Schizosaccharomyces pombe
การจำแนกทางวิทยาศาสตร์
อาณาจักร:	เชื้อรา
แผนก:	แอสโคไมโคตา
ระดับ:	ชิโซแซคคาโรไมซีส
คำสั่ง:	Schizosaccharomycetales
ตระกูล:	ชิโซแซคคาโรไมซีตา
ประเภท:	ชิโซแซคคาโรไมซีส
สายพันธุ์:	เอส. ปอมเบ
ชื่อทวินาม
Schizosaccharomyces pombe ลินด์เนอร์ (1893)
คำพ้องความหมาย[ 1 ]
Saccharomyces mellacei A.Jörg. Saccharomyces pombe (Lindner) A.Jörg. Schizosaccharomyces acidodevoratus Tschalenko Schizosaccharomyces liquefaciens Osterw. Schizosaccharomyces mellacei (A.Jörg.) Lindner Schizosaccharomyces pombe var. acidodevoratus Schizosaccharomyces pombe var. ไอโอโตเอนซิสซากัก. & ย.โอตานิ Schizosaccharomyces pombe var. ogasawaraensis Sakag. & ย.โอตานิ

Schizosaccharomyces pombeหรือที่เรียกว่า "ยีสต์แบ่งตัว " เป็นยีสต์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิตเบียร์แบบดั้งเดิมและเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบใน ชีววิทยา ระดับโมเลกุลและเซลล์เป็นยูคาริโอต เซลล์เดียว ที่ มี เซลล์รูปแท่ง โดยทั่วไปเซลล์จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 ถึง 4ไมโครเมตรและยาว 7 ถึง 14 ไมโครเมตรจีโนม ของมัน ซึ่งมีเบสคู่ประมาณ 14.1 ล้านคู่ คาดว่าจะมี 4,970ยีน ที่เข้ารหัสโปรตีนและ RNAที่ไม่เข้ารหัสอย่างน้อย 450 ชนิด ^{[ 2 ]}

เซลล์เหล่านี้รักษารูปทรงโดยการเจริญเติบโตเฉพาะทางปลายเซลล์ และแบ่งตัวโดยการแยกตัว ตรงกลาง เพื่อสร้างเซลล์ลูกสองเซลล์ที่มีขนาดเท่ากัน ซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการวิจัย วงจรเซลล์

ยีสต์ฟิชชันถูกแยกได้ในปี พ.ศ. 2436 โดยพอล ลินด์เนอร์จากเบียร์ข้าวฟ่าง ของแอฟริกาตะวันออก ชื่อสายพันธุ์pombeเป็น คำใน ภาษาสวาฮิลีที่แปลว่าเบียร์ ยีสต์ชนิดนี้ได้รับการพัฒนาเป็นแบบจำลองการทดลองครั้งแรกในช่วงปี พ.ศ. 2493 โดยเออร์ส ลอยโพลด์เพื่อศึกษาพันธุศาสตร์^{[ 3 ] [ 4 ]}และโดยเมอร์ด็อก มิตชิสันเพื่อศึกษาวัฏจักรของเซลล์^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

พอล เนิร์สนักวิจัยยีสต์ฟิชชัน ประสบความสำเร็จในการผสานรวมศาสตร์สองแขนงที่แยกจากกัน คือ พันธุศาสตร์ของยีสต์ฟิชชันและการวิจัยวงจรเซลล์ ร่วมกับลี ฮาร์ทเวลล์และทิม ฮันต์ เนิร์สได้รับ รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2001 จากผลงานวิจัยเกี่ยวกับการควบคุมวงจรเซลล์

ลำดับจีโนม ของ S. pombe ได้รับการตีพิมพ์ในปี 2002 โดยกลุ่มวิจัยที่นำโดยสถาบัน Sangerทำให้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตต้นแบบลำดับที่หกที่มีจีโนมได้รับการจัดลำดับ อย่างสมบูรณ์ นักวิจัย S. pombe ได้รับการสนับสนุนจากPomBase MOD ( ฐานข้อมูลสิ่งมีชีวิตต้นแบบ ) ซึ่งได้ปลดล็อกศักยภาพของสิ่งมีชีวิตนี้อย่างเต็มที่ โดยมีการระบุยีนออร์โธล็อกจำนวนมากที่เทียบเท่ากับยีนของมนุษย์ — 70% จนถึงปัจจุบัน^{[ 8 ] [ 9 ]}รวมถึงยีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับโรคในมนุษย์^{[ 10 ]}ในปี 2006 การระบุตำแหน่งย่อยของเซลล์ของโปรตีนเกือบทั้งหมดในS. pombeได้รับการตีพิมพ์โดยใช้โปรตีนเรืองแสงสีเขียวเป็นแท็กโมเลกุล^{[ 11 ]}

Schizosaccharomyces pombeได้กลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่สำคัญในการศึกษาการตอบสนองของเซลล์ต่อความเสียหายของ DNAและ กระบวนการจำลองแบบ DNA ด้วยเช่นกัน

