Saccharomyces cerevisiae
Che cos'è il Saccharomyces cerevisiae?
Saccharomyces cerevisiae è un organismo eucariota unicellulare facente parte della categoria dei lieviti, un rappresentante particolarmente importante del regno dei Funghi.
La sua distribuzione è pressoché ubiquitaria, essendo possibile isolarlo sui tessuti esterni dei vegetali, sulla pelle e nelle mucose di molti animali, nell'acqua nel terreno e negli alimenti.
Nella tradizione agro-industriale dell'uomo rappresenta da sempre un organismo di estrema importanza per il ruolo che è in grado di svolgere nella realizzazione di alcuni tra i più diffusi alimenti. È infatti il responsabile della fermentazione alcoolica e della lievitazione, fondamentali per ottenere prodotti ricercati come vino, birra e pane.
Dal punto di vista della ricerca scientifica, Saccharomyces cerevisiae è un organismo modello prezioso poiché è semplice da coltivare come un batterio ma, essendo eucariotico, consente di effettuare la ricerca sul complesso mondo di questo tipo di cellule così particolari.
Figura 1: Coltura di Saccharomyces cerevisiae.
I lieviti
Quello dei lieviti è un raggruppamento del Regno dei Funghi che, data l'elevata eterogeneità dei suoi membri, non è considerato come una categoria tassonomicamente valida, cioè non rappresenta un taxon in senso moderno, ma unisce sotto di sé tutte le specie di funghi unicellulari che si riproducono per gemmazione.
Molte di queste, come Saccharomyces cerevisiae, sono in grado di effettuare la fermentazione e di riprodursi sessualmente, ma non tutti i lieviti hanno queste capacità. Tra quelli non fermentanti ricordiamo il genere Candida, noto perché fastidioso agente patogeno delle mucose dell'Uomo.
Modalità di riproduzione di Saccharomyces cerevisiae
Le cellule di questo lievito, in condizioni vegetative, sono diploidi con un contenuto nucleare di 16 coppie di cromosomi.
La riproduzione avviene generalmente per gemmazione, una modalità di riproduzione asessuale attraverso la quale le cellule producono dei cloni di loro stesse. In particolari condizioni, però, possono effettuare la riproduzione sessuale. Il ciclo riproduttivo sessuale prevede la formazione di spore aploidi contenute in cellule modificate che prendono il nome di aschi, e così le stesse spore assumono la denominazione di ascospore.
Ogni asco può contenere da una a quattro spore e quando queste vengono rilasciate nell'ambiente possono unirsi a spore di altri individui con un processo noto come ibridazione, ricreando una cellula diploide dal corredo genetico diverso da quello delle progenitrici.
Figura 2: modalità di riproduzione di Saccharomyces cerevisiae: la produzione di ascospore dà luogo alla riproduzione sessuale, mentre la formazione di gemme consente la replicazione asessuale.
Coltivazione in laboratorio del Saccharomyces cerevisiae
Le cellule di Saccharomyces cerevisiae hanno una morfologia differente in base al diverso assortimento cromosomico: le cellule di lieviti diploidi hanno un aspetto ellittico di forma vagamente globosa e raggiungono le dimensioni di 10 micron, mentre le spore non superano i 4 micron e sono tendenzialmente sferiche.
Non si riscontra la presenza di ife e solo sporadicamente è possibile individuare pseudo-ife rudimentali. L'esposizione alla colorazione di Gram fa segnare una risposta di tipo negativo nelle ascospore e di tipo positivo nelle cellule diploidi.
Le colonie appaiono lisce, piatte, di consistenza umida e dal colore variabile tra il verde-giallo-marroncino. Crescono bene in terreni molto ricchi di sostanza nutritive, quali molecole organiche come zuccheri e proteine, e fonti di azoto e fosforo, sebbene non siano in grado di metabolizzare i nitrati.
La temperatura di coltura ottimale è intorno ai 30 °C e presenta caratteristiche di organismo anaerobio facoltativo. La capacità di fermentare glucosio e fruttosio con produzione di etanolo ed azione lievitante ne definiscono senz'altro la sua importanza.
Sebbene sia generalmente presente in maniera spontanea sulla buccia dell'uva, preparazioni vinicole di pregio preferiscono affidarsi a ceppi selezionati per la loro qualità nello svolgere il processo di cui sono responsabili. Per tale ragione si procede alla selezione in laboratorio dei ceppi migliori mediante svariate tecniche di indagine genetica.
