酵母(saccharomyces) 是基因
克隆实验中常用的
真核生物受体细胞,培养酵母菌和培养
大肠杆菌一样方便。酵母
克隆载体的种类也很多。酵母菌也有质粒存在,这种2μm 长的质粒称为2μm 质粒,约6 300bp。这种质粒至少有一段时间存在于
细胞核内染色体以外,利用 2μm 质粒和大肠杆菌中的质粒可以构建成能穿梭于细菌与酵母菌细胞之间的
穿梭质粒。酵母克隆载体都是在这个基础上构建的。
词语释义
【释义】酵:有机物由于某些菌或酶而分解称“发酵”。能使有机物发酵的真菌称“酵母菌”。亦称“酵母”、“酿母”。
【注音】jiàomǔ
【酵母】酵母菌的简称。
酵母介绍
酵母是一种单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于
兼性厌氧菌。
细胞形态
酵母菌细胞宽度(直径)约2~6
μm,长度5~30μm,有的则更长,个体形态有球状、
卵圆、椭圆、柱状和
香肠状等。
生理特性
酵母是
单细胞微生物。它属于高等微生物的真菌类。有
细胞核、
细胞膜、
细胞壁、
线粒体、相同的酶和
代谢途径。酵母无害,容易生长,空气中、土壤中、水中、动物体内都存在酵母。有氧气或者无氧气都能生存。
酵母是兼性
厌氧生物,
未发现专性厌氧的酵母,在缺乏氧气时,发酵型的酵母通过将糖类转化成为
二氧化碳和
乙醇(俗称酒精)来获取能量。
多数酵母可以分离于富含糖类的环境中,比如一些水果(
葡萄、
苹果、桃等)或者植物分泌物(如
仙人掌的汁)。一些酵母在
昆虫体内生活。酵母菌是单细胞真核微生物,形态通常有球形、卵圆形、
腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等,比细菌的单细胞个体要大得多,一般为1~5或5~20微米。酵母菌无鞭毛,不能游动。酵母菌具有典型的
真核细胞结构,有
细胞壁、细胞膜、细胞核、
细胞质、
液泡、
线粒体等,有的还具有
微体。
酵母菌的
遗传物质组成:细胞核
DNA,
线粒体DNA,以及特殊的质粒DNA。
大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似,但比
细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,
菌落多为乳白色,少数为红色,个别为黑色。
生殖方式
芽殖:这是酵母菌进行无性繁殖的主要方式。成熟的酵母菌细胞,先长出一个小芽,芽细胞长到一定程度,脱离
母细胞继续生长,而后形成新个体。有一端出芽、两端出芽、三端出芽和多端出芽。
裂殖:少数种类的酵母菌与细菌一样,借细胞
横分裂而繁殖。
芽裂:母细胞总在一端出芽,并在芽基处形成隔膜,
子细胞呈瓶状。这种方式很少。
子囊孢子:在
营养状况不好时,一些可进行
有性生殖的酵母会形成孢子(一般来说是四个),在条件适合时再萌发。一些酵母,如
假丝酵母(或称
念珠菌,Candida)不能进行
有性繁殖。
生活史
各种酵母的
生活史可分为三种类型: 1. 单倍体型 2. 双倍体型 3. 单双倍体型
1、单双倍体型
特点:
单倍体营养细胞和
双倍体营养细胞均可进行芽殖。
营养体既可以单倍体形式也可以双倍体形式存在;在特定条件下进行有性生殖。 单倍体和双倍体
两个阶段同等重要,形成
世代交替2、单倍体型
特点:营养细胞是单倍体;
无性繁殖以
裂殖方式进行;双倍体细胞不能独立生活,因为双倍体阶段短,一经生成立即
减数分裂。
3、双倍体型
特点:营养体为双倍体,不断进行芽殖,双倍体营养阶段长,单倍体的子囊孢子在子囊内发生接合。单倍体阶段仅以子囊孢子形式存在,故不能独立生活。
