3个问题：丹尼尔·卢（Daniel Lew）关于我们可以从酵母细胞中学到什么

在初秋的傍晚喝啤酒，人们可能不会想到人类和酵母已经有着千丝万缕的联系;酿酒、烘焙和酿造都依赖于出芽的酵母。除了烘焙和发酵之外，研究人员还使用 被归类为真菌的酿酒酵母来研究细胞生物学的基本问题。

萌芽酵母因其繁殖方式而得名。子细胞首先形成为母细胞上肿胀、突出的生长。子细胞从母细胞越来越远，直到它作为一个独立的酵母细胞分离。

细胞如何决定正面和背面？细胞如何解码化学信号的浓度梯度以定向有用的方向，或感知和绕过物理障碍？生物学系的新教员丹尼尔“丹尼”卢使用 模型酵母酿酒酵母和具有不寻常细胞分裂模式的非模型酵母来探索这些问题。

问： 为什么研究酵母有用，你如何处理你希望回答的问题？

一个： 人类和酵母是共同祖先的后代，该祖先发展的一些分子机制已经存在了很长时间，以至于酵母和哺乳动物经常使用相同的机制。许多细胞发育前部并沿特定方向迁移或生长，就像我们神经系统中的轴突一样，使用与酵母细胞类似的分子机制，将生长定向到芽。

当我开始我的实验室时，我正在研究细胞周期控制，但我一直对形态发生和细胞生物学感兴趣，即细胞如何改变形状并决定用自己的不同部位做不同的事情。事实证明，这些机制在酵母和人类之间是保守的。

但是真菌和动物细胞有些事情非常不同。区别之一是细胞壁以及真菌细胞必须做什么来处理它们具有细胞壁的事实。

真菌通过膨胀压力膨胀，膨胀压力将其膜推到刚性细胞壁上。这意味着如果细胞壁上有任何孔，它们就会死亡，随着细胞重塑壁以生长，预计这种情况会经常发生。我们感兴趣的是了解当墙壁上出现任何弱点时真菌是如何感知的，并在这些弱点变得危险之前修复它们。

像大多数真菌一样，酵母细胞也通过与伴侣融合来交配。为了成功，他们必须做真菌生命周期中最危险的事情：在接触点去除细胞壁以允许融合。这意味着他们必须精确地确定拆除墙壁的地点和时间。我们很想知道他们如何知道拆除那里的墙壁是安全的，而不是其他地方。

我们采取跨学科的方法。我们过去曾使用遗传学、生物化学、细胞生物学和计算生物学来尝试解决问题。有一个自然的进展：当你对某事的工作原理一无所知时，观察和遗传方法往往是第一道攻击线。随着你了解更多，你需要生化方法，最终需要计算方法来准确理解你正在研究的机制。

我也热衷于指导，我喜欢与学员一起工作，让他们对让我着迷的相同问题着迷。我希望与喜欢解决基本问题的好奇学员一起工作。

问： 酵母如何决定以某种方式定位 – 例如，朝向交配伴侣？

一个： 我们仍在研究细胞如何分析周围环境以选择方向的问题。酵母细胞具有感知交配伴侣释放的信息素的受体。令人惊讶的是，这些细胞非常小，信息素是由附近的几个潜在合作伙伴释放的。这意味着酵母细胞必须解释信息素浓度的非常混乱的景观。目前尚不清楚他们如何设法准确地定位到单个合作伙伴。

这让我对相关问题产生了兴趣。假设细胞朝向不是交配伴侣的东西。细胞似乎认识到路上有障碍物，它可以改变方向绕过该障碍物。这就是真菌如何如此擅长长成看起来非常坚固的东西，比如木头，有些真菌甚至可以穿透凯夫拉背心。

如果他们认识到障碍物，他们必须改变方向并绕过它。如果它们识别出交配伴侣，它们必须坚持这个方向，让细胞壁退化。他们怎么知道自己遇到了障碍？他们怎么知道交配伴侣与障碍物不同？这些是我们想要了解的问题。

问： 在过去的几年里，你也一直在研究一种出芽酵母，它在繁殖时会形成多个芽，而不仅仅是一个芽。您是如何遇到它的，您希望探索哪些问题？

一个： 我花了几年时间试图弄清楚为什么大多数酵母产生一个芽而只有一个芽，我认为这与为什么迁移细胞只产生一个前沿的问题有关。我们对此有一个我们认为有说服力的答案，所以看到酵母完全不服从它并制造尽可能多的芽是一种震惊，这让我很感兴趣。

我们开始研究它，因为我的同事艾米·格拉德费尔特（Amy Gladfelter）对马萨诸塞州伍兹霍尔（Woods Hole）周围的水域进行了采样。当她在显微镜下看到这个标本时，她立即打电话给我说：“你必须看看这个。

我们非常感兴趣的一个问题是，如果细胞同时产生5个，7个或12个芽，它们如何以5种，7种或12种方式分配母细胞的物质和生长能力？看起来所有的芽都以相同的速度生长并达到大致相同的大小。我们的短期目标之一是检查所有的芽是否真的达到完全相同的大小，或者它们是否生来不平等。

我们感兴趣的不仅仅是增长率。细胞器呢？您是否给每个芽相同数量的线粒体、细胞核、过氧化物酶体和液泡？这个问题将不可避免地导致后续问题。如果每个芽都有相同数量的线粒体，细胞如何测量线粒体遗传来做到这一点？如果它们没有相同的数量，那么每个芽出生时都有不同的补体和细胞器比例。如果芽的细胞器数量非常不同，会发生什么？

据我们所知，每个芽至少有一个细胞核。细胞如何确保每个芽都有一个细胞核，这也是我们非常想了解的问题。

我们有候选分子，因为我们非常了解模型酵母如何将细胞核、细胞器和生长材料从母体输送到单个芽。我们可以突变候选基因，看看多芽酵母中是否涉及类似的分子途径，如果是，它们是如何工作的。

事实证明，这种非常规酵母尚未从基础细胞生物学的角度进行研究。另一件让我感兴趣的事情是，它是一个多极端爱好者。这种酵母可以在许多相当恶劣的条件下生存：它在南极洲，喷气发动机，各种植物，当然还有海洋中分离出来。与如此普遍的东西一起工作的一个好处是，我们已经知道它几乎在任何情况下对我们都没有毒性。我们无时无刻不在与它接触。如果我们对它的细胞生物学有足够的了解来开始操纵它，那么从人类健康到农业，有许多潜在的应用。