Jabarkan Peranan dalam riset dari Saccharomyces cerevisiae

Ketika peneliti mencari organisme untuk digunakan dalam penelitian, mereka mencari organisme yang memenuhi beberapa ciri. Diantaranya adalah ukuran, waktu generasi, aksesibilitas, kemudahan manipulasi, genetika, konservasi mekanisme, dan potensi keuntungan ekonomi. Spesies ragi S. pombe dan S. cerevisiae keduanya telah dipelajari dengan baik; kedua spesies ini terpisah secara evolusi sekitar 600 hingga 300 juta tahun yang lalu, dan merupakan organisme yang penting dalam studi mekanisme kerusakan dan perbaikan DNA.

S. cerevisiae telah berkembang sebagai organisme model karena nilainya baik pada sejumlah kriteria ini.

Sebagai organisme bersel tunggal, S. cerevisiae berukuran kecil dan memiliki waktu generasi yang singkat (waktu penggandaan 1,25–2 jam pada 30 °C atau 86 °F) dan dapat dengan mudah dibudidayakan. Semua ini adalah karakteristik positif karena memungkinkan produksi dan pemeliharaan cepat beberapa jalur spesimen dengan biaya rendah.

S. cerevisiae membelah dengan meiosis, memungkinkannya menjadi kandidat untuk penelitian genetika seksual.

S. cerevisiae dapat ditransformasi dengan memungkinkan penambahan gen baru atau penghapusan melalui rekombinasi homolog. Lebih lanjut, kemampuan untuk menumbuhkan S. cerevisiae sebagai haploid menyederhanakan pembuatan galur gen knockout.

Penelitian S. cerevisiae adalah pendorong ekonomi yang kuat karena peranannya yang luas dalam industri.

Peranan dalam penelitian mengenai penuaan

Selama lebih dari lima dekade S. cerevisiae telah dipelajari sebagai organisme model untuk lebih memahami penuaan dan telah berkontribusi pada identifikasi lebih banyak gen mamalia yang mempengaruhi penuaan daripada organisme model lainnya. Beberapa topik yang dipelajari menggunakan ragi adalah restriksi kalori, serta gen dan jalur seluler yang terlibat dalam penuaan. Dua metode paling umum untuk mengukur penuaan pada ragi adalah Replicative Life Span (RLS), yang mengukur berapa kali sel membelah, dan Chronological Life Span (CLS), yang mengukur berapa lama sel dapat bertahan dalam kondisi stasis yang tidak terdapat pembelahan. Pembatasan jumlah glukosa atau asam amino dalam media pertumbuhan telah terbukti meningkatkan RLS dan CLS dalam ragi serta organisme lain. Pada awalnya, peningkatkan RLS diduga memiliki kaitan dengan peningkatan regulasi enzim sir2, namun kemudian diketahui bahwa efek ini tidak bergantung pada sir2. Overkespresi dari gen sir2 dan fob1 telah terbukti meningkatkan RLS dengan mencegah akumulasi lingkaran rDNA ekstrakromosomal, yang dianggap sebagai salah satu penyebab penuaan pada ragi. Efek dari pembatasan nutrisi mungkin merupakan hasil dari penurunan signaling di TOR cellular pathway. Jalur ini memodulasi respon sel terhadap nutrisi.Mutasi yang menurunkan aktivitas TOR diketahui akan meningkatkan CLS dan RLS. Hal ini juga telah terbukti terjadi pada hewan lain. Mutan ragi yang tidak memiliki gen sch9 dan ras2 baru-baru ini telah terbukti mengalami peningkatan sepuluh kali lipat dalam umur kronologis pada kondisi restriksi kalori dan merupakan peningkatan terbesar yang dicapai dalam organisme apa pun.

Sel induk memunculkan tunas melalui pembelahan mitosis, tetapi mengalami penuaan replikatif selama beberapa generasi sebelum akhirnya mati. Namun, ketika sel induk mengalami meiosis dan gametogenesis, umurnya disetel ulang. Potensi replikatif gamet (spora) yang dibentuk oleh sel tua sama dengan gamet yang dibentuk oleh sel muda, yang menunjukkan bahwa kerusakan terkait usia dapat dihilangkan dengan meiosis dari sel induk yang menua. Pengamatan ini menunjukkan bahwa selama meiosis, penghilangan kerusakan terkait usia menyebabkan peremajaan. Namun, sifat kerusakan ini masih harus diteliti lebih lanjut.

Selama masa kekurangan nutrisi pada sel S. cerevisiae yang tidak bereplikasi, peningkatan reactive oxygen species menyebabkan akumulasi kerusakan DNA seperti situs apurinik/aprimidinik dan putusnya untai ganda. Juga pada sel yang tidak bereplikasi, kemampuan untuk memperbaiki untai ganda yang putus menurun selama penuaan kronologis.

Meiosis, rekombinasi, dan perbaikan DNA

S. cerevisiae berkembang biak dengan mitosis sebagai sel diploid ketika nutrisi melimpah. Namun, saat kekurangan nutrisi, sel-sel ini mengalami meiosis untuk membentuk spora haploid.

Sebuah penelitian pada S. cerevisiae menunjukkan adanya fungsi adaptif meiosis dan rekombinasi. Mutasi yang rmerusak pada gen untuk rekombinasi meiosis dan mitosis pada S. cerevisiae menyebabkan peningkatan kepekaan terhadap radiasi atau bahan kimia yang merusak DNA. Misalnya, gen rad52 diperlukan untuk rekombinasi meiosis dan rekombinasi mitosis. Rad52 mutan mengalami peningkatan sensistivitas terhadap sinar-X, Methyl methanesulfonate dan agen DNA cross-linking 8-methoxypsoralen-plus-UVA, yang menunjukkan pengurangan rekombinasi meiosis. Temuan ini menunjukkan bahwa perbaikan rekombinasi selama meiosis dan mitosis diperlukan untuk memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh agen ini.

Ruderfer dkk. (2006) menganalisis keturunan galur S. cerevisiae alami dan menyimpulkan bahwa persilangan terjadi hanya sekitar sekali setiap 50.000 pembelahan sel. Jadi, tampaknya di alam, perkawinan kemungkinan paling sering terjadi di antara sel-sel ragi yang terkait erat. Perkawinan terjadi ketika sel haploid dari jenis kelamin berlawanan MATa dan MATα yang mengalami kontak langsung. Ruderfer dkk. menunjukkan bahwa kontak semacam itu sering terjadi antara sel ragi yang terkait erat karena dua alasan. Yang pertama adalah sel-sel dengan tipe kelamin yang berlawanan hadir bersama dalam askus yang sama, yakni sebuah kantung yang berisi sel-sel yang diproduksi oleh satu meiosis, dan sel-sel ini dapat kawin satu sama lain. Alasan kedua adalah sel-sel haploid dari satu jenis kelamin setelah pembelahan sel sering kali menghasilkan sel-sel dari jenis kelamin yang berlawanan, sehingga mereka dapat kawin dengan sel yang baru terbentuk. Kelangkaan relatif di peristiwa meiosis yang dihasilkan dari persilangan, tidak selaras dengan pernyataan bahwa produksi variasi genetik adalah dorongan selektif utama yang mempertahankan meiosis dalam organisme ini. Namun, temuan ini konsisten dengan gagasan alternatif bahwa kekuatan selektif utama yang mempertahankan meiosis adalah perbaikan rekombinasional yang ditingkatkan dari kerusakan DNA, karena manfaat ini direalisasikan selama setiap meiosis.