组成序列
在
酿酒酵母测序计划开始之前,人们通过传统的遗传学方法已确定了酵母中编码
RNA或
蛋白质的大约2600个基因。通过对酿酒酵母的完整
基因组测序,发现,在12068kb的全基因组序列中有5885个编码
专一性蛋白质的
开放阅读框。这意味着在酵母基因组中平均每隔2kb就存在一个编码蛋白质的基因,即整个基因组有72%的
核苷酸顺序由开放阅读框组成。这说明酵母基因比其它高等
真核生物基因排列紧密。如在线虫基因组中,平均每隔6kb存在一个编码蛋白质的基因;在
人类基因组中,平均每隔30kb或更多的
碱基才能发现一个编码蛋白质的基因。酵母基因组的紧密性是因为基因
间隔区较短与基因中
内含子稀少。酵母基因组的开放阅读框
平均长度为1450bp即483个
密码子,最长的是位于XII号染色体上的一个功能未知的开放阅读框(4910个密码子),还有极少数的开放阅读框长度超过1500个密码子。在酵母基因组中,也有编码短蛋白的基因,例如,编码由40个
氨基酸组成的
细胞质膜蛋白脂质的PMP1基因。此外,酵母基因组中还包含:约140个编码RNA的基因,排列在XII号染色体的长末端;40个编码
SnRNA的基因,散布于16条染色体;属于43个家族的275个
tRNA基因也广泛分布于
基因组中。
序列测定
序列测定揭示了酵母
基因组中大范围的
碱基组成变化。多数酵母染色体由不同程度的、大范围的
GC丰富
DNA序列和GC缺乏DNA序列镶嵌组成。这种
GC含量的变化与染色体的结构、基因的密度以及
重组频率有关。GC含量高的区域一般位于
染色体臂的中部,这些区域的基因密度较高;GC含量低的区域一般靠近
端粒和
着丝粒,这些区域内基因数目较为贫乏。Simchen 等证实,酵母的
遗传重组即
双链断裂的相对
发生率与染色体的GC丰富区相耦合,而且不同染色体的重组频率有所差别,较小的I、III、IV和IX号染色体的重组
频率比整个基因组的平均重组频率高。
酵母基因组另一个明显的特征是含有许多DNA
重复序列,其中一部分为完全相同的DNA序列,如
rDNA与CUP1基因、
Ty因子及其衍生的单一
LTR序列等。在基因的
间隔区包含大量的
三核苷酸重复,引起了人们的高度重视。因为一部分人类
遗传疾病是由三核苷酸重复数目的变化所引起的。还有更多的DNA序列彼此间具有较高的
同源性,这些DNA序列被称为遗传丰余(genetic redundancy)。酵母多条染色体末端具有长度超过几十个kb的高度
同源区,它们是遗传丰余的主要区域,这些区域仍然在发生着频繁的
DNA重组过程。遗传丰余的另一种形式是单个
基因重复,其中以分散类型最为典型,另外还有一种较为少见的类型是成簇分布的
基因家族。成簇同源区(cluster homology region,简称CHR)是酵母基因组测序揭示的一些位于多条染色体的同源大片段,各片段含有相互对应的多个
同源基因,它们的排列顺序与转录方向十分保守,同时还可能存在小片段的插入或缺失。这些特征表明,成簇同源区是介于染色体大
片段重复与完全分化之间的
中间产物,因此是研究基因组进化的良好材料,被称为基因重复的化石。染色体
末端重复、单个基因重复与成簇同源区组成了酵母基因组遗传丰余的大致结构。研究表明,遗传丰余中的一组基因往往具有相同或相似的
生理功能,因而它们中单个或少数几个基因的突变并不能表现出可以辨别的表型,这对酵母基因的功能研究是很不利的。所以许多酵母遗传学家认为,弄清遗传丰余的真正本质和功能意义,以及发展与此有关的实验方法,是揭示酵母基因组全部基因功能的主要困难和中心问题。
基因
