Кто предупреждён - тот вооружён! Берегите своё здоровье и здоровье своих близких!

«Дрожжи помнят о несчастной любви.»

Особый белок, накапливающийся в клетках дрожжей, не даёт им забыть о неудачных попытках полового процесса, и в дальнейшем, чтобы «раскрутить» такие клетки на половое размножение, их потенциальным партнёрам придётся потратить изрядное количество феромонов.

У дрожжей, кроме бесполого размножения, когда дочерняя клетка отпочковывается от материнской, есть и половой процесс — когда две клетки сливаются вместе, объединяя два генома в один. Сливаться могут не любые клетки, а гаплоидные (то есть не с двумя, а с одним набором хромосом), и притом разные по типу спаривания — грубо говоря, «разнополые» (хотя говорить о половой принадлежности дрожжей вряд ли стоит). Такие клетки выделяют особые химические вещества, которые может распознать клетка-партнёр. Если клетки нашли друг друга, они протягивают специальные выросты, и если выросты соприкоснулись, произойдёт слияние, за которым последует ряд довольно сложных процессов.

Но бывает так, что слияния не происходит, и все химические «признания в любви» и протягивание выростов оканчиваются неудачей. В этом случае, как пишут в журнале Cell исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, в дрожжах накапливается неактивная форма белка Whi3. Этот белок и так присутствует в клетке, но стоит дрожжам испытать любовную неудачу, Whi3 изменяет пространственную конформацию, причём изменённые молекулы заражают ею другие молекулы Whi3.

В итоге неактивный Whi3 образует агрегаты, которые сама клетка если и может разрушить, то с огромным трудом. Но самое интересное то, как такие агрегаты влияют на половое размножение: в следующий раз потенциальному партнёру придётся потратить гораздо больше феромонов, чтобы заинтересовать клетку, которая перенесла неудачную любовь. Если таких веществ окажется недостаточно, клетка просто не будет обращать внимание на призывы и продолжит размножаться бесполым способом, то есть простым почкованием.

Фактически у клетки формируется память о «несчастных любовях», и чем старше становится клетка, тем сложнее ей найти партнёра: число разочарований, знаете ли, со временем растёт, и белок накапливается, отбивая у дрожжей всякое желание «интима». Лишь в очень редких случаях клетке удаётся очистить свою память. Стоит также заметить, что к дочерним клеткам, образовавшимся в результате почкования, «груз памяти» не переходит, поэтому им не возбраняется участие в половом процессе.

Причину накопления такой памяти учёные объясняют следующим образом. Дрожжам приходится выбирать, размножаться быстро бесполым образом, но при этом снижать генетическую вариабельность популяции, или размножаться половым способом, увеличивая генетическое разнообразие потомства, но тратя на это много энергии. Когда клетка дрожжей чувствует феромоновый «любовный призыв», она отключает бесполое деление, готовясь к половой встрече. Но потенциальный партнёр может быть обманщиком, который таким образом тормозит размножение конкурентов. Поэтому клетка с каждым таким обманом поднимает ставку: потенциальный партнёр должен действительно доказать, что он намерен вступить в половое размножение, и доказать это он должен повышенным уровнем феромонов.

Любопытно, что нечто похожее происходит у дрозофил: когда самка по какой-то причине отвергает самца, в его синапсах появляются белковые отложения, которые, возможно, влияют на его дальнейшее брачное поведение. Не исключено, что и у высших животных есть подобный способ запоминания. Правда, в случае человеческих мозгов словосочетание «белковые отложения» вызывает неприятные ассоциации с болезнью Альцгеймера и прочими нейродегенеративными недугами. Было бы удивительно вдруг обнаружить, что нейродегенеративные процессы — это всего лишь вышедшие из-под контроля процессы памяти...

 

 

«Что говорят микробиологи о термофильных дрожжах»