มีการแยก สายพันธุ์ธรรมชาติของS. pombe ประมาณ 160 สายพันธุ์ โดยเก็บรวบรวมจากสถานที่ต่างๆ รวมถึงยุโรป อเมริกาเหนือและใต้ และเอเชีย สายพันธุ์ส่วนใหญ่ถูกเก็บรวบรวมจากผลไม้ที่ปลูก เช่นแอปเปิลและองุ่นหรือจากเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ต่างๆ เช่นคาชาซ่า ของ บราซิล นอกจากนี้ยังพบว่า S. pombeมีอยู่ในชาหมักคอมบูชาด้วย^{[ 12 ]}ปัจจุบันยังไม่ชัดเจนว่าS. pombeเป็นตัวหมักหลักหรือเป็นสิ่งปนเปื้อนในเครื่องดื่มดังกล่าว ระบบนิเวศตามธรรมชาติของ ยีสต์ Schizosaccharomycesยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด

เชื้อ Schizosaccharomyces pombeถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1893 เมื่อกลุ่มนักวิจัยในห้องปฏิบัติการของสมาคมโรงเบียร์แห่งหนึ่งในเยอรมนี ตรวจสอบตะกอนที่พบในเบียร์ข้าวฟ่างที่นำเข้าจากแอฟริกาตะวันออก ซึ่งทำให้เบียร์มีรสเปรี้ยว คำว่า schizo ซึ่งหมายถึง "แยก" หรือ "การแบ่งตัว" เคยถูกใช้เพื่ออธิบายเชื้อ Schizosaccharomycetes ชนิดอื่นมาก่อน การเพิ่มคำว่า pombe เข้ามานั้นเนื่องมาจากการแยกเชื้อนี้ได้จากเบียร์แอฟริกาตะวันออก เพราะ pombe แปลว่า "เบียร์" ในภาษา Swahili สายพันธุ์มาตรฐานของS. pombeถูกแยกได้โดย Urs Leupold ในปี 1946 และ 1947 จากเชื้อที่เขาได้รับจากแหล่งรวบรวมยีสต์ในเมือง Delftประเทศเนเธอร์แลนด์ ต่อมา A. Osterwalder ได้นำไปเก็บรักษาไว้ที่นั่นในชื่อS. pombe var. liquefaciensหลังจากที่เขาแยกเชื้อนี้ได้ในปี 1924 จากไวน์ฝรั่งเศส (ซึ่งน่าจะเหม็นหืน) ที่สถานีทดลองของรัฐบาลกลางด้านไวน์และพืชสวนในเมืองWädenswil ประเทศสวิตเซอร์ แลนด์ วัฒนธรรมที่ Urs Leupold ใช้ประกอบด้วย (นอกเหนือจากเซลล์อื่นๆ) เซลล์ที่มีประเภทการผสมพันธุ์ h90 (สายพันธุ์ 968), h- (สายพันธุ์ 972) และ h+ (สายพันธุ์ 975) ต่อมา มีความพยายามครั้งใหญ่สองครั้งในการแยกS. pombeจากผลไม้ น้ำหวาน หรือการหมัก: ครั้งหนึ่งโดย Florenzano et al. ^{[ 13 ]}ในไร่องุ่นทางตะวันตกของซิซิลี และอีกครั้งโดย Gomes et al. (2002) ในสี่ภูมิภาคทางตะวันออกเฉียงใต้ของบราซิล^{[ 14 ]}

ยีสต์แบ่งตัวS. pombeจัดอยู่ในกลุ่มAscomycotaซึ่งเป็นกลุ่มเชื้อราที่ใหญ่ที่สุดและมีความหลากหลายมากที่สุด แอสโคไมซีตที่ดำรงชีวิตอิสระมักพบได้ในยางไม้ บนรากพืช และในดินโดยรอบ บนผลไม้สุกและเน่าเปื่อย และร่วมกับแมลงพาหะที่ขนส่งพวกมันระหว่างแหล่งที่อยู่อาศัย ความสัมพันธ์เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นแบบพึ่งพาอาศัยกันหรือแบบย่อยสลายซากพืช ถึงแม้ว่าแอสโคไมซีตจำนวนมาก (และญาติของพวกมันคือเบซิดิโอไมซีต) จะเป็นเชื้อก่อโรคพืชที่สำคัญซึ่งโจมตีพืชหลายชนิด รวมถึงพืชเศรษฐกิจ ในบรรดาสกุลยีสต์แอสโคไมซีต ยีสต์แบ่งตัวSchizosaccharomycesมีความพิเศษเนื่องจากการสะสมของ α-(1,3)-กลูแคนหรือซูโดนิเจอแรนในผนังเซลล์นอกเหนือจาก β-กลูแคนที่เป็นที่รู้จักกันดีกว่า และแทบไม่มีไคตินเลย สปีชีส์ในสกุลนี้ยังแตกต่างกันในองค์ประกอบของแมนแนน ซึ่งแสดงให้เห็นน้ำตาล d-galactose ที่ปลายโซ่ด้านข้างของแมนแนนS. pombeทำการหมักแบบใช้ออกซิเจนเมื่อมีน้ำตาลมากเกินไป^{[ 15 ]} S. pombe สามารถย่อยสลายกรด L-malic ซึ่งเป็นหนึ่งในกรดอินทรีย์หลักในไวน์ ทำให้พวกมันมีความหลากหลายจาก สายพันธุ์ Saccharomycesอื่นๆ

ยีสต์สายพันธุ์Schizosaccharomyces pombeและSaccharomyces cerevisiaeต่างก็ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง ทั้งสองสายพันธุ์นี้แยกสายวิวัฒนาการกันเมื่อประมาณ 300 ถึง 600 ล้านปีก่อน^{[ 16 ]}และเป็นเครื่องมือสำคัญในชีววิทยาระดับโมเลกุลและเซลล์ ปัจจัยทางเทคนิคบางประการที่ใช้ในการจำแนกความแตกต่างระหว่างสองสายพันธุ์นี้ ได้แก่:

• S. cerevisiaeมีกรอบการอ่านแบบเปิด ประมาณ 5,600 กรอบ ในขณะที่S. pombeมีกรอบการอ่านแบบเปิดประมาณ 5,070 กรอบ
• แม้จะมีจำนวนยีนใกล้เคียงกัน แต่S. cerevisiae มี อินทรอนเพียงประมาณ 250 ตัว ในขณะที่S. pombeมีเกือบ 5,000 ตัว
• S. cerevisiaeมี 16 โครโมโซมส่วนS. pombeมี 3 โครโมโซม
• S. cerevisiaeมักเป็นดิพลอยด์ในขณะที่S. pombeมักเป็นแฮพลอยด์
• S. pombeมี คอมเพล็กซ์ เทโลเมียร์คล้ายเชลเทอรินในขณะที่S. cerevisiaeไม่มี^{[ 17 ]}
• เชื้อ S. cerevisiaeอยู่ในระยะ G1 ของวงจรเซลล์เป็นเวลานาน (ดังนั้นการเปลี่ยนผ่านจากระยะ G1 ไปสู่ระยะ S จึงถูกควบคุมอย่างเข้มงวด) ในขณะที่เชื้อ S. pombeอยู่ในระยะ G2 ของวงจรเซลล์เป็นเวลานาน (ดังนั้น การเปลี่ยนผ่านจากระยะ G2 ไปสู่ระยะ M จึงถูกควบคุมอย่างเข้มงวด)
• ทั้งสองสปีชีส์มีจีนร่วมกับยูคาริโอตชั้นสูง แต่ไม่มีจีนร่วมกันS. pombeมี จีน กลไก RNAi เช่นเดียวกับในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในขณะที่ S. cerevisiaeไม่มีนอกจากนี้S. cerevisiae ยังมี เฮเทอโรโครมาตินที่เรียบง่ายกว่าS. pombeมาก^{[ 18 ]}ในทางกลับกันS. cerevisiae มี เพอร์ออกซิโซมที่พัฒนาแล้วในขณะที่S. pombeไม่มี
• S. cerevisiaeมีเซนโทรเมียร์ แบบจุดขนาดเล็ก 125 คู่เบส และจุดเริ่มต้นการจำลองแบบที่กำหนดโดยลำดับเบสซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกัน ในทางตรงกันข้ามS. pombeมีเซนโทรเมียร์ขนาดใหญ่และซ้ำซ้อน (40–100 กิโลเบส) ซึ่งคล้ายกับเซนโทรเมียร์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมากกว่า และมีจุดเริ่มต้นการจำลองแบบที่เสื่อมสภาพขนาดอย่างน้อย 1 กิโลเบส

ผลิตภัณฑ์ยีน ของ S. pombe (โปรตีนและ RNA) มีส่วนร่วมในกระบวนการเซลล์หลายอย่างที่พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดGO slim ของยีสต์ฟิชชันให้ภาพรวมระดับสูงเชิงหมวดหมู่ของบทบาททางชีววิทยาของผลิตภัณฑ์ยีน ทั้งหมดของ S. pombe ^{[ 8 ]}

ยีสต์ฟิชชันเป็นเชื้อราเซลล์เดียวที่มีจีโนมที่เรียบง่ายและได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน และมีอัตราการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเบียร์ การอบขนม และพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลมาเป็นเวลานานS. pombeเป็นเซลล์รูปแท่ง มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 ไมโครเมตร เจริญเติบโตโดยการยืดตัวที่ปลายทั้งสองข้างเท่านั้น หลังจากไมโทซิสการแบ่งเซลล์จะเกิดขึ้นโดยการสร้างผนังกั้นหรือแผ่นเซลล์ที่แบ่งเซลล์ตรงกลาง

กระบวนการสืบพันธุ์ของเซลล์ที่สำคัญ ได้แก่ การจำลองโครโมโซม ซึ่งเกิดขึ้นในระยะ S (สังเคราะห์) ตามด้วยการแยกโครโมโซมและการแบ่งนิวเคลียส (ไมโทซิส) และการแบ่งเซลล์ ( ไซโท ไคเนซิส ) ซึ่งรวมเรียกว่าระยะ M (ไมโทซิส) ระยะ G1 คือช่วงว่างระหว่างระยะ M และ S และระยะ G2 คือช่วงว่างระหว่างระยะ S และ M ในยีสต์ฟิชชัน ระยะ G2 จะยาวนานเป็นพิเศษ และไซโทไคเนซิส (การแยกเซลล์ลูก) จะไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะเริ่มระยะ S (สังเคราะห์) ใหม่

ยีสต์ฟิชชันควบคุมไมโทซิสด้วยกลไกที่คล้ายคลึงกับในสัตว์หลายเซลล์ โดยปกติแล้วมันจะขยายพันธุ์ในสถานะแฮพลอยด์ เมื่อขาดอาหาร เซลล์ที่มีชนิดการผสมพันธุ์ตรงข้ามกัน (P และ M) จะรวมกันเพื่อสร้างไซโกตแบบดิพลอยด์ ซึ่งจะเข้าสู่ไมโอซิสทันทีเพื่อสร้างสปอร์แฮพลอยด์สี่สปอร์ เมื่อสภาพแวดล้อมดีขึ้น สปอร์เหล่านี้จะงอกออกมาเพื่อสร้างเซลล์แฮพลอยด์ที่ขยายพันธุ์^{[ 19 ]}

