Schyzosaccharomyces pombe

Caratteristiche

Schyzosaccharomyces pombe, anche noto come il lievito della scissione (Figura 1), è un fungo unicellulare appartenente appunto alla classificazione dei lieviti. E’ oggetto di moltissime ricerche e, in particolare, è riconosciuto come organismo modello in biologia molecolare per lo studio dei meccanismi di regolazione del ciclo cellulare, della replicazione del DNA e per l’integrità del genoma.

Schyzosaccharomyces pombe
Figura 1 – Schyzosaccharomyces pombe

S. pombe fu isolato per la prima volta da Lindner nel 1893 dalle birre di miglio dell’Africa orientale. Il nome della specie deriva, infatti, dal termine pombe che, in lingua swahili significa “birra”. Questa specie di lievito viene infatti utilizzata come starter o in co-coltura per la produzione di birre di vario genere, ma anche di vino e altre bevande fermentate.

Esistono all’incirca 160 ceppi di S. pombe, la maggior parte dei quali è stata isolata infatti sulla superficie di frutti come mele ed uva. Le cellule di S. pombe hanno una caratteristica forma bastoncellare, con dimensioni pari a 3-5 μm x 5-24 μm.

La riproduzione per scissione binaria

A differenza del suo omologo Saccharomyces cerevisiae che si riproduce per gemmazione, Schyzosaccharomyces pombe si divide per scissione binaria. La scissione binaria è un tipo di riproduzione asessuata in cui la cellula madre si divide simmetricamente in due cellule figlie più piccole di uguali dimensioni. La divisione avviene attraverso la formazione di un setto trasversale (Figura 2) e, subito dopo la divisione cellulare, le nuove cellule figlie hanno una forma ancora più allungata dovuta alla pressione di turgore.

Normalmente le cellule di Schyzosaccharomyces pombe si trovano allo stato aploide ma in condizioni di stress ambientale, come la carenza di nutrienti, possono andare incontro anche a riproduzione sessuata mediante coniugazione tra due diverse cellule. Questo comporta la formazione di 2 o più (comunemente 4) spore aploidi contenute all’interno di aschi allungati. Quando le condizioni ambientali son favorevoli, le spore germinano generando cellule proliferanti.

Cellule di S. pombe in riproduzione per scissione
Figura 2 – Cellule di Schyzosaccharomyces pombe durante la divisione per scissione binaria

Filogenesi

DominioEukaryota
RegnoFungi
PhylumAscomycota
ClasseSchyzosaccharomycetes
OrdineSchyzosaccharomycetales
FamigliaSchyzosaccharomycetaceae
GenereSchyzosaccharomyces
Speciepombe

Morfologia delle colonie

Le colonie di Schyzosaccharomyces pombe cresciute a 20°C su terreno YM agar appaiono di color giallo crema e presentano una classica forma rotonda, con bordi lisci e superficie butirrosa (Figura 3).

colonie di S. pombe cresciute su YM agar
Figura 3 – Colonie di S. pombe su YM agar

Patogenesi

Schyzosaccharomyces pombe non è una specie microbica pericolosa per l’uomo, né per gli animali. Pertanto non ci sono patologie riconosciute come causate da esso. Piuttosto viene riconosciuto come organismo GRAS (Generally Regarded As Safe) e utilizzato per la produzione di bevande alcoliche.

Metodi di identificazione

Per l’identificazione di Schyzosaccharomyces pombe si utilizzano principalmente le tecniche di identificazione molecolare basate sull’amplificazione tramite PCR di specifici tratti di DNA e relativo sequenziamento. Solitamente le sequenze utilizzate a tale scopo sono:

  • le sequenze di unità ripetute di DNA ribosomale ITS1 e ITS2 (internal transcribed spacer)
  • il gene 5.8S.

Oltre al sequenziamento e successivo allineamento in banca dati, è possibile analizzare le sequenze amplificate mediante la tecnica rDNA PCR RFLP (restriction fragment length polymorphism). Essa consiste nell’amplificare regioni specifiche del DNA, come quelle menzionate in precedenza, e sottoporle a trattamento con enzimi di restrizione. Una corsa elettroforetica permetterà poi di individuare le dimensioni dei frammenti, che sono specie-specifiche, e consentono quindi di identificare le specie di interesse come Schyzosaccharomyces pombe in questo caso.

Un organismo modello da premio Nobel

Le applicazioni di Schyzosaccharomyces pombe come organismo modello in biologia molecolare sono molteplici. Nello specifico viene utilizzato per lo studio di:

  • caratteristiche genetiche: S. pombe possiede 3 cromosomi ma è caratterizzato da un elevato livello di omologia con il genoma umano. Il 69% dei geni di S. pombe possiede un ortologo umano che nella maggior parte dei casi sono correlati a patologie genetiche umane. Questo rende il microorganismo in questione come un sistema di riferimento per lo studio di alcuni pathway patologici e per l’individuazione di eventuali terapie;
  • regolazione del ciclo cellulare (Figura 4): la fase stazionaria di S. pombe può trasformarsi in una sorta di invecchiamento cellulare dovuto alla produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) che causano danni al DNA. Il meccanismo di riparazione del DNA e di difesa in generale è molto simile a quello umano, permettendo l’utilizzo di Schyzosaccharomyces pombe per comprendere il fenomeno anche nell’uomo;
ciclo cellulare di S. pombe
Figura 4 – Ciclo cellulare di Schyzosaccharomyces pombe e checkpoints
  • checkpoint cellulari: sono le fasi del ciclo cellulare durante le quali avviene il controllo del corretto svolgimento del ciclo. Senza di essi, durante i cicli di replicazione si accumulerebbero innumerevoli mutazioni potenzialmente dannose per lo sviluppo di tumori. La loro scoperta in S. pombe ha permesso agli scienziati Paul Nurse, Leland Hartwell e Tim Well di vincere il Premio Nobel per la Fisiologia nel 2001.

Virtualmente, data la facilità di manipolazione genica e di coltivazione, Schyzosaccharomyces pombe può essere utilizzato per molteplici applicazioni: dalla dissezione delle tetradi negli aschi per lo studio della replicazione alla creazione di ceppi knock-in e knock-out per caratteri di interesse.

Fonti

  • Gómez E.B., Forsburg S.L. (2004) Analysis of the Fission Yeast Schizosaccharomyces pombe Cell Cycle. In: Lieberman H.B. (eds) Cell Cycle Checkpoint Control Protocols. Methods in Molecular Biology™, vol 241. Humana Press
  • Hoffman, C. S., Wood, V., Fantes, P. (2016) An Ancient Yeast for Young Geneticists: A Primer on the Schizosaccharomyces pombe Model System. Genetics 2016, 202(3):1241

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