La aparición de la levadura como organismo modelo transformó los descubrimientos científicos en biología celular, genética y otros campos
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Laura Tran, PhD
the-scientist.com/7 de junio de 2026
La levadura es un organismo modelo fundamental que ha permitido a los investigadores descubrir información valiosa sobre la división celular, el cáncer, el desarrollo de fármacos y mucho más.
Durante milenios, la levadura ha ocupado un lugar destacado en la historia, transformando la harina en pan , las uvas en vino y el grano en cerveza. Pero la levadura es mucho más que un ingrediente básico para una buena comida. Nos ofrece una perspectiva de las cuestiones fundamentales sobre el funcionamiento interno de las células y de algo mucho más grande que ella misma: la biología humana.
En la segunda mitad del siglo XX , los investigadores recurrían a sistemas de mamíferos, incluyendo células de ratón y humanas, como representantes de eucariotas superiores. La levadura aún no se había convertido en un organismo modelo ampliamente reconocido para el estudio de procesos biológicos fundamentales.
Sin embargo, un investigador comenzó a cuestionar este enfoque. En 1964, Leland Hartwell era becario postdoctoral en el grupo del virólogo Renato Dulbecco en el Instituto Salk, donde trabajaba con células de mamíferos infectadas con el virus del polioma para estudiar cómo la infección influía en el crecimiento celular e inducía la síntesis de ADN. No obstante, Hartwell comentó: «Sentía que no iba a llegar a ninguna parte con las células humanas… Simplemente no existían las tecnologías que nos permitieran plantearnos preguntas fundamentales».
Hartwell finalmente dejó el Instituto Salk para incorporarse a la Universidad de California, Irvine, donde había recibido una beca para estudiar el control de la síntesis de ADN celular. Decidido a adoptar un enfoque diferente, optó por no seguir trabajando con células de mamíferos. «Pasé mucho tiempo en la biblioteca buscando un organismo eucariota con genética [fácil], porque me impresionaba el éxito que se había logrado al estudiar la regulación genética en bacterias y la reproducción de virus bacterianos mediante la genética». Su búsqueda lo llevó finalmente a la levadura.
El auge genético de la levadura en ciernes en los laboratorios
Las bases para el estudio de la levadura como modelo genético se sentaron décadas antes, entre las décadas de 1930 y 1950. Investigadores de diferentes continentes trabajaron de forma independiente para estudiar a fondo la Saccharomyces cerevisiae , comúnmente conocida como levadura de panadería. En el Laboratorio Carlsberg de Copenhague, el biólogo Øjvind Winge lideró los primeros esfuerzos para estudiar la levadura mediante experimentos de cruzamiento —genética clásica—, motivados inicialmente por el objetivo de combinar rasgos deseables en cepas cerveceras . <sup>1</sup>
Casi al mismo tiempo, los genetistas Carl y Gertrude Lindegren, de la Universidad del Sur de Illinois, llevaron a cabo estudios de cruzamiento paralelos, aportando información clave sobre la biología de la levadura, incluyendo su reproducción, los tipos de apareamiento y el mapa genético inicial de sus cromosomas. 2-4
Partiendo de esta base, Hartwell buscó la orientación de expertos en el campo: los genetistas Robert Mortimer, de la Universidad de California en Berkeley, y Herschel Roman, de la Universidad de Washington, para trabajar con levaduras. Roman le proporcionó cepas de levadura y le prestó un micromanipulador, una herramienta esencial pero técnicamente compleja que se utiliza para separar las esporas de levadura y permitir que cada una crezca hasta formar una colonia.
“[La levadura] es un organismo maravilloso para hacer genética.”
—Leland Hartwell, Universidad Estatal de Arizona
A partir de ahí, Hartwell comenzó a estudiar la genética de la división celular y la síntesis de ADN en 1965. Tres años más tarde, Roman invitó a Hartwell a trasladar su laboratorio a la Universidad de Washington; él aceptó con entusiasmo, con la esperanza de que el entorno de la genética clásica le ayudara a estudiar mejor la división celular, especialmente porque era nuevo en el trabajo con levadura en gemación.