随着获得高等
真核生物更多的
遗传信息,人们将会发现有更多的酵母基因与高等真核生物基因具有
同源性,因此酵母基因组在生物信息学领域的作用会显得更加重要,这同时也会反过来促进酵母基因组的研究。与酵母相比,高等真核生物具有更丰富的表型,从而弥补了酵母中某些基因突变没有明显表型改变的不足。下面将要提到的例子正说明了酵母和
人类基因组研究相互促进的关系。人类
着色性干皮病是一种
常染色体隐性遗传的皮肤疾病,极易发展成为
皮肤癌。早在1970年 Cleaver 等就曾报道,着色性干皮病和
紫外线敏感的酵母突变体都与缺乏
核苷酸切除修复途径(nucleotide excision repair,NER)有关。1985年,第一个NER途径相关基因被测序并证实是酵母的RAD3基因。1987年,Sung 首次报道酵母Rad3p能修复真核细胞中DNA
解旋酶活力的缺陷。1990年,人们克隆了着色性干皮病相关基因xPD,发现它与酵母NER途径的RAD3基因有极高的同源性。随后发现所有人类NER的基因都能在酵母中找到对应的同源基因。重大突破来源于1993年,发现人类xPBp和xPDp都是转录机制中RNA聚合酶II的TFIIH复合物的基本组分。于是人们猜测xPBp和xPDp在酵母中的同源基因(RAD3和RAD25) 也应该具有相似的功能,依此线索很快获得了满意的结果并证实了当初的猜测。
酵母作为
模式生物的作用不仅是在生物信息学方面的作用,酵母也为高等真核生物提供了一个可以检测的实验系统。例如,可利用
异源基因与酵母基因的功能互补以确证基因的功能。据 Bassett 的不完全统计,到1996年7月15日,至少已发现了71对人类与酵母的
互补基因。
生长条件
营养
酵母菌同其它活的
有机体一样需要相似的营养物质,像细菌一样它有一套胞内和
胞外酶系统,用以将
大分子物质分解成细胞新陈代谢易利用的
小分子物质,属于
异养生物。
酸度
酵母菌能在PH值为3.0~7.5的范围内生长,最适PH值为4.5~5.0。
水分
像细菌一样,酵母菌必须有水才能存活,但酵母需要的水分比细菌少,某些酵母能在水分极少的环境中生长,如蜂蜜和果酱,这表明它们对
渗透压有相当高的
耐受性。
温度
在低于水的冰点或者高于47℃的温度下, 酵母细胞一般不能生长,最适生长温度一般在20~30℃。
氧气
酵母菌在有氧和无氧的环境中都能生长,即酵母菌是
兼性厌氧菌,在有氧的情况下,它把糖分解成二氧化碳和水且酵母菌生长较快。在缺氧的情况下,酵母菌把糖分解成酒精和二氧化碳。
用途
最常提到的酵母为
酿酒酵母(也称
面包酵母)(Saccharomyces cerevisiae),自从几千年前人类就用其发酵面包和
酒类,在发酵面包和
馒头的过程中面团中会放出二氧化碳。
因酵母属于简单的单细胞真核生物,易于培养,且生长迅速,被广泛用于现代生物学研究中。如酿酒酵母作为重要的模式生物,也是遗传学和
分子生物学的重要研究材料。
酵母菌中含有
环状DNA--质粒,可以用来作
基因工程的载体。
主要作用
食用
不具有发酵力的繁殖能力,供人类食用的干
酵母粉或
颗粒状产品。它可通过回收
啤酒厂的酵母泥、或为了人类营养的要求专门培养并干燥而得。美国、日本及欧洲一些国家在普通的
粮食制品如
面包、蛋糕、饼干和
烤饼中掺入5%左右的食用酵母粉以提高食品的营养价值。酵母
自溶物可作为肉类、
果酱、汤类、
乳酪、面包类食品、蔬菜及
调味料的添加剂;在
婴儿食品、健康食品中作为
食品营养强化剂。由酵母自溶浸出物制得的5′-
核苷酸与味精配合可作为强化
食品风味的添加剂。从酵母中提取的浓缩
转化酶用作方蛋
