Saccharomyces cerevisiae

***Saccharomyces cerevisiae*** jeb **maizes raugs** ir mikroskopiska, eikariotiska vienšūnas sēne, viena no rauga sugām. Jau kopš seniem laikiem maizes raugs ir ticis izmantots maizes, alus un vīna ražošanā. *S. cerevisiae* ir viens no visplašāk izpētītajiem un izmantotajiem eikariotiskajiem modeļorganismiem mikrobioloģijā un molekulārajā bioloģijā, līdzīgi kā ''Escherichia coli'' kalpo par galveno baktēriju modeļorganismu. Tas vairojas pumpurojoties.

## Bioloģija

### Ekoloģija
Dabā maizes raugs ir sastopams uz nobriedušu augļu, piemēram, vīnogu, virsmas. Lai gan *S. cerevisiae* ir galvenais raugs vīna fermentācijā, to ir gandrīz neiespējami izolēt no veseliem, nebojātiem augļiem, tā vietā uz tiem dominē citas sugas, kā *[[Metschnikowia]]*, *[[Cryptococcus]]* un *[[Rhodotorula]]*. Ir novērots, ka uz bojātiem vīnogu augļiem mīt daudz vairāk *S. cerevisiae* nekā uz veseliem, kas liecina, ka šādi augļi varētu būt galvenais rauga avots dabiskās vīna fermentācijas procesā. *S. cerevisiae* dabā ir konstatēts arī uz ozolu mizas. 

### Augšana un barošanās

#### Augšanas dinamika
Maizes rauga augšanas dinamiku var iedalīt vairākās fāzēs – lag fāzē, kuras laikā šūnas pielāgojas vides apstākļiem un gatavojas dalīties, logaritmiskajā jeb eksponenciālajā fāzē, kuras laikā notiek aktīva šūnu dalīšanās un stacionārajā fāzē, kurā jauno šūnu skaits ir vienāds ar mirušo šūnu skaitu. Kā oglekļa avotu izmantojot glikozi, logaritmiskās augšanas fāzē šūnas pamatā enerģiju iegūst anaerobi, glikolīzē veicot substrāta līmeņa fosforilāciju. Glikozei barotnē izsīkstot, šūnas sāk patērēt fermentācijā saražoto etanolu aerobās elpošanas ceļā. Šūnas metabolisma pielāgošanu no fermentatīva uz oksidatīvu sauc par diauksiju. Pēc diauksijas šūnu augšana turpinās daudz lēnākā tempā, jo, lai gan aerobā augšana ir enerģētiski izdevīgāka (no vienas glikozes molekulas tiek iegūts vairāk ATF enerģijas nekā fermentējot), tā ir lēnāka. Pēc stacionārās fāzes seko bojāejas fāze, kurā šūnu mirstība pārsniedz šūnu dalīšanos. Maizes raugs stacionāro fāzi visbiežāk sasniedz oglekļa avota izsīkuma dēļ. Tomēr, to var ierosināt arī kādas citas barības vielas, piemēram, slāpekļa, fosfora vai sēra trūkums. 

#### Barotnes
Laboratorijas apstākļos maizes rauga kultivēšanai tipiski izmanto divu veidu barotnes – šķidrās un cietās. Barotņu sarecēšanai izmanto agaru. Barotnes var būt bagātīgas (*rich media*) vai definētas (*defined media*). Tās atšķiras ar to, ka bagātīgo barotņu sastāvs nav precīzi definēts. Šādās barotnēs raugs aug ātri, taču tās neļauj izolēt celmus ar konkrētām augšanas prasībām. Tam izmanto definētās barotnes. Tās ir iespējams padarīt selektīvas – tām pievienojot vai atņemot kādu aminoskābi, nukleotīdu, antibiotiku vai citu vielu, var izolēt celmus, kuriem piemīt selekcijas marķieri. Tas ir īpaši svarīgi gēnu inženierijā, lai izolētu veiksmīgi modificētas šūnas. Piemēram, ja transformēšanai tiek izmantots celms, kas nespēj sintezēt aminoskābi histidīnu, tad selekcijas marķieris būtu trūkstošais histidīna sintēzes ceļa gēns, bet selektīvā barotne – *drop-out* barotne bez histidīna. Rezultātā šādā selektīvā barotnē spēs augt tikai veiksmīgi transformētas šūnas, kuras trūkstošo aminoskābi spēj sintezēt pašas. Definētās barotnes izmanto arī, ja pētnieki vēlas noskaidrot konkrētu barības vielu klātesamības un daudzuma ietekmi uz rauga augšanu.  

