Evolution of Yeast Respiro-Fermentative Lifestyle and the Underlying Mechanisms Behind Aerobic Fermentation
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Jäst kan antingen bryta ner socker direkt till koldioxid och vatten genom andning, eller indirekt via koldioxid och etanol, genom jäsning. Andning är en process som förbrukar syre, och sker därför endast under syrerika (aeroba) förhållanden. Jäsning kräver till skillnad från andning inte tillgång till syre, och kan därför ske under syrefattiga (anaeroba) förhållanden.
Eftersom andning är en mer effektiv strategi för utvinning av energi från socker för tillväxt så föredrar många jästarter, som t.ex. Kluyveromyces lactis att andas under aeroba förhållanden. Andra jästarter, som t.ex. bryggeri- och bagerijästen Saccharomyces cerevisiae föredrar dock jäsning, även under aeroba förhållanden. Jäst som uppvisar aerob jäsning tillhör kategorin Crabtree positiva, vilket är en karakteristisk fysiologi hos olika typer av tumörceller, som upptäcktes 1929 av biokemisten Herbert Crabtree.
Det är ett mysterium varför Crabtree effekten existerar i naturen, och detta fenomen som ger upphov till jäsning under aeroba förhållanden har förbryllat många vetenskapsmän sedan upptäckten av bryggerijästen och dess aktivitet, av Louis Pasteur för mer än 150 år sedan. Tack vare genomsekvenseringen av S. cerevisiae och andra närbesläktade arter inom familjen Saccharomycetaceae under de senaste årtionden så har man, med hjälp av komparativa studier av jästgenom, kunnat rekonstruera släktträd och identifiera evolutionära händelser som kan ha bidragit till uppkomsten av aerob jäsning och Crabtree effekten.
Även om de inspirerande komparativa studierna av olika jästgenom har underlättats av den ständigt ökande tillgängligheten av sekvenserade genom, så har verifieringen av dessa studier oftast varit begränsade till fysiologin hos ett fåtal referensarter. Därför har jag, som en del i mitt doktorandprojekt utfört en storskalig fysiologisk undersökning av mer än 40 olika jästarter, under likformiga och kontrollerade förhållanden i bioreaktorer. Detta gjordes för att ”kartlägga” evolutionen av aerob jäsning och Crabtree effekten hos jästarter med en gemensam evolutionär historia på över 250 miljoner år.
Min storskaliga undersökning av jästfysiologin hos många olika jästarter har genererat en stor mängd rådata som troligen kommer att utgöra en fortsatt viktig informationskälla för framtida studier, främst inom systembiologin, och i utvecklingen av liknande fysiologi i parallella biologiska system. Resultatet från mina studier har redan bekräftat vikten av olika evolutionära mekanismer som kan ha bidragit till aerob jäsning och Crabtree effekten, som exempelvis förändringar i promotor sekvenser, packning och upplindning av kromatinet, gen och genom duplicering, och horisontell genöverföring.
Slutligen så föreslår jag en fundamental mekanism som kan förklara uppkomsten av aerob jäsning i familjen Saccharomycetaceae, och hur detta sedermera har utvecklats till Crabtree effekten som vi känner till idag i de moderna jästarterna, S. cerevisiae och dess närbesläktade arter.
Jäst kan antingen bryta ner socker direkt till koldioxid och vatten genom andning, eller indirekt via koldioxid och etanol, genom jäsning. Andning är en process som förbrukar syre, och sker därför endast under syrerika (aeroba) förhållanden. Jäsning kräver till skillnad från andning inte tillgång till syre, och kan därför ske under syrefattiga (anaeroba) förhållanden.
Eftersom andning är en mer effektiv strategi för utvinning av energi från socker för tillväxt så föredrar många jästarter, som t.ex. Kluyveromyces lactis att andas under aeroba förhållanden. Andra jästarter, som t.ex. bryggeri- och bagerijästen Saccharomyces cerevisiae föredrar dock jäsning, även under aeroba förhållanden. Jäst som uppvisar aerob jäsning tillhör kategorin Crabtree positiva, vilket är en karakteristisk fysiologi hos olika typer av tumörceller, som upptäcktes 1929 av biokemisten Herbert Crabtree.
Det är ett mysterium varför Crabtree effekten existerar i naturen, och detta fenomen som ger upphov till jäsning under aeroba förhållanden har förbryllat många vetenskapsmän sedan upptäckten av bryggerijästen och dess aktivitet, av Louis Pasteur för mer än 150 år sedan. Tack vare genomsekvenseringen av S. cerevisiae och andra närbesläktade arter inom familjen Saccharomycetaceae under de senaste årtionden så har man, med hjälp av komparativa studier av jästgenom, kunnat rekonstruera släktträd och identifiera evolutionära händelser som kan ha bidragit till uppkomsten av aerob jäsning och Crabtree effekten.
Även om de inspirerande komparativa studierna av olika jästgenom har underlättats av den ständigt ökande tillgängligheten av sekvenserade genom, så har verifieringen av dessa studier oftast varit begränsade till fysiologin hos ett fåtal referensarter. Därför har jag, som en del i mitt doktorandprojekt utfört en storskalig fysiologisk undersökning av mer än 40 olika jästarter, under likformiga och kontrollerade förhållanden i bioreaktorer. Detta gjordes för att ”kartlägga” evolutionen av aerob jäsning och Crabtree effekten hos jästarter med en gemensam evolutionär historia på över 250 miljoner år.
Min storskaliga undersökning av jästfysiologin hos många olika jästarter har genererat en stor mängd rådata som troligen kommer att utgöra en fortsatt viktig informationskälla för framtida studier, främst inom systembiologin, och i utvecklingen av liknande fysiologi i parallella biologiska system. Resultatet från mina studier har redan bekräftat vikten av olika evolutionära mekanismer som kan ha bidragit till aerob jäsning och Crabtree effekten, som exempelvis förändringar i promotor sekvenser, packning och upplindning av kromatinet, gen och genom duplicering, och horisontell genöverföring.
Slutligen så föreslår jag en fundamental mekanism som kan förklara uppkomsten av aerob jäsning i familjen Saccharomycetaceae, och hur detta sedermera har utvecklats till Crabtree effekten som vi känner till idag i de moderna jästarterna, S. cerevisiae och dess närbesläktade arter.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2013
Språk
Engelska
Fulltext
- Available as PDF - 37 MB
- Available as PDF - 6 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Department of Biology, Lund University
Ämne
- Biological Sciences
Nyckelord
- Crabtree effect
- aerobic fermentation
- respiro-fermentation
- ethanol production
- yeast
- central carbon metabolism
- evolution of alternative lifestyles
Status
Published
Handledare
- Jure Piskur
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7473-710-3 (electronic version)
- ISBN: 978-91-7473-709-7 (printed version)
Försvarsdatum
28 oktober 2013
Försvarstid
09:15
Försvarsplats
Biology House A, Lecture Hall, Sölvegatan 35, Lund
Opponent
- Karin Breunig (Professor)