“Lo más difícil fue encontrar levaduras con defectos específicos en el proceso de división celular”, recordó Hartwell. Las células de levadura en gemación crecen formando una pequeña yema en su superficie que se agranda a lo largo del ciclo celular. En muchas mutaciones de división celular, este proceso se interrumpe. Hartwell explicó: “Cuando no pueden dividirse, se acumulan sincrónicamente”.
Hartwell, Nurse y el bioquímico Tim Hunt recibieron el Premio Nobel en 2001 por sus descubrimientos de reguladores clave del ciclo celular.
Theresa Naujack
Así pues, a medida que Hartwell y sus colegas aislaban mutantes sensibles a la temperatura, se interesaron mucho en fotografiar células a 37 °C, que es la temperatura limitante para la levadura, mientras se dividían. «Construí un sistema de fotomicroscopía donde las células podían incubarse y yo podía fotografiarlas al mismo tiempo».
Le asignó esta tarea a su alumno Brian Reid , y pronto se dieron cuenta de que este método les permitía visualizar defectos e identificar mutantes de la división celular. Ahora podían determinar en qué momento del ciclo celular se producía el defecto: las células expuestas a la temperatura restrictiva antes de un evento crítico se detenían en el primer ciclo, mientras que las expuestas después completaban ese ciclo y se detenían en el siguiente.
“La fotomicroscopía fue el gran avance que nos permitió encontrar mutantes de división celular”, dijo Hartwell. Estas observaciones permitieron al equipo describir los primeros mutantes de control de división celular ( cdc ), cdc1, cdc2 y cdc3 , en la levadura en gemación. 6 A partir de entonces, Hartwell llamó al siguiente período de descubrimiento “una mina de oro”, ya que el grupo siguió encontrando y caracterizando mutantes cdc , más de 100. 7 Uno de los genes clave identificados fue CDC28 , un regulador crítico del gen “start” G1 que controlaba el inicio del ciclo celular, donde la levadura decidía si aparearse o dividirse. Estos avances en la comprensión del control y funcionamiento del ciclo celular eucariota despertaron el interés de los pocos que vieron utilidad en el estudio de la levadura.
Presentamos la levadura de fisión, pariente de la levadura de gemación
En aquel entonces, Paul Nurse era estudiante de doctorado en la Universidad de East Anglia, donde estudiaba el metabolismo de los aminoácidos en el hongo Candida utilis . Durante este tiempo, tuvo dificultades con un prototipo de analizador de aminoácidos que presentaba problemas, intentando por todos los medios mantenerlo en funcionamiento. Mientras vigilaba el dispositivo, leía diversos artículos, incluidos los dos trabajos de Hartwell de 1970 y 1973 que describían mutantes cdc . Nurse ya estaba interesado en estudiar cdc , pero comentó: «No estaba del todo seguro de que la levadura en ciernes fuera un buen modelo para este problema en particular».
Cuando terminó sus estudios de posgrado en 1973, dejó atrás el analizador de aminoácidos y se centró en el estudio de levaduras. En lugar de levaduras de gemación como S. cerevisiae , decidió trabajar con la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe . Esta elección se debió principalmente a la forma en que S. pombe se divide en el centro de la célula, un proceso mucho más típico de otras células eucariotas . «Decidí seguir el proceso y el método de Hartwell y aislé mutantes de levadura de fisión con defectos en el ciclo celular».
“Una de las ventajas de la levadura es que permite realizar trabajos increíblemente precisos y comprobar hipótesis con mucho cuidado. Por lo tanto, para cualquier fenómeno complejo, la levadura es excelente.”