夹心巧克力的液化剂。从以
乳清为原料生产的酵母中提取的
乳糖酶,可用于牛奶加工以增加甜度,防止乳清浓缩液中
乳糖的结晶,适应不耐乳糖症的消费者的需要。
在台湾冻顶山区,人们在制作
乌龙茶时,首先会将茶杀青,之后进行低温发酵,发酵之后,酵母菌便功成身退,沉淀在底部。不过这时候的酵母菌早已吸收了乌龙茶的精华养分,将其捞起经过洗净、消毒、干燥等再制造过程,就成了茶酵母。
市场上的茶酵母分为三种:
茶酵母用途广泛,时下最流行的适用于减肥瘦身。
茶酵母--含有
茶多酚具有高于
维生素E10倍的抗氧化能力,能够降低血液
中性脂肪含量,有效降血脂。还能够改善由肥胖及血脂偏高引起的
精神萎靡、困倦的
生物碱,让你精神焕发。
啤酒酵母--含有更为丰富的
维生素B是茶酵母的3倍相当,
酵母铬是茶酵母2倍相当,
B族维生素能加速
碳水化合物的脂肪的代谢、快速消耗热量使人在瘦身的同时精力充沛;酵母铬降低中性脂肪、协助
胰岛素加速糖的代谢。
真茶酵母的概念应该为:含有乌龙茶等减肥的
有效成分,并且具有酵母的的特性,啤酒酵母也是一种减肥的热销品,说明酵母本身对减肥都是有效的,而
茶酵母的优越之处在与其他融具了茶减肥与酵母减肥的特点,更健康,更有效,更安全。
用于酿造
啤酒的酵母。多为
酿酒酵母(Sac-charomyces cerevisiae)的不同品种。E·C·Hansen(1883)开始
分离培养酵母并将它用于酿造啤酒。
丹麦 Carlsberg 酿造研究所的
下面酵母是有名的。其它著名的啤酒酵母有德国的 Saaz 型下面酵母,英、日等国的
上面酵母。细胞形态与其它培养酵母相同,为近球形的
椭圆体,与
野生酵母不同。啤酒酵母是啤酒生产上常用的典型的
上面发酵酵母。除用于酿造啤酒、酒精及其他的
饮料酒外,还可发酵面包。菌体维生素、
蛋白质含量高,可作食用、药用和
饲料酵母,还可以从其中提取
细胞色素C、
核酸、
谷胱甘肽、
凝血质、
辅酶A和
三磷酸腺苷等。在
维生素的微生物测定中,常用啤酒酵母测定
生物素、
泛酸、
硫胺素、
吡哆醇和
肌醇等。
啤酒酵母在
麦芽汁琼脂培养基上
菌落为乳白色,有光泽,平坦,边缘整齐。无性繁殖以
芽殖为主。能发酵
葡萄糖、
麦芽糖、
半乳糖和
蔗糖,不能发酵乳糖和
蜜二糖。
按细胞长与宽的比例,可将啤酒酵母分为三组。第一组的细胞多为圆形、卵圆形或卵形(细胞长╱宽<2),主要用于
酒精发酵、酿造饮料酒和面包生产。
第二组的细胞形状以卵形和长卵形为主,也有圆或短卵形细胞(细胞长╱宽≈2)。这类酵母主要用于酿造
葡萄酒和
果酒,也可用于啤酒、
蒸馏酒和酵母生产。第三组的细胞为长圆形(细胞长╱宽>2)。这类酵母比较耐高
渗透压和高浓度盐,适合于用
甘蔗糖蜜为原料生产酒精。
在面包的实际生产中,酵母的发酵受到以下因素的影响:
温度:在一定的温度范围内,随着温度的增加,酵母的发酵速度也增加,产气量也增加,但最高不要超过38℃~39℃。一般正常的温度应控制在26℃~28℃之内,如果使用快速生产法则不要超过30℃,因为超过该温度,将发酵过速,面团未充分成熟,保气能力则不佳,影响最终
产品品质。
糖的影响:可以被酵母直接采用的糖是葡萄糖,
果糖。蔗糖则需要经过酵母中的
转化酶的作用,分解为葡萄糖和果糖后,再为发酵提供能源。还有
麦芽糖,是由面粉中的
淀粉酶分解面粉内的破碎淀粉而得到的,经酵母中的
麦芽糖酶转化变成2分子
葡萄糖后也可以被利用。
渗透压:
渗透压是指为阻止渗透作用所需要额加给溶液的额外压力,外界介质渗透压的高低,对酵母的活力有较大的影响。是因为酵母细胞的外层的
细胞膜是个
半透膜,即具有