Источник: http://www.chelpress.ru/newspapers/chelrab/archive/16-04-1999/1/A8372.DOC.shtml На протяжении всей своей истории человечество пекло хлеб на хмелевой основе - на той самой траве, что, как сорняк, растет повсюду и в достатке. Гениальное открытие антибиотиков одарило в середине нашего столетия человечество термофильными дрожжами. Принципиально иная скорость выпечки, большой припек и объем - эти экономические преимущества оказались столь привлекательны, что вкус и запах хлеба на хмелевой закваске нашим современникам уже незнаком. - В результате этого мы все, грубо говоря, сегодня больны СПИД’ом - теми или иными нарушениями иммунной системы, - таково мнение главного врача челябинского оздоровительного центра "Виватон" Ольги Цирульниченко. - Термофильные дрожжи нашего основного продукта питания уже несколько десятилетий "проквашивают" наш иммунитет. Ольга Цирульниченко пояснила, что обычные пекарские дрожжи - это грибковая флора, выращенная искусственным путем, вырабатывает так называемые афлотоксины. При выпечке грибки полностью не погибают, поскольку способны выдержать и 500-градусную нагрузку и, попадая в организм, размножаются и атакуют флору кишечника, уничтожая ее. А с последствиями этого имеют дело врачи. Педиатры - с диcбактериозами детей, с бесконечными аллергиями и простудами. Узкие специалисты - с гормональными нарушениями в разных вариантах. Более того, дрожжи закисляют кровь, меняя ее РН - параметр, хорошо знакомый нам по рекламе, - с нейтрального на кислый. И начинаются сбои пищеварительной цепи, приводящие к самым разным диагнозам, потому что "выключенными" в результате оказываются иммунные механизмы, от которых зависят жизнеспособность организма, его возможность безопасно существовать в окружающем мире. Рассказы про чудеса адаптации человека практически к любым условиям - это про чудеса каждого из нас, но при условии сильного иммунитета.   - Хмелевая закваска тоже может иметь бактерии (хмель не в безвоздушном пространстве растет) и иметь грибковую флору, но она не так устойчива к высоким температурам и при выпечке погибает, - рассказывает Ольга Цирульниченко. - Это подтверждено исследованиями Харьковского института микробиологии: посев хмелевого и дрожжевого хлеба дал рост грибков только у последнего. Первый оказался относительно стерильным. В прибалтийских государствах, в странах Европы и в Москве бездрожжевой хлеб выпекается и пользуется большим спросом. Все, кто попробовал его, отмечают отсутствие кислого запаха. "Этот хлеб пахнет хлебом", - говорят покупатели. Технология оказалась прочно забытой, и хлебозаводу в содружестве с центром "Виватон" пришлось разрабатывать ее заново. Внешне бездрожжевой хлеб мало проигрывает своему собрату, а на вкус - лучше. Правда, и подороже по причине большей растянутости процесса выпечки. Но, по мнению врачей, употребление хмелевого хлеба позволит нам сэкономить на весьма недешевых витаминах и микроэлементах, особенно по весне, когда ноги совсем подкашиваются. Хлеб да каша - пища не только наша. В основе пирамиды питания, "построенной" Всемирной организацией здравоохранения, лежат именно хлебобулочные изделия, (! читайте про ВОЗ по поиску) макароны и каши, а не овощи и не мясо. Это - основа питания, а значит, наших сил и здоровья. Особенно, если она к тому же еще и лечит, а не калечит. Естественно, это опровергают штатные хлебопёки. Отдел микробиологии Государственного НИИ хлебопекарной промышленности. Они же, кстати, изобретают и совершенствуют эти самые химические термофильные дрожжи. Фактов мало, зато список литературы больше самой статьи, для солидности. Обратите внимание на список использованной литературы. Собрали всё что нашли, только к их тексту она не имеет никакого отношения: http://www.sattva.ru/nutrition/yeast1.htm

Та же история, что и с НИИ мясомолочной промышленности, и большей части фармацевтики. Пытаются защищаться и оправдать вредительство.

 

 

Эволюция полового размножения у дрожжей: надстройка меняется, базис остается

 

25.02.14 | Генетика, Биология развития, Эволюция, Александр Марков | Комментировать   Рис. 1. Схема жизненного цикла пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisae. 1 — почкование, 2 — конъюгация (спаривание), 3 — образование четырех гаплоидных спор из диплоидной клетки в результате мейоза. Схема с сайта www.wynboer.co.za

Американские биологи обнаружили, что генные сети, регулирующие половое размножение, по-разному устроены у разных видов дрожжей. У обычных пекарских дрожжей и ряда других видов спаривание (слияние двух гаплоидных клеток в одну диплоидную) и мейоз (образование гаплоидных спор из диплоидной клетки) разнесены во времени, а в жизненном цикле преобладает диплоидная фаза. У других видов мейоз происходит вскоре после спаривания, и поэтому в жизненном цикле преобладает гаплоидная фаза. Как выяснилось, в первом случае спаривание и мейоз управляются двумя независимыми генетическими программами, а во втором эти программы слиты воедино, причем белки-регуляторы, необходимые для спаривания, стали необходимыми также и для мейоза, и наоборот. По-видимому, слияние управляющих программ происходило независимо в разных группах дрожжей, когда им становилось выгодно проводить большую часть жизни в гаплоидном состоянии.