• 
  ลักษณะทั่วไปของวัฏจักรเซลล์
• 
  วัฏจักรเซลล์เฉพาะของยีสต์ที่แบ่งตัวแบบฟิชชัน
• 
  ขั้นตอนการแบ่งเซลล์ของSchizosaccharomycesในกล้องจุลทรรศน์แบบส่องสว่างและแบบมืด

ลักษณะทั่วไปของการแบ่งไซโทพลาซึมแสดงไว้ในภาพนี้ ตำแหน่งของการแบ่งเซลล์จะถูกกำหนดก่อนระยะแอนาเฟส จากนั้นแกนแอนาเฟส (สีเขียวในภาพ) จะถูกจัดวางเพื่อให้โครโมโซมที่แยกออกจากกันอยู่คนละด้านของระนาบการแบ่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

ในยีสต์ฟิชชัน ซึ่งการเจริญเติบโตควบคุมการดำเนินไปของ G2/M การกลายพันธุ์ wee1ทำให้เข้าสู่ไมโทซิสที่ขนาดเล็กผิดปกติ ส่งผลให้ G2 สั้นลง G1 ยาวขึ้น แสดงให้เห็นว่าการดำเนินไปของ Start (จุดเริ่มต้นของวงจรเซลล์) ตอบสนองต่อการเจริญเติบโตเมื่อการควบคุม G2/M หายไป นอกจากนี้ เซลล์ในสภาวะที่มีสารอาหารน้อยจะเติบโตช้าลง ดังนั้นจึงใช้เวลานานขึ้นในการเพิ่มขนาดเป็นสองเท่าและแบ่งตัว ระดับสารอาหารต่ำยังรีเซ็ตเกณฑ์การเจริญเติบโตเพื่อให้เซลล์ดำเนินไปตามวงจรเซลล์ที่ขนาดเล็กกว่า เมื่อสัมผัสกับสภาวะที่เครียด [ความร้อน (40 °C) หรือสารออกซิไดซ์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์] เซลล์ S. pombeจะแก่ตัว ลง ตามที่วัดได้จากเวลาการแบ่งเซลล์ที่เพิ่มขึ้นและความน่าจะเป็นของการตายของเซลล์ที่เพิ่มขึ้น^{[ 20 ]} สุดท้าย เซลล์ยีสต์ฟิชชันกลายพันธุ์ wee1 มีขนาดเล็กกว่าเซลล์ชนิดปกติ แต่ใช้เวลานานเท่ากันในการผ่านวงจรเซลล์ นี่เป็นไปได้เพราะเซลล์ยีสต์ขนาดเล็กเติบโตช้ากว่า นั่นคือ มวลรวมที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยเวลาจะน้อยกว่าเซลล์ปกติ

เชื่อกันว่าการไล่ระดับเชิงพื้นที่ช่วยประสานขนาดเซลล์และการเข้าสู่ระยะไมโทซิสในยีสต์ฟิชชัน^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} โปรตีน ไคเนส Pom1 (สีเขียว) อยู่ในบริเวณคอร์เทกซ์ของเซลล์ โดยมีความเข้มข้นสูงสุดที่ปลายเซลล์ ตัวควบคุมวงจรเซลล์ Cdr2, Cdr1 และ Wee1 อยู่ในปมคอร์เทกซ์ตรงกลางเซลล์ (จุดสีน้ำเงินและสีแดง) ก. ในเซลล์ขนาดเล็ก การไล่ระดับของPom1ไปถึงปมคอร์เทกซ์ส่วนใหญ่ (จุดสีน้ำเงิน) Pom1ยับยั้ง Cdr2 ป้องกันไม่ให้ Cdr2 และ Cdr1 ยับยั้ง Wee1 และทำให้ Wee1 สามารถฟอสโฟรีเลต Cdk1 ได้ จึงทำให้กิจกรรมของไคเนสที่ขึ้นอยู่กับไซคลิน (CDK) ไม่ทำงานและป้องกันการเข้าสู่ระยะไมโทซิส ข. ในเซลล์ยาว การไล่ระดับของ Pom1ไม่ถึงปมคอร์เทกซ์ (จุดสีแดง) ดังนั้น Cdr2 และ Cdr1 จึงยังคงทำงานอยู่ในปม Cdr2 และ Cdr1 ยับยั้ง Wee1 ป้องกันการฟอสโฟรีเลชันของ Cdk1 และนำไปสู่การกระตุ้น CDK และการเข้าสู่ระยะไมโทซิส (แผนภาพอย่างง่ายนี้ละเว้นตัวควบคุมกิจกรรมของ CDK อื่นๆ อีกหลายตัว)