渗透作用,故外界介质的浓度会直接影响酵母的活力,高浓度的糖、盐、
无机盐及其他可溶性的固体物质都会造成较高的
渗透压力,抑制酵母的发酵。其原因是当外界介质浓度高时,酵母体内的原生物渗出细胞膜,
原质浆分离,酵母因此被破坏,而无法生存。在这方面,干酵母比
鲜酵母更有较强的
适应能力。当然也有一些酵母在高浓度下仍可生存,并发酵。
在面包生产中,影响渗透压大小的主要是糖,盐这两种原料。当配方中的
糖量为0~5%时,对酵母的发酵不起
抑制作用,反而可促进酵母
发酵作用。当超过6%时,便会抑制发酵作用,如果超过10%时,发酵速度会明显减慢,在葡萄糖,
果糖,蔗糖和
麦芽糖中,麦芽糖的抑制作用比前三种糖小,这是因为麦芽糖的渗透压比其他糖要低。
盐的渗透压更高,对酵母发酵的抑制作用更大,当盐的用量达到2%时,发酵即受影响。
药用
制造方法和性质与食品酵母相同。由于它含有丰富的
蛋白质、
维生素和酶等
生理活性物质,医药上将其制成
酵母片如
食母生片,用于治疗因不合理的饮食引起的
消化不良症。体质衰弱的人服用后能起到一定程度的调整新陈代谢机能的作用。在酵母培养过程中,如添加一些特殊的元素制成含硒、铬等
微量元素的酵母,对一些疾病具有一定的疗效。如含
硒酵母用于治疗
克山病和
大骨节病,并有一定防止
细胞衰老的作用;含铬酵母可用于治疗
糖尿病等。
饲料用
饲料酵母:通常用
假丝酵母或脆壁克鲁维酵母经培养、干燥制成,不具有发酵力,细胞呈死亡状态的粉末状或颗粒状产品。它含有丰富的蛋白质(30~40%左右)、
B族维生素、
氨基酸等物质,广泛用作
动物饲料的蛋白质补充物。它能促进动物的
生长发育,缩短饲养期,增加肉量和蛋量,改良肉质和提高
瘦肉率,改善皮毛的
光泽度,并能增强幼禽畜的抗病能力。
制作发面
这些方法效果是一样的,就是通过在面团中产生大量二氧化碳气体,蒸煮过程中,二氧化碳受热膨胀,于是面食就变得松软好吃了。
但是两者的原理是不同的。前一种方法中,是个
化学过程。小苏打会
严重破坏面粉中的
B族维生素。
而酵母发面是通过酵母发酵的生物学过程完成的,并且提高了营养价值。
酵母分为鲜酵母、干酵母两种,是一种可食用的、营养丰富的单细胞微生物,
营养学上把它叫做“取之不尽的营养源”。除了蛋白质、碳水化合物、
脂类以外,酵母还富含多种维生素、矿物质和酶类。有实验证明,每1公斤干酵母所含的蛋白质,相当于5公斤大米、2公斤大豆或2.5公斤
猪肉的蛋白质含量。因此,
馒头、面包中所含的营养成分比不发面的
大饼、
面条要高出3~4倍,蛋白质增加近2倍。
保护肝脏
酵母中还有一种很强的
抗氧化物,可以保护肝脏,有一定的
解毒作用。酵母里的硒、铬等
矿物质能抗衰老、抗
肿瘤、预防
动脉硬化,并提高人体的免疫力。发酵后,面粉里一种影响钙、镁、铁等元素吸收的
植酸可被分解,从而提高人体对这些
营养物质的吸收和利用。
制品疏松
酵母在面团发酵中产生大量的二氧化碳,并由于
面筋网络组织的形成,而被留在
网状组织内,使烘烤食品组织疏松多孔,体积增大。
酵母还有增加面筋扩展的作用,使发酵时所产生的二氧化碳能保留在面团内,提高面团的持气能力。如用化学
疏松剂则无此作用。
改善风味
面团在
发酵过程中,经历了一系列复杂的生物
化学反应,产生了面包制品特有的发酵香味。同时,便形成了面包制品所特有的芳香,浓郁,诱人食欲的烘烤香味。
在食品中添加
鲜味剂,可提高食品总的味觉强度,还可以用来增强食品的一些风味特征,如持续性、温和感、浓厚感等。鲜味剂的添加量并非越多越好。研究表明
MSG(味精)在食品重量的0.2~0.8%时有最好的增味效果,如此相对的5′-IMP(单
