Úloha transportérů ve specifických vlastnostech nekonvenčních kvasinek
Některé druhy kvasinek přežívají velké výkyvy okolního pH, teploty nebo osmotického tlaku. Snažíme se identifikovat a charakterizovat specifické transportéry, které se svojí aktivitou podílejí na schopnosti těchto druhů přežít různé extrémní podmínky. Získané znalosti mohou napomoci ve zlepšování vlastností průmyslově používaných kvasinek.
Kvasinky se v přírodě vyskytují v nejrůznějších prostředích, kde jsou vystavovány neustále se měnícím okolním vlivům. Nejčastěji se vyskytující změnou je bezesporu změna koncentrace osmoticky aktivních látek (soli, cukry apod.). Kvasinkové buňky odpovídají na tyto vnější zásahy složitými na sebe navazujícími procesy, jejichž cílem je přizpůsobení se nově vzniklým podmínkám a také ochrana před poškozením. Jedním takovým mechanismem je zvýšená vnitrobuněčná syntéza či naopak vylučování ochranných látek. Ve většině kvasinkových druhů zastává úlohu ochranné látky malá molekula glycerolu. Prostředí s vysokým osmotickým tlakem, kde jsou buňky vystaveny např. vysokým koncentracím solí či cukrů, se nazývá hyperosmotické, a naopak hypoosmotické jsou takové vnější podmínky, kde je koncentrace látek vně buněk daleko nižší než uvnitř, např. čistá voda. Kvasinky, které jsou schopny dobře přežívat rychlé změny osmotického tlaku, nazýváme osmotolerantní. Jedním z cílů výzkumu našeho oddělení je objasnění podstaty osmotolerance vybraných druhů nekonvenčních kvasinek (Zygosaccharomyces rouxii, Debaryomyces hansenii, Pichia farinosa apod.) a také zlepšení osmotolerance kvasinek používaných v průmyslu, např. Saccharomyces bayanus, S. kudravzevii, S. paradoxus nebo Dekkera bruxellensis.
Změna koncentrace glycerolu uvnitř buněk v průběhu hypo- a hyperosmotického stresu.
V průběhu hyposomotického stresu se voda intenzivně transportuje do buněk ve směru koncentračního gradientu a způsobuje tím buněčné bobtnání. Buňky začnou intenzivně vypouštět glycerol (přes kanál Fps1) ve snaze zabránit prasknutí a získat původní objem. Hyperosmotický stres naopak způsobuje velké ztráty vody, která z buněk uniká a dochází k smršťování. V odpovědi na ztrátu vody začnou buňky intenzivně syntetizovat glycerol, uzavírají kanály Fps1, kterými by mohl glycerol unikat, a aktivují zpětný transport glycerolu z vnějšího prostředí (transportér Stl1). Po dosažení optimálního objemu a ustálení všech obranných mechanismů mohou buňky opět začít růst a dělit se.
Znázornění změn objemu buněk a transportu glycerolu v průběhu hypo- a hyperosmotického stresu.
Porovnání růstu S. cerevisiae a osmotolerantních nekonvenčních kvasinkových druhů při hyperosmotickém stresu.
Osmotolerance je schopnost přežívat vysoké koncentrace solí či cukrů v okolním prostředí. Naše výsledky ukazují, že osmotolerantní kvasinkové kmeny jsou v porovnání se S. cerevisiae schopné tyto podmínky nejen přežít, ale řada z nich dokonce vyžaduje určitou koncentraci solí pro optimální růst. Kvasinkové druhy jako například D. hansenii, P. farinosa nebo Z. rouxii rostou bez zjevných problémů i na tak vysokých koncentracích, jako je 2 M NaCl, což odpovídá 6% soli (pro porovnání potraviny s velmi vysokým obsahem solí obsahují cca 2% NaCl). Výjimečnost těchto druhů spočívá mimo jiné v efektivním transportu glycerolu z okolního prostředí.
.
Modelová kvasinka Saccharomyces cerevisiae má dva transportní systémy pro glycerol, kódované geny FPS1 a STL1. Kanálem Fps1 je glycerol urychleně vylučován v hypoosmotickém prostředí. Přenašeč Stl1 naopak zajišťuje transport glycerolu do buněk. V S. cerevisiae není exprese a aktivita transportéru Stl1 příliš vysoká, takže tato kvasinka je spíše osmosenzitivní. V nekonvenčních osmotolerantních kvasinkách je naopak předpokládána existence vysoce efektivních transportérů glycerolu, což je případ i námi studovaných druhů. Naší snahou je charakterizovat tyto velmi aktivní transportéry a objasnit, jak přispívají k celkové vysoké osmotoleranci.
Zvýšená produkce glycerolu v buňkách Z.rouxii postrádajících transportér Stl1.
Zjistili jsme, že osmotolerantní kvasinka Z. rouxii s funkčním přenašečem pro glycerol Stl1 (WT) produkuje méně glycerolu v porovnání s kmenem, který tento přenašeč postrádá (stl1∆), což dokazuje úlohu Stl1 v osmoregulaci tohoto druhu kvasinek.
Strukturální fondy
© 2014 Fyziologický ústav AV ČR