genoom sisaldab umbes 12 miljonit aluspaari ja kodeerib 6275 geeni, mis on omakorda pakitud 16 kromosoomiks. Tõelisi funktsionaalseid geene on ainult 5800.^[1]

Astrobioloogia

Pagaripärmi rakuproov oli mikroorganismide hulgas, mida kavatseti kasutada kolm aastat kestvas planeetidevahelises eksperimendis Living Interplanetary Flight. Eesmärgiks oli aru saada, kas uuritud tüvi saab süvakosmoses ellu jääda. Selleks kasutati Venemaal konstrueeritud Fobos-Grunti kosmoselaeva. Missioon algas 8. novembril 2011, kuid 15. jaanuaril 2012 kukkus Fobos-Grunt Vaiksesse ookeani.^[9]

Pagaripärm ärirakenduses

Õllepruulimine

Pagaripärmi kasutatakse õlletegemisel ja seetõttu nimetatakse seda mõnikord pinnakäärituspärmiks. Selline nimetus tuleneb sellest, et käärimisprotsessi jooksul moodustuvad pärmi hüdrofoobse kihi peal pärmirakkude kogumikud, mis CO₂ kinni peavad ja tõusevad anuma ülaossa. Pinnakäärituspärme kasutatakse õllepruulimiseks kõrgematel temperatuuridel, näiteks 21 °C juures. Teist tüüpi pärmid – Lager-pärmid – on kasutusel siis, kui käärimine toimub madalatel temperatuuridel umbes 5 °C juures, sest madalatel temperatuuridel on pagaripärm ’uinunud’. Lager-pärmid on vajalikud heleda õlle tegemiseks.^[10]

Etanooli tootmine

Pärmi võimet panna süsivesikud käärima kasutatakse biotehnoloogias etanooli kütuse tootmiseks. Protsess algab suhkruroo või söödateraviljade jahvatamisest. Siis lisatakse lahjendatud väävelhape või seente alfaamülaasi ensüümid. Nad on vajalikud selleks, et tärklis laguneks oligosahhariidideks. Siis lisatakse glükoamülaasi, et oligosahhariididest saada monosahhariide. Viimastena lisatakse pärme, et monosahhariididest saada etanooli, mis destilleeritakse. Saagina saadakse tavaliselt 96% etanool. Mõningaid pagaripärmi tüvesid on geneetiliselt muudetud selleks, et nad saaksid ka ksüloosi kääritada. Ksüloos on üks peamistest käärimisvõimelistest suhkrutest, mis sisaldub tselluloosi biomassis, näiteks põllumajanduse jääkides, vanapaberis ja laastudes. Selline saavutus tähendab seda, et etanooli on võimalik saada ka paljudest odavatest toorainetest. Lisaks sellele võib tselluloosist saadav etanoolkütus olla alternatiiviks diisli- ja bensiinkütusele.^[10]

Pagaripärmi mudel kliinilises meditsiinis ja selle olulisus

S. cerevisiae teaduslikku mudelit kasutatakse paljude imetajate haiguslike seisundite diagnoosimisel, avastamisel, ravimisel ja uurimisel. Nii näiteks kulub USA-s Candida albicans'i perekonna seeninfektsioonide raviks, sealhulgas haiglaraviks, igal aastal miljard USA dollarit.

S. cerevisiae ja inimeste immuunsüsteem

S. cerevisiae "surrogaadi" mudeli abil teostanud uuringud võimaldavad välja töötada uusi seeninfektsiooniravimeid, aga ka uurida nendega seotud ohtusid ning metabolismi ja surma: nii saame lugeda, et Candida albicans pakub tööd inimorganismis suuresti neutrofiilidele, makrofaagidele ja muudele vererakkudele.

S. cerevisiae biomasse on leitud nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestel (esmase immuunpuudulikkusega seotud haiguslike seisundite, HIV ja AIDS-i korral) viiruse seentevastast ravimikomplekti saajate organismis, vastsündinutel, transplantatsioonide järgselt, avatud operatsioonide ning seente vereringlusse sattumise järgselt jne – nii südames, neerudes, ajus kui ka mujal.