ยีสต์ฟิชชันเปลี่ยนประเภทการผสมพันธุ์โดยเหตุการณ์การรวมตัวใหม่ที่เชื่อมโยงกับการจำลองแบบ ซึ่งเกิดขึ้นในช่วงระยะ S ของวงจรเซลล์ ยีสต์ฟิชชันใช้ความไม่สมมาตรโดยธรรมชาติของกระบวนการจำลองแบบ DNA เพื่อเปลี่ยนประเภทการผสมพันธุ์ เป็นระบบแรกที่แสดงให้เห็นว่าทิศทางการจำลองแบบมีความจำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงประเภทของเซลล์ การศึกษาระบบการเปลี่ยนประเภทการผสมพันธุ์นำไปสู่การค้นพบและลักษณะเฉพาะของตำแหน่งการยุติการจำลองแบบเฉพาะที่ RTS1 ตำแหน่งการหยุดการจำลองแบบเฉพาะที่ MPS1 และรอยประทับโครโมโซมชนิดใหม่ที่ทำเครื่องหมายโครมาทิดคู่หนึ่งที่ตำแหน่งประเภทการผสมพันธุ์ mat1 นอกจากนี้ การทำงานเกี่ยวกับบริเวณผู้ให้ที่ถูกปิดเสียงยังนำไปสู่ความก้าวหน้าอย่างมากในการทำความเข้าใจการก่อตัวและการบำรุงรักษาเฮเทอโรโครมาติน^{[ 24 ]}

Schizosaccharomyces pombeเป็นจุลินทรีย์ที่สามารถสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศได้เมื่อสารอาหารมีจำกัด^{[ 25 ]} การสัมผัสS. pombeกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นสารที่ก่อให้เกิดความเครียดออกซิเดชันนำไปสู่ความเสียหายของ DNA จากออกซิเดชัน จะกระตุ้น การผสมพันธุ์และการสร้างสปอร์แบบไมโอซิสอย่างรุนแรง^{[ 26 ]} การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าไมโอซิส โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรวมตัวใหม่ของไมโอซิส อาจเป็นการปรับตัวเพื่อซ่อมแซมความเสียหายของ DNA ^{[ 26 ]} การค้นพบที่สนับสนุนมุมมองนี้คือ รอยโรคของเบสเดี่ยวชนิด dU:dG ใน DNA ของS. pombeกระตุ้นการรวมตัวใหม่ของไมโอ ซิส ^{[ 27 ]} การรวมตัวนี้ต้องอาศัยยูราซิล-DNA ไกลโคซิเลสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่กำจัดยูราซิลออกจากโครงสร้างหลักของ DNA และเริ่มต้นการซ่อมแซมการตัดเบส จากผลการค้นพบนี้ จึงมีการเสนอว่าการซ่อมแซมการตัดฐานของฐานยูราซิล ตำแหน่งที่ไม่มีเบส หรือรอยแตกของสายเดี่ยวก็เพียงพอที่จะเริ่มต้นการรวมตัวใหม่ใน S. pombe ได้^{[ 27 ]} การทดลองอื่นๆ กับS. pombeแสดงให้เห็นว่าการประมวลผลที่ผิดพลาดของตัวกลางการจำลองแบบ DNA เช่นชิ้นส่วน Okazakiทำให้เกิดความเสียหายต่อ DNA เช่น รอยแตกหรือช่องว่างของสายเดี่ยว และสิ่งเหล่านี้กระตุ้นการรวมตัวใหม่แบบไมโอซิส^{[ 28 ]}

ยีสต์ฟิชชันได้กลายเป็นระบบแบบจำลองที่โดดเด่นในการศึกษาหลักการพื้นฐานของเซลล์ ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมนุษย์^{[ 29 ] [ 30 ]}ยูคาริโอตเซลล์เดียวนี้ไม่ก่อโรค และสามารถเพาะเลี้ยงและจัดการได้ง่ายในห้องปฏิบัติการ^{[ 31 ] [ 32 ]}ยีสต์ฟิชชันมีจำนวนยีนน้อยที่สุดในลำดับจีโนมที่รู้จักสำหรับยูคาริโอต และมีโครโมโซมเพียงสามคู่ในจีโนม^{[ 33 ]}ยีนจำนวนมากที่รับผิดชอบต่อการแบ่งเซลล์และการจัดระเบียบเซลล์ในเซลล์ยีสต์ฟิชชันก็พบได้ในจีโนมของมนุษย์เช่นกัน^{[ 31 ] [ 32 ] [ 34 ]}การควบคุมวงจรเซลล์และการแบ่งเซลล์มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ใดๆ ยีนที่อนุรักษ์ไว้ของยีสต์ฟิชชันได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง และเป็นเหตุผลสำหรับการพัฒนาทางการแพทย์ชีวภาพในปัจจุบันหลายประการ^{[ 35 ] [ 36 ]}ยีสต์ฟิชชันยังเป็นระบบแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงในการสังเกตการแบ่งเซลล์ เนื่องจากยีสต์ฟิชชันเป็นยูคาริโอตเซลล์เดียวรูปทรงกระบอกที่แบ่งตัวและสืบพันธุ์โดยการแบ่งตัวตรงกลาง^{[ 31 ]}สามารถมองเห็นได้ง่ายโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ ยีสต์ฟิชชันยังมีระยะเวลาการสร้างรุ่นที่สั้นมาก 2 ถึง 4 ชั่วโมง ซึ่งทำให้เป็นระบบแบบจำลองที่ง่ายต่อการสังเกตและเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ^{[ 32 ]}ความเรียบง่ายของโครงสร้างจีโนมของยีสต์ฟิชชันแต่มีความคล้ายคลึงกับจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ความง่ายในการจัดการ และความสามารถในการใช้ในการวิเคราะห์ยา ทำให้ยีสต์ฟิชชันมีส่วนช่วยอย่างมากต่อการวิจัยด้านชีวการแพทย์และชีววิทยาของเซลล์ และเป็นระบบแบบจำลองสำหรับการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม^{[ 32 ] [ 25 ] [ 30 ] [ 37 ] [ 38 ]}