—Paul Nurse, Instituto Francis Crick
Pero antes, Nurse tuvo que aprender la genética de la levadura de fisión, así que pasó unos meses en Suiza con el genetista Urs Leupold en la Universidad de Berna. Después, se trasladó a Escocia como investigador postdoctoral con el zoólogo Murdoch Mitchison en la Universidad de Edimburgo, quien trabajaba en el ciclo celular de la levadura de fisión. «Así que, por así decirlo, fui un nexo entre esos dos campos y apliqué la genética a la levadura de fisión a partir de 1973».
Debido a que S. pombe se dividía por la mitad, Nurse no podía buscar mutantes cdc basándose en el tamaño de la yema. En cambio, identificó mutantes sensibles a la temperatura que no podían dividirse y se alargaban. Estos primeros estudios definieron más genes cdc necesarios para la fase S, la mitosis y la división celular. 8,9 Luego, Nurse quiso saber si alguno de estos genes participaba en el control del ciclo en sí, en lugar de ser simplemente una pieza de la maquinaria celular necesaria para llevar a cabo pasos individuales dentro de la división celular.
Comentó que el enfoque de la citogenetista Barbara McClintock , que consistía en desarrollar una "intuición para el organismo", era algo que él mismo había experimentado al pasar gran parte de su tiempo examinando levaduras al microscopio. Podía discernir si las levaduras estaban sanas o enfermas, pero también buscaba principalmente células alargadas con un ciclo celular alterado. Sin embargo, en una observación fortuita, descubrió lo contrario: las células de levadura eran más pequeñas. Estas células no detenían su ciclo celular, sino que se dividían prematuramente antes de alcanzar su tamaño normal.
“Me tomó unos 15 segundos darme cuenta de que [esta observación] era importante. Pero nunca lo había pensado. Eso realmente abrió nuevas vías para comprender el control del ciclo celular, porque resultó que el gen cdc2 , que se podía mutar, producía un fenotipo mutante wee”. Este fenotipo mutante wee recibió su nombre por su tamaño y fue descubierto en Escocia. Wee1 era un inhibidor negativo que regulaba el tamaño celular y el momento de la división.
Las levaduras, ya sean la Saccharomyces cerevisiae que se reproduce por gemación o la Saccharomyces pombe que se reproduce por fisión , han ayudado a los investigadores a responder preguntas biológicas fundamentales. © iStock.com , ilbusca
Hacia esta época, en la década de 1980, la tecnología del ADN estuvo disponible y muchos investigadores, entre ellos Nurse, pasaron de la genética clásica a la genética molecular para estudiar mejor estos genes.
En busca de un homólogo de CDC28 en S. pombe , Nurse tomó una biblioteca de levadura de gemación, la introdujo en un mutante termosensible cdc2 de levadura de fisión y clonó una secuencia de ADN de la levadura de gemación. Tras una investigación más exhaustiva, su equipo determinó que cdc2 en la levadura de fisión era el homólogo de CDC28 en la levadura de gemación; era necesario para la fase G1 y la mitosis. 11,12
Si bien estos hallazgos en levaduras lo entusiasmaron, Nurse quería buscar el homólogo humano de este gen. La idea parecía descabellada, ya que las levaduras y los humanos probablemente divergieron hace unos 1.500 millones de años. «Obviamente, la mayoría de la gente pensó que estábamos locos, y probablemente lo estábamos», dijo Nurse, quien en ese momento trabajaba en el Imperial Cancer Research Fund. Sin desanimarse, Nurse y su equipo utilizaron una biblioteca de ADNc humano e insertaron todo el catálogo en S. pombe con un gen cdc2 defectuoso . Nurse lo describió como «el experimento más sucio que se pueda imaginar», porque no estaba seguro de que fuera a funcionar, pero funcionó. Observaron que un gen humano funcionaba de manera similar al cdc2 de la levadura , rescatándolo y restaurando su función: ¿Podría ser este el homólogo humano que buscaban?