S. cerevisiae ja vähkkasvajate ravi ja vaktsiin

S. cerevisiae rakud leiavad laialdast implementatsiooni mikrobioloogiaga lähedalt seotud teadusharudes ka hea- ja pahaloomuliste kasvajate ravis ning vaktsiinide väljatöötamisel.

Seeninfektsioonide laboratoorne analüüs

Seeninfektsioonide kahtluse korral (meil vähetuntud, mujal maailmas teatakse ka Candida albicansi pandeemia) võetakse tänapäeval mitmesuguseid proove: nahatestid, vereproovid, koetükid jne. Proove analüüsitakse mitmesuguste automaatanalüüsidega, alustuseks vast täisvereanalüüs: erütrotsüütide, neutrofiilide, abistajarakkude e CD4-rakkude, tsütotoksiline T-rakkude ehk CD8+ T-rakkude ja muude rakkude loend.

Seeninfektsioonid ja nende ravi

Seeninfektsioonide ravi ei ole täiesti ohutu ega rahakotisõbralik ka Eestis: nii näiteks on Eesti Haigekassa tervishoiuteenuste loetelus toodud invasiivse seeninfektsiooni ravi või eeldatava invasiivse seeninfektsiooni empiiriline ravi (kaspofungiini, liposomaalse amfoteritsiini või vorikonasooliga jms ravimid, koodiga 338R) ühe päeva ravimite maksumuse 647,51 eurot. Seega enne pikaajalise ravi alustamist soovitatakse meditsiiniringkondades kooskõlastada ravi patsiendiga ning teha mitmesugused immuunsusuuringud, sealhulgas tuntuima – CEIA- (Candisphere enzyme Immuno Assay Test) meetodiga.

Geneetiline nomenklatuur (ARG2 näitel)

Geeni tähis	Tähendus
ARG+	Kõik metsiktüüpi alleelid, mis kontrollivad arginiini sisaldust
ARG2	Lookus või dominantne alleel
arg2	Lookus või retsessiivne alleel
arg2-9	Spetsiifiline alleel või mutatsioon
arg2-∆1	ARG2 osaline deletsioon
ARG2::LEU2	Funktsionaalse LEU2 geeni sisseviimine ARG2 lookusse ja ARG2 jääb funktsionaalseks ja dominantseks
arg2-10::LEU2	Funktsionaalse LEU2 geeni sisseviimine ARG2 lookusse ja spetsiifiline arg2-10 alleel on mittefunktsionaalne
cyc1-arg2	CYC1 promootori ja ARG2 kokkusulamine ning ARG2 geen on funktsionaalne

^[11]

Tüved

Allolevaid pagaripärmi tüvesid kasutatakse paljudes uurimisprojektides, näiteks pärmi bihübriidi saamiseks. Paljud pagaripärmi tüved eksisteerivad haploidide paaridena a ja alfa (näidatud kui MATa või MATα). Tüvede kirjeldamisel lähtutakse tavaliselt nende geneetilistest erinevustest võrreldes standardse tüvega S288C.^[12]

AH109 Genotüüp: MATa, trp1-901, leu2-3,112,ura3-52,his3-200,∆gal4,∆gal80,LYS2;GAL1UAS-GAL1TATA-HIS3, GAL2UAS-GAL2TATA-ADE2, URA3: MEL1UAS-MEL1TATA-lacZ

PJ69-4alpha Genotüüp: MATα, trp1-901,leu2-3,112,ura3-52,his3-200,gal4 (deleteeritud),gal80 (deleteeritud) LYS2::GAL1-HIS3 GAL2-ADE2 met2::GAL7-lacZ

PJ69-4a Genotüüp: MATa,trp1-901,leu2-3,112,ura3-52,his3-200, gal4 (deleteeritud), gal80 (deleteeritud) LYS2::GAL1-HIS3 GAL2-ADE2 met2::GAL7-lacZ