Figura 3: Saccharomyces cerevisiae, forme vegetative. Si noti la forma ellittica delle cellule.
Metodi di identificazione dei ceppi di Saccharomyces cerevisiae
L'identificazione dei ceppi migliori di Saccharomyces cerevisiae per la fermentazione delle uve in ambito vinicolo viene effettuata attraverso metodologie che sfruttano i polimorfismi genici, cioè la variabilità di determinati geni presenti su specifici loci oppure di particolari sequenze di DNA nucleare o mitocondriale, la cui diversificazione è nota e può essere utilizzata come una sorta di impronta genetica di riconoscimento dei differenti ceppi. Le tecniche in uso per questo scopo sono:
- RFPL del DNA ribosomale
- RFPL del DNA mitocondriale
- Amplificazione delle sequenze Delta
- Analisi dei microsatelliti
La sigla RFPL sta ad indicare una tecnica che prevede l'analisi del polimorfismo della lunghezza dei frammenti di restrizione. In pratica il DNA ribosomale o mitocondriale del ceppo di Saccharomyces che si sta studiando viene "sezionato" in specifici punti per effetto di enzimi di restrizione che tagliano le molecole in corrispondenza di sequenze ben precise.
Dopo aver amplificato il prodotto mediante PCR, i frammenti ottenuti vengono marcati con marcatori radioattivi o fluorocromatici e fatti correre su gel d'agarosio per elettroforesi. L'analisi delle bande derivate dall'attività radioattiva o dalla fluorescenza permette di individuare la lunghezza dei frammenti prodotti, che è specifica per ogni ceppo del lievito.
Le sequenze Delta sono altre sequenze che mostrano un certo polimorfismo e possono pertanto essere utilizzate come strumenti di identificazione. I microsatelliti, infine, sono sequenze di poche coppie di basi ripetute molte volte e che presentano un grado di polimorfismo molto alto in corrispondenza di specifici loci, che sono quindi il target dell'analisi della diversità dei ceppi di Saccharomyces cerevisiae.
Patogenicità di Saccharomyces cerevisiae
Questo lievito in genere non è considerato patogeno e vive abitualmente in corrispondenza di epidermide, mucose e tratto gastrointestinale di moltissimi animali compreso l'Uomo. In condizioni di immunodeficienza può però portare a infezioni che si manifestano con una sintomatologia noto come simil-febbre.
In una piccola percentuale dei casi (circa l'1%) si è osservato essere il responsabile di infezioni fungine a carico della mucosa vaginale in tutto e per tutto analoghe a quelle operate dalla Candida.
Saccharomyces cerevisiae: biotecnologie e farmacologia
In ambito biotecnologico, Saccharomyces cerevisiae è senza dubbio il lievito più importante e l'organismo modello maggiormente utilizzato. Tra l'altro, questo organismo unicellulare vanta il record di essere stato il primo organismo eucariota di cui si è riusciti a sequenziare l'intero genoma, contribuendo a elargire utilissime informazioni sul funzionamento di organismi più complessi, Uomo compreso.
Infatti, sorprendentemente, una grande quantità di enzimi e di sequenze genetiche, evidentemente molto importanti per la vita degli organismi eucariotici, sono conservate e ritrovate pressoché identiche anche negli organismi superiori, tra cui i mammiferi.
Dal punto di vista farmacologico le applicazioni di preparati a base di Saccharomyces cerevisiae sono molti e ciò non deve rappresentare una sorpresa. Il regno dei Funghi, infatti, è noto per essere una fucina particolarmente ricca per la scoperta di molecole ad azione biologica di interesse farmacologico.
I prodotti più utilizzati sono quelli anti-emorroidali, costituiti da preparati per uso topico (tipicamente creme) che agiscono stimolando localmente l'azione dei fibroblasti e la produzione di collagene.
Altre preparazioni si sono dimostrate efficaci, nei test clinici, per il trattamento di disturbi come l'acne e le dermatiti in genere; il β-glucano estratto da questo lievito inoltre ha dimostrato efficacia nell'alleviare i sintomi di riniti allergiche; l'utilizzo di estratti di Saccharomyces cerevisiae sono utili anche per ristabilire la corretta flora batterica, potendo quindi essere utilizzati come probiotici in caso di dismicrobismo intestinale.
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