酵母编辑

基因克隆实验中常用的真核生物受体细胞

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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。酵母是一种单细胞真菌，并非系统演化分类的单元。一种肉眼看不见的微小单细胞微生物，能将糖发酵成酒精和二氧化碳，分布于整个自然界，是一种典型的异养兼性厌氧微生物，在有氧和无氧条件下都能够存活，是一种天然发酵剂。一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌，可用于酿造生产，也可为致病菌——遗传工程和细胞周期研究的模式生物。酵母菌是人类文明史中被应用得最早的微生物。已知有1000多种酵母，根据酵母菌产生孢子（子囊孢子和担孢子）的能力，

	测定值mg/100g	检验项目	测定值mg/100g
天门冬氨酸	3028.4	异亮氨酸	1527.5
苏氨酸	1210.1	亮氨酸	2455.1
丝氨酸	1266.3	酪氨酸	593.8
谷氨酸	8246.8	苯丙氨酸	1142.0
甘氨酸	1591.2	赖氨酸	2120.5
丙氨酸	1006.5	组氨酸	567.0
胱氨酸	47.2	精氨酸	1887.7
缬氨酸	1714.6	脯氨酸	2191.5
蛋氨酸	364.0	色氨酸	------
氨基酸总和	31415.5	-	-

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

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示意图

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。