### Dzīves cikls
thumb|240x240px|''Saccharomyces cerevisiae'' dzīves cikls. 1. Pumpurošanās 2. Konjugācija (saplūšana) 3. Spora
*S. cerevisiae* var eksistēt divās stabilās formās – kā diploīds un kā haploīds, jeb tas var saturēt pilnu hromosomu komplektu vai tikai pusi no tā. Kā diploīds tas spēj vairoties gan dzimumiski ar sporām, gan bezdzimumiski pumpurojoties, kad no mātšūnas atdalās mazāka meitšūna. Haploīdi vairojas tikai bezdzimumiski, veicot mitozi, bet stresa apstākļos tie visbiežāk iet bojā. Saplūstot divām pretēja  (angliski *mating type*) haploīdām šūnām, izveidojas diploīds. Labvēlīgos augšanas apstākļos arī diploīdi vairojas bedzimumiski, taču stresa apstākļos tie sporulē, mejozes rezultātā no mātšūnas iegūstot četras haploīdas sporas.

## Pētniecībā

### Kā modeļorganisms
*S. cerevisiae* ir populārs modeļorganisms pateicoties tā atbilstībai dažādiem kritērijiem, piemēram:

* Ātra vairošanās – bagātīgā barotnē 30 °C temperatūrā *S. cerevisiae* šūnas dalās aptuveni reizi 90 minūtēs;
* *S. cerevisiae* var tikt transformēts, ļaujot introducēt jaunus gēnus vai tos izdzēst, izmantojot homologo rekombināciju. Turklāt spēja kultivēt *S. cerevisiae* haploīdā formā vienkāršo gēnu izslēgšanas (*knockout*) celmu izveidi;
* Kā eikariotam *S. cerevisiae* šūnas uzbūve ir līdzīga attīstītākiem organismiem, augiem un dzīvniekiem, taču tam nav tik liela nekodējošās DNS daļa, kas var apgrūtināt pētījumus augstākajos eikariotos.

### Genoma sekvencēšana
1996. gadā *S. cerevisiae* kļuva par pirmo eikariotu, kura genoms tika pilnībā sekvencēts starptautiskā projektā, kurā piedalījās aptuveni 600 zinātnieki no Eiropas, Ziemeļamerikas un Japānas. Tobrīd tas bija lielākais sekvencētais genoms. Tika atklāts, ka *S. cerevisiae* 16 hromosomas sastāv no aptuveni 12 miljoniem bāzu pāru un 6000 gēnu. Sekvencētais maizes rauga genoms un gēnu anotācijas, kā arī informācija par to kodētajiem proteīniem, ir publiski pieejama dažādās datubāzēs, tai skaitā *Saccharomyces Genome Database*, kas ir viens no populārākajiem ar maizes raugu saistītajiem interneta resursiem.

## Komerciālie pielietojumi

### Alus un vīna ražošanā
*Saccharomyces cerevisiae* ir viens no raugiem, kas tiek pielietots alus brūvēšanā un vīna ražošanā. Alus raudzēšanā *S. cerevisiae* atšķiras no otra bieži izmantotā rauga *[[Saccharomyces pastorianus]]* ar augstāku fermentācijas temperatūru un rezultātā arī atšķirīgu alus garšu. Vīna rūgšanā *S. cerevisiae* visbiežāk nav vienīgais iesaistītais raugs, jo uz vīnogu virsmas ir sastopami arī dažādi  raugi. Tomēr lielāko daļu fermentācijas veic tieši *S. cerevisiae*, bet kad alkohola saturs vīnā sasniedz aptuveni 15 procentus, mazāk toleranti raugi iet bojā alkohola toksiskuma dēļ.

## Atsauces