Neurospora: rod húb a modelový organizmus v genetike a molekulárnej biológii
Neurospora (N. crassa) – kľúčový modelový organizmus v genetike a molekulárnej biológii: genóm, mutácie, Nobelova cena a výskum cirkadiánnych rytmov.
Neurospora je rod huby Ascomycete, zahŕňajúci viacero druhov vláknitých húb. Najznámejším druhom je Neurospora crassa, bežný modelový organizmus v genetike a molekulárnej biológii. Húby tohto rodu sú vláknité (tvoria hyfy a mycélium), rozmnožujú sa asexuálne konídiami aj pohlavne tvorbou askov v peritechiách, a sú ľahko pestovateľné v laboratórnych podmienkach.
Biológia a životný cyklus
N. crassa má prevažne haploidný životný cyklus, čo výrazne uľahčuje genetickú analýzu — recesívne mutácie sa prejavia v potomkoch bez potreby homozygotie. Asexuálne rozmnožovanie prebieha tvorbou konídií, ktoré sa rýchlo šíria vo vzduchu. Pohlavný cyklus zahŕňa tvorbu peritechií, v ktorých vznikajú asci s usporiadanými produktmi meiózy (askospóry). Toto „usporiadané“ usporiadanie produktov meiózy je pre Neurospora obzvlášť cenné pri mapovaní génov a štúdiu rekombinácie.
Genetická historia a význam v biológii
Prvý publikovaný záznam o tejto hube pochádza z roku 1843, keď boli napadnuté francúzske pekárne. Neurospora sa stala kľúčovým nástrojom experimentálnej genetiky v 40. a 50. rokoch 20. storočia. Edward Tatum a George Wells Beadle použili N. crassa vo svojich klasikých experimentoch: vystavili ju röntgenovému žiareniu, ktoré spôsobilo mutácie, a potom sledovali poruchy v metabolických dráhach spôsobené chybnými enzýmami. Ich práca viedla k hypotéze „jeden gén — jeden enzým“ a za tento prínos získali v roku 1958 Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu. Hypotézu ďalej rozpracoval Norman Horowitz, ktorý tiež pracoval na Neurospora a analyzoval enzýmové dráhy.
Genóm a molekulárne nástroje
Vo vydaní časopisu Nature z 24. apríla 2003 bolo oznámené, že genóm N. crassa bol kompletne sekvenovaný. Genóm má približne 43 megabáz (Mb) a obsahuje približne 10 000 génov rozdelených do siedmich chromozómov. Na základe tejto sekvencie vznikli rozsiahle genetické a molekulárne nástroje: sady knockoutovaných mutantov pre väčšinu génov, kompletované knižnice mutantov, značené proteíny, expresné systémy a databázy genómových dát. Projekt na vytvorenie kmeňov obsahujúcich knock‑outované mutanty každého génu N. crassa prebieha alebo bol realizovaný v spolupráci medzinárodnej výskumnej komunity.
Výskumné aplikácie a kľúčové objavy
N. crassa sa aktívne využíva vo výskume po celom svete. Pomohla objasniť základy metabolizmu, regulácie génovej expresie a mechanizmy opráv DNA. Dôležitá bola pri štúdiu molekulárnych základov cirkadiánnych rytmov — objavy zahŕňajú gény ako frq a regulačné proteíny White Collar (WC‑1, WC‑2), ktoré sú modelom pre štúdium biologických hodín u eukaryotov. Ďalej prispela k porozumeniu epigenetike a mechanizmom umlčovania génov (napr. fenomeny „quelling“ a meiotic silencing), bunkovej polarite, bunkovej fúzii, rozvoju pohlavných štruktúr, septácie a mnohým aspektom bunkovej biológie a biochémie. Vďaka jednoduchým kultivačným podmienkam, rýchlemu rastu a robustným genetickým nástrojom je Neurospora ideálnym modelom pre genetické a molekulárne štúdie.
Prostredie, ekológia a bezpečnosť
V prírode sa N. crassa vyskytuje najmä v tropických a subtropických oblastiach, často rastie na odumretej rastlinnej hmote, obzvlášť po požiaroch — je to takzvaný pyrofytický (požiarny) saprotrof. Ako rozkladač prispieva k recyklácii organickej hmoty. V laboratóriu sa zvyčajne pracuje s kultúrami pri nízkej biosafetovej úrovni (BSL‑1); experimentálne postupy a ukladanie kultúr nasledovať príslušné bezpečnostné a etické smernice.
Zdroje a materiály
Kmene a ďalšie materiály na prácu s Neurosporou sú k dispozícii v Stredisku pre genetiku húb (Fungal Genetics Stock Center). Okrem toho sú dostupné verejné databázy genómovej sekvencie, protokolov a komunitné zdroje, ktoré uľahčujú opakovateľnosť experimentov a zdieľanie mutantov medzi laboratóriami.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to neurospora?
Odpoveď: Neurospora je rod askomycétnych húb, pričom najznámejším druhom je Neurospora crassa.
Otázka: Kedy bola publikovaná prvá správa o tejto hube?
Odpoveď: Prvý publikovaný záznam o tejto hube pochádza z roku 1843, keď bola napadnutá francúzska pekáreň.
Otázka: Prečo sa N. crassa používa ako modelový organizmus?
Odpoveď: N. crassa sa používa ako modelový organizmus, pretože sa ľahko pestuje a má haploidný životný cyklus, ktorý umožňuje jednoduchú genetickú analýzu, pretože recesívne znaky sa prejavia v potomstve, a analýzu genetickej rekombinácie uľahčuje usporiadané usporiadanie produktov meiózy v askospórach Neurospora.
Otázka: Čo získali Edward Tatum a George Wells Beadle za svoje experimenty na N. crassa?
Odpoveď: Edward Tatum a George Wells Beadle získali Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu v roku 1958 za svoje experimenty s N. crassa.
Otázka: Aký dlhý je jej genóm?
Odpoveď: Genóm N. crassa má približne 43 megabáz a obsahuje približne 10 000 génov.
Otázka: Aký projekt vedci realizujú v súvislosti s N. crassa?
Odpoveď: Vedci realizujú projekt, ktorého cieľom je vytvoriť kmene obsahujúce knockoutované mutanty všetkých génov N. crassa.
Otázka: V akom prostredí sa Neurospora prirodzene vyskytuje?
Odpoveď: V prirodzenom prostredí sa Neurospora vyskytuje na odumretých rastlinách po požiaroch, najmä v tropických a subtropických oblastiach.
Prehľadať