磷酸肌苷二钠)约为0.02~0.04%时,可得
当量的增味强度。但还该考虑鲜味剂与
NaCl的比例。如将MSG和食盐添加到
鸡汤或加有
香辛料的鸡汤中,其最佳比例是0.33%的MSG、0.83%NaCL及0.38%MSG、0.87%NaCl。只有在一特定浓度范围内,才给予愉快的感受,过多则适得其反。
YE的性能特点:
其氨基酸成分如下表所示:
增加营养
因为酵母的主要成分是
蛋白质,几乎占了酵母
干物质的一半含量,而且人体
必需氨基酸含量充足,尤其是谷物中较缺乏的
赖氨酸含量较多。另一方面,含有大量的
维生素B1,
维生素B2及
尼克酸。所以,酵母能提高
发酵食品的营养价值。
模式应用
酵母作为高等真核生物特别是
人类基因组研究的模式生物,其最直接的作用体现于生物信息学领域。当人们发现了一个功能未知的人类新基因时,可以迅速地到任何一个酵母
基因组数据库中检索与之同源的功能已知的酵母基因,并获得其功能方面的相关信息,从而加快对该人类基因的功能研究。研究发现,有许多涉及
遗传性疾病的基因均与酵母基因具有很高的同源性,研究这些基因编码的
蛋白质的生理功能以及它们与其它蛋白质之间的相互作用将有助于加深对这些遗传性疾病的了解。此外,人类许多重要的疾病,如早期
糖尿病、
小肠癌和心脏疾病,均是
多基因遗传性疾病,揭示涉及这些疾病的所有相关基因是一个困难而漫长的过程,酵母基因与人类多基因遗传性疾病相关基因之间的
相似性将为我们提高诊断和治疗水平提供重要的帮助。
酵母作为模式生物的最好例子体现于那些通过
连锁分析和
定位克隆然后测序验证而获得的
人类遗传性疾病相关基因的研究中,后者的
核苷酸序列与酵母基因的同源性为其功能研究提供了线索。例如,人类
遗传性非
息肉性
小肠癌相关基因与酵母的MLH1、MSH2基因,
运动失调性
毛细血管扩张症相关基因与酵母的TEL1基因,布卢姆氏综合征相关基因与酵母的SGS1基因,都有很高的同源性。遗传性非息肉性小肠癌基因在
肿瘤细胞中表现出
核苷酸短重复顺序不稳定的细胞表型,而在该人类基因被克隆以前,研究工作者在酵母中分离到具有相同表型的基因突变(MSH2和MLH1突变)。受这个结果启发,人们推测小肠癌基因是MSH2和MLH1的同源基因,而它们在
核苷酸序列上的
同源性则进一步证实了这一推测。布卢姆氏综合征是一种临床表现为
性早熟的遗传性疾病,病人的细胞在体外培养时表现出生命周期缩短的表型,而其相关基因则与酵母中编码
蜗牛酶的SGS1基因具有很高的同源性。与来自布卢姆氏综合征个体的培养细胞相似,SGS1基因突变的酵母细胞表现出显著缩短的生命周期。Francoise 等研究了170多个通过
功能克隆得到的人类基因,发现它们中有42%与酵母基因具有明显的同源性,这些人类基因的编码产物大部分与
信号转导途径、
膜运输或者
DNA合成与修复有关,而那些与酵母基因没有明显同源性的人类基因主要编码一些
膜受体、血液或
免疫系统组分,或人类特殊
代谢途径中某些重要的酶和蛋白质。
工程应用
单细胞真核生物的酵母菌具有比较完备的
基因表达调控机制和对表达产物的加工修饰能力。酿酒酵母(Saccharomyces.Cerevisiae)在
分子遗传学方面被人们的认识最早,也是最先作为
外源基因表达的酵母宿主。1981年酿酒酵母表达了第一个
外源基因----
干扰素基因,随后又有一系列外源基因在该系统得到表达干扰素和胰岛素虽然已经利用酿酒酵母大量生产并被广泛应用,当利用酿酒酵母制备时,实验室的结果很令人鼓舞,但由实验室扩展到工业规模时,其产量迅速下降。原因是
培养基中维特质粒高
拷贝数的