Schizosaccharomyces pombeมักถูกใช้ในการศึกษาการแบ่งเซลล์และการเจริญเติบโตเนื่องจากมีบริเวณจีโนมที่อนุรักษ์ไว้ซึ่งพบได้ในมนุษย์ด้วย ได้แก่ โปรตีนเฮเทอโรโครมาติน จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบขนาดใหญ่ เซนโทรเมียร์ขนาดใหญ่ จุดตรวจสอบเซลล์ที่อนุรักษ์ไว้ การทำงานของเทโลเมียร์ การตัดต่อยีน และกระบวนการเซลล์อื่นๆ อีกมากมาย^{[ 33 ] [ 39 ] [ 40 ]} จีโนม ของS. pombeได้รับการจัดลำดับอย่างสมบูรณ์ในปี 2002 ซึ่งเป็นจีโนมยูคาริโอตลำดับที่หกที่ได้รับการจัดลำดับในโครงการจีโนม มีการค้นพบยีนประมาณ 4,979 ยีนภายในโครโมโซมสามโครโมโซมที่มีดีเอ็นเอประมาณ 14 เมกะเบส ดีเอ็นเอนี้บรรจุอยู่ในโครโมโซม 3 โครโมโซมที่แตกต่างกันในนิวเคลียสโดยมีช่องว่างในบริเวณเซนโทรเมียร์ (40 กิโลเบส) และเทโลเมียร์ (260 กิโลเบส) ^{[ 33 ]} หลังจากการจัดลำดับจีโนมของยีสต์ฟิชชันครั้งแรกแล้ว ได้มีการจัดลำดับบริเวณยีนอื่นๆ ที่ไม่เคยมีการ จัด ลำดับมาก่อน การวิเคราะห์โครงสร้างและหน้าที่ของบริเวณยีนเหล่านี้สามารถพบได้ในฐานข้อมูลยีสต์ฟิชชันขนาดใหญ่ เช่นPomBase

พบว่าร้อยละ 43 ของยีนในโครงการจีโนมมีอินทรอนในยีนจำนวน 4,739 ยีน ยีสต์ฟิชชันมีจำนวนยีนที่ซ้ำกันน้อยกว่ายีสต์ที่แตกหน่อ โดยมีเพียงร้อยละ 5 เท่านั้น ทำให้ยีสต์ฟิชชันเป็นแบบจำลองจีโนมที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสังเกต และช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างแนวทางการวิจัยเชิงฟังก์ชันได้มากขึ้น การที่ S. pombe มีอินทรอนจำนวนมากทำให้มีโอกาสเพิ่มช่วงของประเภทโปรตีนที่ผลิตจากการสไปลซิงทางเลือกและยีนที่เข้ารหัสยีนที่เทียบเคียงได้ในมนุษย์^{[ 33 ]} ร้อยละ 81 ของเซนโทรเมียร์ทั้งสามในยีสต์ฟิชชันได้รับการจัดลำดับแล้ว พบว่าความยาวของเซนโทรเมียร์ทั้งสามคือ 34, 65 และ 110 กิโลเบส ซึ่งยาวกว่าเซนโทรเมียร์ของยีสต์ที่แตกหน่อ 300–100 เท่า นอกจากนี้ยังพบระดับการอนุรักษ์ที่สูงมาก (97%) ในบริเวณ 1,780 คู่เบสในบริเวณ DGS ของเซนโทรเมียร์ การยืดตัวของเซนโทรเมียร์และลำดับอนุรักษ์ทำให้ยีสต์ฟิชชันเป็นระบบแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงในการสังเกตการแบ่งเซลล์และในมนุษย์เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกัน^{[ 33 ] [ 41 ] [ 42 ]}

PomBase ^{[ 43 ]}รายงานว่ายีนที่เข้ารหัสโปรตีนมากกว่า 70% มีออร์โธล็อกของมนุษย์และมากกว่า 1500 ยีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโรคของมนุษย์ทำให้S. pombeเป็นระบบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาเกี่ยวกับยีนของมนุษย์และเส้นทางของโรค โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบวงจรเซลล์และระบบตรวจสอบ DNA ^{[ 42 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

จีโนมของS. pombeประกอบด้วยตัวขับเคลื่อนไมโอซิสและตัวยับยั้งการขับเคลื่อนที่เรียกว่ายีน wtf ^{[ 47 ]}

การศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพและวิวัฒนาการของยีสต์แบ่งตัวได้ดำเนินการกับยีสต์Schizosaccharomyces pombe จำนวน 161 สายพันธุ์ ที่เก็บรวบรวมจาก 20 ประเทศ^{[ 48 ]}การสร้างแบบจำลองอัตราวิวัฒนาการแสดงให้เห็นว่าทุกสายพันธุ์สืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษร่วมกันที่มีชีวิตอยู่มาตั้งแต่ประมาณ 2,300 ปีที่แล้ว การศึกษายังระบุชุดของยีสต์แบ่งตัว 57 สายพันธุ์ที่แต่ละสายพันธุ์แตกต่างกัน ≥1,900 SNP ^{[ 48 ]}และยีสต์แบ่งตัวทั้ง 57 สายพันธุ์ที่ตรวจพบนั้นเป็นโปรโตโทรฟิก (สามารถเจริญเติบโตได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อขั้นต่ำชนิดเดียวกันกับสายพันธุ์อ้างอิง) ^{[ 48 ]}การศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับจีโนมของ S.pombe สนับสนุนแนวคิดที่ว่าความหลากหลายทางพันธุกรรมของสายพันธุ์ยีสต์แบ่งตัวนั้นน้อยกว่ายีสต์ที่แตกหน่อเล็กน้อย^{[ 48 ]}อันที่จริง มีเพียงความแปรผันที่จำกัดของ S.pombe เท่านั้นที่เกิดขึ้นในการแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ ปริมาณความแปรผันของฟีโนไทป์ที่แยกตัวในยีสต์ฟิชชันยังน้อยกว่าที่พบใน S. cerevisiae ^{[ 49 ]}เนื่องจากยีสต์ฟิชชันสายพันธุ์ส่วนใหญ่ถูกแยกได้จากเครื่องดื่มที่ผ่านการหมัก จึงไม่มีบริบททางนิเวศวิทยาหรือประวัติศาสตร์สำหรับการแพร่กระจายนี้

การจำลองดีเอ็นเอในยีสต์ได้รับการศึกษามากขึ้นเรื่อยๆ โดยนักวิจัยหลายคน ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจำลองดีเอ็นเอ การแสดงออกของยีน และกลไกที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในยีสต์จะช่วยให้นักวิจัยได้รับข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบเหล่านี้ในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยทั่วไปและเซลล์มนุษย์โดยเฉพาะ^{[ 40 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}ขั้นตอนอื่นๆ เช่น การเจริญเติบโตของเซลล์และการแก่ชรา ก็ได้รับการสังเกตในยีสต์เช่นกัน เพื่อทำความเข้าใจกลไกเหล่านี้ในระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น^{[ 34 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]}

เซลล์ระยะนิ่งของ S. pombe จะเกิด การแก่ตัว ตามลำดับเวลา เนื่องจากการผลิตสารออกซิเจนที่ออกฤทธิ์ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายต่อ DNAความเสียหายส่วนใหญ่ดังกล่าวสามารถซ่อมแซมได้โดยการซ่อมแซม DNA แบบตัดฐานและการซ่อมแซมแบบตัดนิวคลีโอไทด์ [ ^{56 ] ข้อ} บกพร่องในกระบวนการซ่อมแซมเหล่านี้ส่งผลให้การอยู่รอดลดลง

ไซโทคิเนซิสเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของการแบ่งเซลล์ที่มักพบในยีสต์ฟิชชัน องค์ประกอบของไซโทคิเนซิสที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีนั้นพบได้ในยีสต์ฟิชชัน และทำให้เราสามารถดูสถานการณ์ทางจีโนมต่างๆ และระบุตำแหน่งการกลายพันธุ์ได้^{[ 45 ] [ 57 ] [ 58 ]}ไซโทคิเนซิสเป็นขั้นตอนถาวรและมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเป็นอยู่ที่ดีของเซลล์^{[ 59 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งการก่อตัวของวงแหวนหดตัวได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยนักวิจัยที่ใช้S. pombeเป็นระบบแบบจำลอง วงแหวนหดตัวได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงทั้งในยีสต์ฟิชชันและไซโทคิเนซิสของมนุษย์^{[ 45 ]}การกลายพันธุ์ในไซโทคิเนซิสอาจส่งผลให้เกิดความผิดปกติหลายอย่างของเซลล์ รวมถึงการตายของเซลล์และการพัฒนาของเซลล์มะเร็ง^{[ 45 ]}นี่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนในการแบ่งเซลล์ของมนุษย์ แต่ในS. pombeการทดลองที่ง่ายกว่าสามารถให้ผลลัพธ์ที่สามารถนำไปใช้ในการวิจัยในระบบแบบจำลองลำดับสูงกว่า เช่น มนุษย์ได้

หนึ่งในมาตรการความปลอดภัยที่เซลล์ใช้เพื่อให้แน่ใจว่าการแบ่งเซลล์เกิดขึ้นอย่างแม่นยำคือจุดตรวจสอบวงจรเซลล์^{[ 60 ] [ 61 ]}จุดตรวจสอบเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าสารก่อกลายพันธุ์จะถูกกำจัด^{[ 62 ]}ซึ่งมักทำโดยการส่งสัญญาณที่กระตุ้นการยูบิควิตินของเป้าหมายและชะลอการแบ่งไซโทพ ลาซึม ^{[ 33 ]}หากไม่มีจุดตรวจสอบไมโทซิสเช่นนี้ สารก่อกลายพันธุ์จะถูกสร้างขึ้นและจำลองแบบ ส่งผลให้เกิดปัญหาของเซลล์มากมาย รวมถึงการตายของเซลล์หรือการเกิดเนื้องอกที่พบในเซลล์มะเร็ง พอล เนิร์ส ลีแลนด์ ฮาร์ทเวลล์ และทิม ฮันท์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2001 พวกเขาค้นพบจุดตรวจสอบที่สำคัญที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ซึ่งมีความสำคัญต่อการแบ่งเซลล์อย่างถูกต้อง การค้นพบเหล่านี้เชื่อมโยงกับเซลล์มะเร็งและเซลล์ที่เป็นโรค และเป็นการค้นพบที่น่าสนใจสำหรับชีวการแพทย์^{[ 63 ]}