У организмов, размножающихся половым путем, в жизненном цикле обязательно присутствуют два особых события – оплодотворение, в результате которого два гаплоидных генома объединяются в одной клетке, и редукционное деление (мейоз), в ходе которого из диплоидной клетки получаются гаплоидные.

Иногда эти события тесно связаны и следуют одно за другим, а иногда — разнесены во времени и происходят более или менее независимо. Первый вариант характерен, например, для животных (у которых оплодотворение следует за мейозом), а также для многих одноклеточных, проводящих большую часть жизни в гаплоидном состоянии (в этом случае, наоборот, мейоз происходит сразу после оплодотворения).

Пример второго варианта — пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisae, классический лабораторный объект. Диплоидные клетки S. cerevisae могут долго размножаться почкованием, производя дочерние диплоидные клетки. В определенных условиях (например, при голодании) диплоидная клетка претерпевает мейоз и производит четыре гаплоидные споры. Из спор вырастают гаплоидные дрожжевые клетки, которые тоже могут размножаться почкованием, однако они, в отличие от диплоидных клеток, способны еще и к спариванию (конъюгации). Гаплоидные дрожжи делятся на два пола (a и α), причем спариваться могут только разнополые клетки. В результате спаривания получается диплоидная клетка, и цикл продолжается (рис. 1). Таким образом, у S. cerevisae между мейозом и оплодотворением могут быть долгие периоды бесполого размножения, а сами эти два события друг с другом напрямую не связаны и регулируются разными генами.

По-другому устроен жизненный цикл родственника пекарских дрожжей, патогенного гриба Candida lusitaniae. У этого вида большая часть жизни проходит в гаплоидной фазе, а образовавшаяся в результате конъюгации диплоидная клетка, как правило, не почкуется (или почкуется недолго) и вскоре приступает к мейозу.

Микробиологи из Брауновского университета (США) решили разобраться в причинах этого различия. Они сравнили экспрессию генов S. cerevisae и C. lusitaniae во время спаривания и мейоза. У S. cerevisae наборы генов, отвечающих за эти два процесса, четко различаются. Однако у C. lusitaniae, как выяснилось, разделение труда между двумя группами генов выражено намного слабее.

Во время спаривания у C. lusitaniae активируются не только гены, которые у пекарских дрожжей отвечают за спаривание (включая гены MAPK-каскада, обеспечивающего реакцию клетки на половые феромоны противоположного пола), но и некоторые гены, которые у S. cerevisae необходимы для мейоза, но в спаривании не участвуют. К числу таких «генов мейоза», активирующихся у C. lusitaniae во время спаривания, относятся SPO11, REC8 и IME2.

В диплоидных клетках C. lusitaniae, собравшихся приступить к мейозу, резко (более чем в четыре раза) возрастает экспрессия 618 генов. Самое интересное, что многие из этих генов у S. cerevisae обслуживают исключительно процесс спаривания, а в мейозе не участвуют (у S. cerevisae при мейозе возрастает экспрессия меньшего числа генов — 480). В частности, многие гены, у пекарских дрожжей и других грибов отвечающие за реагирование на половые феромоны, у C. lusitaniae почему-то активируются не только при подготовке к спариванию, но и в ходе мейоза. С другой стороны, некоторые гены, активирующиеся у S. cerevisae при спаривании или мейозе, у C. lusitaniae в этих ситуациях не активируются. Ключевой регулятор мейоза IME1 вообще отсутствует у C. lusitaniae.

Полученные факты позволяют заключить, что генные сети, регулирующие спаривание и мейоз у двух видов, существенно различаются. Чтобы выяснить, имеют ли эти различия функциональное значение, авторы приступили к изучению работы отдельных генов.

Ген IME2 (inducer of meiosis 2) является ключевым регулятором мейоза у S. cerevisae. Как и следовало ожидать, удаление этого гена у C. lusitaniae лишило диплоидные клетки способности к мейозу. Но это не всё: гаплоидные клетки C. lusitaniae без гена IME2 оказались неспособны к спариванию. Между тем у S. cerevisae ген IME2 на спаривание не влияет. Половые феромоны необходимы пекарским дрожжам для регуляции спаривания, но не мейоза. Оказалось, что C. lusitaniae активно производят феромоны и в ходе мейоза, и при спаривании. Ген STE12 кодирует транскрипционный фактор, играющий ключевую роль в регуляции полового поведения у S. cerevisae и многих других грибов. Его удаление у C. lusitaniae лишило клетки не только способности к спариванию (этот результат был ожидаем), но и способности к мейозу, при том что у S. cerevisae этот ген в мейозе не задействован.

