مخمر و قارچ های رشته ای در بیوتکنولوژی

قارچها میکروارگانیسم های فوق العاده مفیدی در دنیای بیوتکنولوژی هستند. مشاهدهی یک نان کپک زده، سهولت کشت این قارچ را نشان میدهد. قارچها به طور سنتی در برنامه های غذایی استفاده میشوند. از مخمرها در پخت و تخمیر و از قارچهای دیگر در تهیه پنیر، پرورش قارچ و تهیه غذاهایی مانند سس سویا استفاده میشود. در تولید پنیر نیز از انواع قارچها استفاده میشود. به عنوان مثال، قارچی به نام پنیسیلیوم روکوفورتی باعث ایجاد رگه های آبی در پنیرهایی مانند روکوفورت میشود و پنیسیلیوم کاندیدوم و پنی سیلیوم کاسیکولوم و پنیسیلیوم کاممبرتی باعث ایجاد سطوح سخت پنیرهای کاممبرت و بری میشود. سس سویا از دانه های سویا تهیه میشود که با آسپرژیلوس اوریزایی 4 تخمیر میشوند.
قارچها مسئول تولید بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی و دارویی نیز هستند. یکی از معروف ترین قارچ ها پنی سیلین است که توسط پنی سیلیوم نوتاتوم در مخازن بزرگی به نام بیوراکتور تولید میشود. اسید سیتریک یک ماده افزودنی شیمیایی به مواد غذایی است که به طور طبیعی در لیمو وجود دارد و طعم ترش لیمو به خاطر وجود این ماده است. به جای استخراج اسید سیتریک از لیمو، از سال 1923 با کشت آسپرژیلوس نیجر توانستند اسید سیتریک را تولید کنند.
همانند باکتریها، مخمر در بیوتکنولوژی هدف دوگانهای دارد. مخمرها بسیاری از مزایای مشابه باکتریها را همراه با مزیت یوکاریوت بودن دارند. از اینرو؛ مخمرها نیز برای تولید محصولات بیوتکنولوژی مهم هستند. رایج ترین سویه تحقیقاتی، مخمر آبجو یا نان، ساکارومایسز سرویزیه است. این همان موجود کوچکی است که الکل موجود در آبجو را ایجاد میکند و با آزاد کردن حبابهای دی اکسید کربن که در خمیر به دام می افتد، نان را نرم میکند.
مخمر یک یوکاریوت تک سلولی است که اجزای سلولی آن به صورت تقسیم شده وجود دارد )شکل 22 (. مانند همه یوکاریوتها، ژنوم مخمرها در یک پوشش هسته ای محصور شده اند. هسته و سیتوپلاسم از هم جدا شدهاند، اما آنها از طریق کانالهای دریچه دار به نام منافذ هستهای با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. ساکارومایسز سرویزیه دارای 16 کروموزوم خطی است که دارای تلومر (انتهای هر کروموزوم خطی تلومر نام دارد که از یک توالی غیر کدکننده تشکیل شده است .) و سانترومر (قسمتی روی کروموزوم مضاعف شده که دو کروماتید خواهری را به یکدیگر وصل میکند) می باشد. تلومر و سانترومر در باکتریها وجود ندارد. ژنوم مخمر اولین ژنوم یوکاریوتی بود که به طور کامل توالی یابی شد. این ژنوم دارای 12 میلیون جفت باز DNA با حدود 6000 ژن مختلف است. برخلاف یوکاریوتهای پیشرفته تر، ژنهای مخمر توالی مداخلهگر یا اینترون بسیار کمی دارند. مخمر دارای اندامک هایی از جمله شبکه آندوپلاسمی، دستگاه گلژی و میتوکندری برای انجام عملکردهای حیاتی سلول است.

مخمر نیز همانند باکتریها به صورت تک سلول رشد میکند. یک کشت مخمر دارای سلولهای یکسان است که این امر آنالیز ژنتیکی و بیوشیمیایی آن را آسانتر میکند. محیط کشت میتواند مایع یا جامد باشد و مقدار و ترکیب عناصر غذایی قابل کنترل است. دما و زمان رشد نیز ممکن است کنترل شود. در شرایط ایده آل، مخمر در حدود 90 دقیقه دو برابر میشود، در حالیکه اشرشیاکلی، در حدود 20 دقیقه دو برابر میشود. رشد مخمر اگرچه کندتر از باکتری است اما در مقایسه با سایر یوکاریوتها سریعتر می باشد. سلولهای مخمر مانند باکتریها میتوانند هفتهها در یخچال نگهداری شوند و ممکن است سالها در دمای -70 درجه سانتیگراد منجمد شوند.

دقیقاً مانند باکتریها، برخی از سلولهای مخمر نیز دارای عناصر خارج کروموزومی )پلاسمید( هستند. متداولترین عنصر، یک پلاسمید به نام حلقه 2 میکرونی است. این عنصر به عنوان وکتور شبیه سازی )برای مشاهده ژنهای ناهمگن در مخمر( مورد استفاده قرار گرفته است. این پلاسمید دارای دو توالی تکراری DNA به نام مکانهای FRT میباشد که در دو طرف حلقه پلازمید قرار گرفته است. این پلاسمید همچنین دارای یک ژن برای پروتئین FLP است که FLP ریکامبیناز یا فلیپاز نیز نامیده میشود. این آنزیم مکان های FRT را تشخیص داده و از طریق بازترکیبی DNA ، نیمی از پلاسمید را نسبت به نیمه دیگر میچرخاند )شکل 23 (. آنزیم فلیپاز جایگاههای FRT را روی DNA حامل شناسایی کرده و بدون توجه به اینکه در کدام ارگانیسم قرار دارند، آنها را نوترکیب میکند. در نتیجه، از فلیپاز در مهندسی ژنتیک در موجودات عالی استفاده میشود. در گیاهان نیز از یک سیستم مرتبط به عنوان Cre )ریکامبیناز( همراه با جایگاههای LoxP و به روشی مشابه استفاده میشود.

• مخمر مزایای مختلفی به بیوتکنولوژی ارائه میدهد. آنها موجوداتی تک سلولی هستند که سریع رشد میکنند. علاوه بر این، مخمرها یوکاریوتهایی با کروموزومهایی هستند که مانند ژنوم انسان دارای تلومر و سانترومر هستند.

• سلولهای مخمر دارای عناصر خارج کروموزومی مشابه پلاسمیدها هستند که به محققان اجازه میدهد ژنهای جدید را مطالعه کنند.

هنگامی که مواد مغذی زیادی برای رشد در دسترس باشد، مخمر دیپلوئید با جوانه زدن کلونهای ژنتیکی را ایجاد میکند. مخمر، مانند سایر ارگانیسمهای یوکاریوتی، میتواند ترکیبات ژنتیکی جدیدی را با تولید مثل جنسی ایجاد کند.