Saccharomyces cerevisiae y las claves para el estudio de las ciencias de la vida

La levadura Saccharomyces cerevisiae está en la cerveza, el vino y el pan, pero también en los laboratorios de investigación: son los organismos que iniciaron la bioquímica y biología molecular moderna y siguen siendo un banco de pruebas fundamental para la ciencia.
 
Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae

Así lo señala a Carlos Gancedo, del Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols (CSIC-Universidad Autónoma de Madrid), quien ha coordinado en la Fundación Ramón Areces un simposio internacional sobre el papel de estos organismos.

Las levaduras son hongos unicelulares de forma ovoide que se reproducen por división celular y producen enzimas capaces de descomponer diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares.
 


 

Las levaduras, un banco de pruebas

Conocida desde la antigüedad, la levadura del pan, del vino y de la cerveza, conocida como Saccharomyces cerevisiae, se ha convertido en un organismo de estudio común en los laboratorio de todo el mundo debido a sus similitudes entre los sistemas celulares fundamentales de la levadura y de los animales superiores, división celular, cromosomas o respuesta al estrés.

Las levaduras han acompañado a los humanos desde hace miles de años y durante la mayor parte de este tiempo se ha ignorado su existencia y la identidad de estos “esforzados microorganismos”.
 
Antonie van Leeuwenhoek

Antonie van Leeuwenhoek

Después de que Anton van Leeuwenhoek, un comerciante y científico neerlandés, dibujase en el siglo XVII unos misteriosos glóbulos encontrados en la cerveza en fermentación, el siglo XIX asistió a acalorados debates sobre sus funciones.

En el siglo XX, más allá de la fermentación, este microorganismo asumió un nuevo papel fundamental en el laboratorio, convirtiéndose al mismo tiempo en organismo de estudio y en herramienta de trabajo.

Según Gancedo, desde entonces, las levaduras han sido organismos modelo de investigación importantísimos, son eucariotas, se reproducen bastante rápido y son fácilmente accesibles a la manipulación genética. No obstante, agrega, la visión sobre ellas ha cambiado drásticamente en las últimas décadas con la aparición de las nuevas tecnologías.

La secuenciación completa del genoma de ‘Saccharomyces cerevisiae’ se finalizó en 1996, tras cuatro años de un proyecto liderado por la Unión Europea y la participación de más de cien laboratorios de todo el mundo, relata el CSIC en su web en un monográfico sobre organismos modelos.

El primer eucariota secuenciado

Fue el primer organismo eucariota en ser secuenciado y actualmente es posiblemente el genoma eucariota mejor conocido. A pesar de los mil millones de años de divergencia evolutiva, más de una tercera parte de los genes de la levadura se encuentran también en humanos (homólogos) y en muchos casos realizan funciones similares (ortólogos).

De éstos, decenas corresponden a genes relacionados con enfermedades hereditarias, metabólicas o cáncer. “Ciertas patologías se pueden empezar a estudiar en las levaduras, donde es más fácil experimentar o hacer mutaciones en un gen, que por razones éticas no se hacen en humanos”, afirma Gancedo.
 

Levaduras y ratones, cada uno su papel

Levaduras y ratones tienen cada uno su papel. Entre las limitaciones de las levaduras esta el hecho de que no tienen las mismas hormonas que los organismos superiores, por lo que no todo se puede estudiar en ellas, pero entre sus magníficas ventajas se encuentra la facilidad y rapidez en la manipulación genética, la cual resulta ser bastante sencilla y económica.
 
Ratón de laboratorio

Ratón de laboratorio

Hay estudios básicos utilizando levaduras en campos tan diversos como la regulación del ciclo celular o el transporte vesicular, que han proporcionado conocimientos que se aplican actualmente a problemas sanitarios, detalla Gancedo.

Los avances continúan, el uso de las levaduras permitió por ejemplo la reciente reconstrucción ‘in vitro’ del proceso de replicación del ADN (la revista Nature señaló en 2015 que este importante logro no hubiera sido posible sin el considerable trabajo bioquímico y genético de los últimos 30 años, particularmente usando levadura).

Otro ejemplo, el Nobel de Medicina 2016, Yoshinori Ohsumi, fue premiado por descubrir los mecanismos de la autofagia, proceso básico de degradación y reciclaje de componentes celulares, un experimento que comenzó a partir de análisis en la levadura.

Árbol genealógico

En 2018, investigadores de Belgica, Alemania y Estados Unidos lograron secuenciar el genoma de 157 levaduras del género Saccharomyces cerevisiae utilizadas para hacer cerveza, vino, sake, pan y bioetanol y que son representativas de todas las variantes comerciales actuales, gracias a esto determinaron que el ancestro de la cerveza actual fue producido entre 1573 y 1604.
 
Vino, cerveza y pan elaborados con levadura

Productos elaborados con Saccharomyces cerevisiae

El estudio, publicado en Cell, indica que la levadura Saccharomyces cerevisiae tiene cinco grandes ramas genérticas; las asiáticas, que incluyen las que producen el licor de arroz japonés; las que hacen vino; las que hacen pan y dos familias diferentes de cervezas. De todas ellas, la más domesticada es la de la cerveza.

En el articulo los científicos detallaron que existe una diferencia genética entre las levaduras Saccharomyces cerevisiae con las que se elabora cerveza en Europa continental, las de Reino Unido y un tercer grupo que engloba las de Estados Unidos, “cuyo origen está en levaduras Saccharomyces cerevisiae que llegaron desde Inglaterra”, detalló Kevin Verstrepen, investigador de la Universidad Católica de Lovaina y principal autor del estudio.
 

Reciclaje de levaduras

“Los cerveceros de aquella época fueron los suficientemente listos como para reciclar el sedimento que quedaba después de cada fermentación y añadirlo a la siguiente, lo que hizo que el proceso fuese cada vez más consistente y rápido”, explica Kevin Verstrepen investigador de la Universidad Católica de Lovaina y el Instituto de Biotecnología de Flandes y principal autor del estudio.

La cerveza se producía durante todo el año, se tardaba apenas una semana en fermentar y los microorganismos se multiplican mucho más rápido que los perros o las vacas, lo que permitió un proceso de domesticación en tiempo récord.

Por su parte Steven Maere, coautor del estudio, comentó que cuatro siglos de domesticación han dejado huella en los genomas de las levaduras. “En varios linajes de levaduras, varios genes se amplificaron (aumentaron su presencia), se borraron o se alteraron para optimizar el crecimiento en los fermentadores de cerveza o para mejorar el sabor”, finalizó Maere.

 

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