Вся совокупность данных говорит о том, что у S. cerevisae есть две более или менее самостоятельные генетические программы, одна из которых регулирует половое поведение (спаривание), а другая — мейоз. У родственного вида C. lusitaniae эти две программы фактически слились в одну.

Авторы проверили, влияет ли удаление гена STE12 на мейоз еще у трех близких видов дрожжей: Kluyveromyces lactis, Pichia pastoris и Yarrowia lipolytica. Во всех трех случаях никакого влияния выявлено не было (как и у S. cerevisae). Это значит, что разделенность программ спаривания и мейоза, по-видимому, является исходным (предковым) признаком данной группы грибов, а их слияние у C. lusitaniae — признак новоприобретенный (рис. 2).

Возможно, ключом к слиянию генетических программ послужила утрата транкрипционного фактора α2. Об этом белке известно, что он не позволяет некоторым генам, активным в гаплоидных клетках (в том числе генам MAPK-каскада, отвечающего за реагирование на половые феромоны), работать также и в диплоидной фазе жизненного цикла. Предки C. lusitaniae утратили α2, что дало возможность «генам спаривания» работать в диплоидных клетках. Это и позволило некоторым из них взять на себя новую функцию регуляторов мейоза.

Слияние программ спаривания и мейоза не является уникальной особенностью C. lusitaniae. Такое же явление обнаружено у дальнего родственника рассматриваемой группы, Schizosaccharomyces pombe, чьи предки отделились от предков других дрожжей более 330 млн лет назад. У этого вида, как и у C. lusitaniae, транскрипционные факторы MAPK-каскада, необходимые для спаривания, необходимы также и для мейоза.

Рис. 2. Вверху (a) — схема регуляции спаривания (Mating) и мейоза (Meiosis) у некоторых видов дрожжей. У Schizosaccharomyces pombe и Candida lusitaniae оба процесса регулируются совместно, с участием половых феромонов и белков MAPK-каскада, и индуцируются голоданием. У Saccharomyces cerevisae два процесса регулируются по отдельности, а половые феромоны нужны только для спаривания. Внизу (b) — эволюционное дерево, показывающее, что совместная регуляция спаривания и мейоза возникла у S. pombe и C. lusitaniae независимо. Справа отмечены галочками виды, у которых транскрипционные факторы Ste11 и Ste12 необходимы не только для спаривания, но и для мейоза; крестиками — те, кому они нужны только для спаривания. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

По-видимому, слияние генетических программ спаривания и мейоза происходило в эволюции грибов неоднократно. По мнению авторов, это могло быть связано с тем, что некоторым видам почему-то становилось выгодно большую часть жизненного цикла проводить в гаплоидной фазе (хотя в чем именно состоят преимущества и недостатки гаплоидности и диплоидности — вопрос дискуссионный, см.: S. P. Otto, A. C. Gerstein, 2008. The evolution of haploidy and diploidy). Единая регуляция спаривания и мейоза у C. lusitaniae и S. pombe приводит к тому, что мейоз у них обычно происходит вскоре после образования диплоидной клетки, и поэтому большую часть жизни эти грибы проводят в гаплоидном состоянии. Напротив, у S. cerevisae и других видов с разделенными программами спаривания и мейоза в жизненном цикле преобладает диплоидная фаза.

Исследование еще раз показало, что в ходе эволюции может происходить радикальная перестройка (rewiring) генных сетей, регулирующих развитие того или иного признака, хотя сам признак при этом не меняется. Другой пример — огромное разнообразие способов детерминации пола у разных организмов, хотя в итоге получается одно и то же: часть особей становится самцами, часть — самками (впрочем, к дрожжам с их «полами» а и α это как раз не относится).

Источник: Racquel Kim Sherwood, Christine M. Scaduto, Sandra E. Torres & Richard J. Bennett. Convergent evolution of a fused sexual cycle promotes the haploid lifestyle // Nature. 2014. V. 506. P. 386–390.

Про половое размножение дрожжей см. также:
Дрожжи занимаются сексом не от хорошей жизни, «Элементы», 18.04.2012.

Про устройство MAPK-каскада (обеспечивающего реакцию дрожжей на половые феромоны противоположного пола) см. также:
Перекомбинирование фрагментов белковых молекул — быстрый способ создания новых признаков, «Элементы», 20.04.2010.