นักวิจัยที่ใช้ยีสต์ฟิชชันเป็นระบบแบบจำลองยังศึกษาพลวัตและการตอบสนองของออร์แกเนลล์และความสัมพันธ์ที่เป็นไปได้ระหว่างเซลล์ยีสต์และเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 64 ] [ 65 ]}โรคไมโทคอนเดรียและระบบออร์แกเนลล์ต่างๆ เช่น อุปกรณ์กอลจิและเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม สามารถเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นโดยการสังเกตพลวัตของโครโมโซมและระดับการแสดงออกของโปรตีนและการควบคุมของยีสต์ฟิชชัน^{[ 46 ] [ 51 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]}

โปรตีน RecAและโปรตีนที่คล้าย RecA จำเป็นสำหรับการซ่อมแซมการแตกของสาย DNA สองสายแบบรีคอมบิเนชัน^{[ 70 ]} มีการอธิบายโปรตีนที่คล้าย RecA ห้าชนิดในS. pombeซึ่งเชื่อมโยงกับการรีคอมบิเนชันแบบไมโอซิสและโฮโมล็อก RecA ทั้งห้าชนิดดูเหมือนจะจำเป็นสำหรับระดับการรีคอมบิเนชันแบบไมโอซิสปกติ^{[ 70 ]}

อย่างไรก็ตาม การใช้ยีสต์ฟิชชันเป็นระบบแบบจำลองมีข้อจำกัดอยู่บ้าง นั่นคือ การดื้อยาหลายชนิด “การตอบสนอง MDR เกี่ยวข้องกับการแสดงออกมากเกินไปของปั๊มขับยา 2 ชนิด ได้แก่ ตระกูล ATP-binding cassette (ABC) ... และตระกูล major facilitator” ^{[ 35 ]} Paul Nurse และเพื่อนร่วมงานบางคนได้สร้าง สายพันธุ์ S. pombeที่ไวต่อสารยับยั้งทางเคมีและโพรบทั่วไปเมื่อเร็ว ๆ นี้ เพื่อดูว่าสามารถใช้ยีสต์ฟิชชันเป็นระบบแบบจำลองในการวิจัยยาเคมีได้หรือไม่^{[ 35 ]}

ตัวอย่างเช่น Doxorubicin ซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะเคมีบำบัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์มากมาย นักวิจัยกำลังมองหาวิธีทำความเข้าใจกลไกการทำงานของ doxorubicin ให้ดียิ่งขึ้น โดยการสังเกตยีนที่เชื่อมโยงกับความต้านทานโดยใช้ยีสต์ฟิชชันเป็นระบบแบบจำลอง พบความเชื่อมโยงระหว่างผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ของ doxorubicin กับการเผาผลาญโครโมโซมและการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ปัจจุบันมีการใช้แบบจำลองการเผาผลาญเพื่อกำหนดเป้าหมายยาในเทคโนโลยีชีวภาพ และคาดว่าจะมีความก้าวหน้าเพิ่มเติมในอนาคตโดยใช้ระบบแบบจำลองยีสต์ฟิชชัน^{[ 36 ]}

ยีสต์ฟิชชันสามารถเข้าถึงได้ง่าย เพาะเลี้ยงและจัดการเพื่อสร้างมิวแทนต์ได้ง่าย และสามารถคงอยู่ในสถานะแฮพลอยด์หรือดิพลอยด์ได้ โดยปกติ S. pombeจะเป็นเซลล์แฮพลอยด์ แต่เมื่ออยู่ภายใต้สภาวะเครียด ซึ่งมักจะเป็นการขาดไนโตรเจน เซลล์สองเซลล์จะรวมตัวกันเพื่อสร้างดิพลอยด์ ซึ่งต่อมาจะสร้างสปอร์สี่สปอร์ภายในแอซคัสแบบเททราด^{[ 32 ]}กระบวนการนี้สามารถมองเห็นและสังเกตได้ง่ายภายใต้กล้องจุลทรรศน์ใดๆ และช่วยให้เราสามารถศึกษาไมโอซิสในระบบจำลองที่ง่ายกว่าเพื่อดูว่าปรากฏการณ์นี้ทำงานอย่างไร

ดังนั้น การทดลองหรือเทคนิคทางพันธุศาสตร์แทบทุกอย่างจึงสามารถนำไปใช้กับระบบแบบจำลองนี้ได้ เช่น การแยกเททราด การวิเคราะห์สารก่อกลายพันธุ์ การแปลงสภาพ และเทคนิคกล้องจุลทรรศน์ เช่น FRAP และ FRET แบบจำลองใหม่ เช่น Tug-Of-War (gTOW) ก็ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ความแข็งแกร่งของยีสต์และสังเกตการแสดงออกของยีน การสร้างยีนแบบ knock-in และ knock-out ทำได้ค่อนข้างง่าย และด้วยจีโนมของยีสต์แบบ fission ที่ได้รับการจัดลำดับแล้ว งานนี้จึงเข้าถึงได้ง่ายและเป็นที่รู้จักกันดี^{[ 71 ] [ 72 ]}

• ความเสียหายของดีเอ็นเอ (ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ)
• การซ่อมแซมดีเอ็นเอ
• ยีสต์
• ปอมเบส

• PomBase — ฐานข้อมูลจีโนมของชาวปอมเบ
• หน้า MicrobeWiki เกี่ยวกับSchizosaccharomyces pombe