Y187 Genotüüp: MATα, ura3-52, his3-200, ade2-101, trp1-901, leu2-3, gal4∆, met-, gal80∆, URA3::GAL1 UAS-GAL1TATA-lacZ ^[12]

Viited

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 Saccharomyces cerevisiae http://bioweb.uwlax.edu/bio203/s2007/nelson_andr/
↑ ^2,0 ^2,1 Saccharomyces cerevisiae elurikkus.ut.ee^{[alaline kõdulink]} Kasutatud 08.02.2017
↑ Kalamees, K., Randlane, T., Sõmermaa, A-L. (2001). Seente süstemaatika konspekt. www.botany.ut.ee Kasutatud 8.02.2017
↑ Stefanini, I.; et al. (2012)."Role of social wasps in Saccharomyces cerevisiae ecology and evolution."
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 Botstein D, Chervitz SA, Cherry JM (1997). "Yeast as a model organism". Science
↑ Herskowitz I (1988). "Life cycle of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae". MICROBIOLOGICAL REVIEWS
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 F. Sherman 'Getting Started with Yeast', Methods Enzymol.350, 3–41(2002)
↑ Pagaripärmi genoomi andmebaas Kasutatud 21.10.2016 (inglise)
↑ A b "Projects: LIFE Experiment: Phobos". The Planetary Society. Retrieved 2 April 2011
↑ ^10,0 ^10,1 T. Boekhout, V. Robert, ed. (2003). Yeasts in Food: Beneficial and Detrimental aspects. Behr's Verlag. p. 322. ISBN 978-3-86022-961-3. Retrieved January 10, 2011
↑ https://web.archive.org/web/20080828083950/http://www-sequence.stanford.edu/group/yeast/ deletion project/deletions3.html
↑ ^12,0 ^12,1 https://wiki.yeastgenome.org/index.php/Commonly_used_strains

Välislingid

Pinnakääritamine andmebaasis eElurikkus
Tiina Tamm: Pärmigeneetika: pärmide paardumistüübid, paardumistüübi vahetus TÜMRI

[bioweb.uwlax.edu-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 Saccharomyces cerevisiae http://bioweb.uwlax.edu/bio203/s2007/nelson_andr/

[elurikkus-2] 2,0 ^2,1 Saccharomyces cerevisiae elurikkus.ut.ee^{[alaline kõdulink]} Kasutatud 08.02.2017

[Kalamees-3] Kalamees, K., Randlane, T., Sõmermaa, A-L. (2001). Seente süstemaatika konspekt. www.botany.ut.ee Kasutatud 8.02.2017

[ZRIhV-4] Stefanini, I.; et al. (2012)."Role of social wasps in Saccharomyces cerevisiae ecology and evolution."

[Botstein_D_1997-5] 5,0 ^5,1 ^5,2 Botstein D, Chervitz SA, Cherry JM (1997). "Yeast as a model organism". Science

[kw4yX-6] Herskowitz I (1988). "Life cycle of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae". MICROBIOLOGICAL REVIEWS

[Sherman-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 F. Sherman 'Getting Started with Yeast', Methods Enzymol.350, 3–41(2002)

[yeast-8] Pagaripärmi genoomi andmebaas Kasutatud 21.10.2016 (inglise)

[YPDYK-9] A b "Projects: LIFE Experiment: Phobos". The Planetary Society. Retrieved 2 April 2011

[T._Boekhout,_V._Robert_2003_p._322-10] 10,0 ^10,1 T. Boekhout, V. Robert, ed. (2003). Yeasts in Food: Beneficial and Detrimental aspects. Behr's Verlag. p. 322. ISBN 978-3-86022-961-3. Retrieved January 10, 2011

[d76i6-11] ttps://web.archive.org/web/20080828083950/http://www-sequence.stanford.edu/group/yeast/ deletion project/deletions3.html

[ReferenceA-12] 12,0 ^12,1 https://wiki.yeastgenome.org/index.php/Commonly_used_strains

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]