选择压力消失质粒变得不稳定,拷贝数下降。拷贝数是高效表达的必备因素,因此拷贝数下降,也直接导致外源基因表达量的下降。同时,实验室用培养基成分复杂且昂贵,当采用工业规模能够接受的培养基时,导致了产量的下降。为克服酿酒酵母的局限,1983年美国 Wegner 等人最先发展了以
甲基营养型酵母(methylotrophic yeast)为代表的第二代酵母表达系统。甲基营养型酵母包括:Pichia、Candida 等。以 Pichia·pastoris(
巴斯德毕赤酵母)为宿主的外源基因表达系统近年来发展最为迅速,应用也最为广泛。
毕赤酵母系统的广泛应用,原因在于该系统除了具有一般酵母所具有的特点外。
危害
有些酵母菌对生物或用具是有害的,例如
红酵母(Rhodotorula)会生长在
浴帘等潮湿的家具上;
白色假丝酵母(或称
白色念珠菌)(Candida albicans)会生长在阴道衬壁等湿润的人类
上皮组织。
念珠菌:能够引起
鹅口疮以及
尿道炎等感染疾病。白色念珠菌在人类身上主要出现于口腔,肠道, 尿道等部位的粘膜上, 小部分生活在皮肤表面. 正常情况下,
念珠菌以酵母细胞型存在,没有
致病性;在一些因素的诱导下,比如免疫力缺陷,过量使用抗生素等,白色念珠菌大量转化为
菌丝生长型,并大量繁殖,入侵患者粘膜系统,引起炎症而发病。在怀
孕晚期服用
避孕药的妇女中,极易感染
尿道炎,其中一个可能的诱因便是身体上的激素出现了失衡。
白色
隐球菌(Cryptococcus albidus):是一种一般对人类无害的出芽型酵母菌。但在免疫系统缺陷者身上,可能感染病人引起一种名为
隐球菌病(cryptococcosis)的疾病。另外,有案例显示,一位进行
免疫抑制治疗的病人肺部受到白色隐球菌的感染后,导致出现急性
呼吸窘迫综合症(
ARDS)的病症。
酿酒酵母(Saccharomyces sereviciae):一般不被认为是条件性
致病菌,但是也有少量的报告显示出酿酒酵母具有致病能力。
产品发展
早在公元前3000年,人类开始利用酵母来制作发酵产品。最早在市场上销售的产品是酵母泥,这种产品的特点是发酵速度快,但运输和使用不便,产品的商业化受到了一定的限制。从销售酵母泥算起,把制造酵母作为一种工业来看,酵母工业的发展已有200余年的历史了。酵母已成为世界上研究最多的微生物之一,是当今生物技术产品
研究开发的热点和
现代生物技术发展、
基因组研究的模式系统。
2012年,全球酵母
生产能力总计(以
干酵母计)超过100万吨,年
销售收入超过25亿美元。
20世纪80年代以来,中国酵母工业取得了
跨越式发展,拥有了畅销全球的自主创新品牌,酵母产品的研究、生产和应用达到了国际先进水平。
测定
基因复制上限:日本
冈山大学与日本
东北大学的研究人员利用独创的方法测定了酵母菌所有基因的复制次数上限,发现大多数基因即使复制100次以上,细胞仍能维持正常功能,而一些基因只复制数次就会引发
细胞死亡。
研究小组使用约有6000个基因的酵母菌进行实验,调查它所有基因的复制次数上限,即基因复制次数到何种程度时会导致细胞死亡。结果发现,有80%以上的基因分别复制超过100次后,酵母菌的细胞依然维持着正常功能。但是,有115个基因只复制数倍就会导致酵母菌死亡。这些基因多数与
细胞内运输和
细胞骨架等基础功能有关,还有的基因与制造细胞内
蛋白质或
蛋白质复合体有关。研究小组认为,这些基因复制数倍后,导致不必要地大量合成或分解蛋白质,给细胞造成负担,使酵母菌内的平衡严重紊乱,从而导致酵母菌死亡。
主要荣誉
2018年2月,酵母长染色体的精准定制合成荣获科技部
2017年度中国科学十大进展。