Jäst har en lång historia inom vetenskapen och ansågs länge höra kemin till. Men år 1857 bevisades det att jäst är en levande organism.
Forskningens hjältar

Människa och jäst är rätt så lika

2017-10-11

Jästsvampen och människan delar inte bara en flertusenårig historia av brödbak och ölbryggning, vi delar också en hel del grundläggande cellbiologi. Därför leder forskning på jäst gång på gång till nya upptäckter om oss själva – och till nya Nobelpris.
Detta är den tredje och sista artikeln i Curies serie om forskningens modellorganismer.

Sommaren 2018 ska NASA skicka upp bagerijäst, Saccharomyces cerevisiae, i omloppsbana runt solen. Instrumenten på den lilla satelliten BioSentinel ska under 18 månader mäta hur kosmisk strålning orsakar skador i jästcellernas DNA.

Genom sin roll i jäsning av bröd och drycker har jäst satt avtryck i människans historia och kultur som få andra organismer, men att NASA väljer just jästceller till sitt astrobiologiska experiment beror förstås inte på deras historiska meriter utan något annat: att jäst har blivit en av forskningens viktigaste modellorganismer.

Det går inte att i studiesyfte placera människor i omloppsbana för att de ska strålskadas, men med jäst går det utmärkt. Och när det gäller grundläggande cellbiologi är vi faktiskt rätt så lika, människa och svamp. Saccharomyces cerevisiae hör idag till de allra mest kartlagda organismerna i världen, och forskningen om den har genererat en hel radda Nobelpris.

För att förstå alzheimer och parkinson

– Jäst är en väldigt bra modell för eukaryota celler – alltså allt som har cellkärna, förklarar Katarina Vielfort, forskare vid Göteborgs universitet. Alla djur, gröna växter och svampar har cellkärna, men inte till exempel bakterier.

Själv har hon ägnat de senaste fyra åren åt att forska om cellens åldrande och proteinkvalitetskontroll – ett område som är relevant för bland annat förståelsen av sjukdomar som alzheimer, huntington och parkinson. Att använda jäst har stora fördelar jämfört med att göra experiment i odlade mänskliga celler.

– En viktig del är att försöken går mycket snabbare. Jästceller delar sig på 90 minuter; för en mänsklig cellinje som jag jobbat med tog det 24 timmar. Som encellig eukaryot är jästen också lättare att studera, men samtidigt tillräckligt komplex och lik våra celler för att upptäckterna ska vara relevanta.

Som forskningsmodell är jäst mångsidig, menar hon. Den kan användas för att studera grundläggande mekanismer i den friska cellen, och för att förstå bakgrunden till olika sjukdomar. Den används också mycket i farmakologiska studier och den kan manipuleras för att producera olika ämnen – som läkemedelssubstanser eller biodrivmedel.

Får inte ha det för varmt

De flesta av forskningens betydelsefulla modellorganismer har ett antal gemensamma karaktärsdrag och jäst är inget undantag. I likhet med exempelvis mus, bananfluga, zebrafisk och backtrav är den tålig, tar liten plats, har korta generationer, förökar sig rikligt och är enkel att sköta.

– Det är en enorm skillnad mot mänskliga cellodlingar som du behöver pyssla om hela tiden. Jäst är lättskött, även om man behöver hålla ett öga på temperaturen. Blir det till exempel för varmt i inkubatorrummet på sommaren får du problem – precis som om du blandar jästen i för varmt vatten när du ska baka.

I likhet med flera andra viktiga modellorganismer har jäst också ett behändigt litet DNA – bara 12 miljoner baspar och runt 6000 gener. 1996 blev Saccharomyces cerevisiae först bland alla eukaryoter att få hela sitt genom sekvenserat. Bara några enstaka organismer utan cellkärna, bland annat bakterien E. coli, hade sekvenserats innan dess.

Bibliotek med tusentals jäststammar i frysen

Idag är tekniken kraftfullare och modellorganismernas genomstorlek inte lika viktig. Nu ligger jästens enorma konkurrensfördel som forskningsmodell snarare i att den redan är så etablerad och studerad. Decennium efter decennium har kunskap ackumulerats, metoder etablerats och infrastrukturer skapats som dagens jästforskare kan dra nytta av.

– Jag kom in i jästforskningen efter att ha doktorerat inom ett annat område. Det var forskningsfrågorna som lockade, jag hade inga särskilda förväntningar om hur det skulle vara att använda just jäst som modell. Men vilken dröm det var att upptäcka den här världen!

Hon tar biblioteken med knockoutstammar som exempel – kompletta samlingar med tusentals jäststammar som var och en saknar en viss gen. Hela biblioteket får plats i en frys på labbet, och där håller sig cellerna i flera år. Ibland behöver forskarna bara ta fram en enstaka stam till ett experiment, ibland behövs hela biblioteket.

– Med hjälp av en robot kan vi göra storskaliga experiment där vi undersöker flera tusental stammar åt gången.

Stort motstånd mot att jäst skulle vara biologi

Jästsvampens historia i forskningen sträcker sig långt tillbaka – inledningsvis för att fermenteringsprocessen väckte vetenskapens nyfikenhet. Vad var det egentligen som hände i brödet, i ölkaret? Länge ansåg man att jäst och jäsning hörde kemin till, inte biologin. När nytänkare på 1830-talet hävdade att jästen var något levande, gissningsvis en svamp, mötte det hätska reaktioner från flera av dåtidens tyngsta internationella namn – däribland Berzelius. Denna vetenskapliga strid avgjordes definitivt först ett par decennier senare av Louis Pasteur som 1857 beskrev alkoholjäsning i större detalj och fastslog att jäst är en levande organism.

Successivt under 1900-talet blev jäst inte bara intressant i sig själv utan även som representant för alla eukaryota organismer. Mycket av det vi idag vet om hur cellen och dess organeller fungerar är kunskap som från början kommer från jäststudier. En rad Nobelpris har det också blivit, senast 2016 till Yoshinori Ohsumi för upptäckten av cellens återvinningssystem, dess autofagi. Dessförinnan har jäst fått ytterligare tre Nobelpris, lågt räknat, enbart under 2000-talet: 2001 gällde det cellcykelns grundläggande mekanismer, 2009 upptäckten av telomerer och telomeras, och 2013 ett viktigt cellulärt transportsystem, vesikeltrafik.

Mycket kvar att ta reda på

Kommer jästforskningen göra lika stora upptäckter i framtiden? Eller blir jäst mindre viktig som modell, i takt med att teknikutvecklingen öppnar nya möjligheter för forskning i mänskliga celler?

– Jag har funderat mycket på det. En viktig fördel med jäst är att det är så lätt att ändra i dess genom. Nu blir sådant enklare även i djurceller tack vare nya genverktyg som CRISPR. Ändå har jag svårt att tro att jäst skulle få en mer undanskymd roll. Jäst och mammalieceller kompletterar varandra. Det är enormt värdefullt att så mycket är kartlagt i jäst – och det finns samtidigt så mycket kvar att ta reda på, säger Katarina Vielfort.

Läs också de andra artiklarna i serien om forskningens hjältar: 
Flugan som gav Nobelpris – igen

Ogräs får forskningen att blomma

Text: Anders Nilsson