Les llevó algunos meses más confirmar el resultado mediante la secuenciación de Sanger. Cuando el ordenador imprimió los resultados en la cinta de noticias, Nurse no podía creer lo que veían sus ojos. Los hallazgos revelaron que las proteínas humanas y de levadura eran idénticas en más del 60 por ciento. Debido a estas similitudes, era probable que los mecanismos que controlan el ciclo celular se conservaran en los eucariotas. Habían encontrado el homólogo humano: la quinasa dependiente de ciclina 1 ( CDK1 ). 13
“Una de las ventajas de la levadura es que permite realizar trabajos increíblemente precisos y poner a prueba una hipótesis con gran rigor. Por lo tanto, para cualquier fenómeno complejo, la levadura es excelente”, afirmó Nurse, actualmente en el Instituto Francis Crick. “[La levadura] es un organismo magnífico para la genética”, añadió Hartwell, ahora en la Universidad Estatal de Arizona.
La belleza de la levadura también acabó captando la atención del neurobiólogo Jasper Rine , por entonces estudiante de posgrado en la Universidad de Oregón, quien inicialmente se centraba en la investigación con peces cebra. Pero no pudo resistir el encanto de la levadura, que se manifestaba en forma de una gran cantidad de animadas conversaciones que se filtraban por las rejillas de ventilación de la habitación contigua.
Rine ya había encontrado levadura como contaminante en sus cultivos neuronales y la había descartado, pensando: «Es una pena que no tengan nada de especial. Son mucho más fáciles de cultivar que las neuronas». Pero para su sorpresa, el laboratorio vecino de Ira Herskowitz estaba estudiando la genética de la levadura.
Intrigado por el uso de la levadura para responder preguntas fundamentales de biología, cambió el pez cebra por levadura en gemación y trabajó junto a Herskowitz para estudiar el mecanismo de cambio de tipo celular durante el apareamiento de la levadura. Juntos, descubrieron la familia de genes conservada responsable del silenciamiento del tipo de apareamiento, a la que denominaron regulador de la información silenciosa ( SIR ).¹⁴ Los humanos poseen una familia de genes similar conocida como sirtuinas ( SIRT1-7 ) , que posteriormente se descubrió que participa en procesos como el metabolismo y el envejecimiento.¹⁵
Rine se integró a la creciente comunidad de investigación sobre levaduras, cuyo trabajo y esfuerzos colectivos animaron a los científicos a utilizar la levadura para estudiar otros problemas de la biología celular. "Era como una gran aventura, con posibilidades ilimitadas", dijo Rine.
Secuenciando la frontera de la levadura y respondiendo a preguntas biológicas modernas
La facilidad de manipulación genética de la levadura la convirtió en un objetivo atractivo para la secuenciación, especialmente con el auge de la secuenciación automatizada y más rápida. En la década de 1990, un consorcio de científicos se reunió y comenzó a secuenciar una serie de organismos modelo, incluyendo S. cerevisiae en 1996 y S. pombe en 2002. <sup> 16</sup> S. cerevisiae contenía unos 6000 genes en 16 cromosomas.<sup> 17</sup> Este hito marcó una expansión drástica con respecto al estudio de tan solo un puñado de genes individuales en las décadas anteriores. Posteriormente, estudios adicionales revelaron que las secuencias de aminoácidos de la levadura y los humanos se superponían en aproximadamente un 32 %, y que aproximadamente la mitad de los genes esenciales de la levadura podían ser reemplazados por sus homólogos humanos.<sup> 18,19</sup>
El establecimiento de la levadura como modelo de investigación
Desde la gemación hasta la fisión, la levadura demuestra que incluso los organismos más simples pueden enseñar a los investigadores grandes lecciones sobre la vida.
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A) ¿Qué características debe tener un buen organismo modelo?
Los investigadores prefieren organismos modelo que sean fáciles de cultivar y mantener, tengan ciclos de vida rápidos, posean genomas simples, sean fácilmente modificables genéticamente y compartan numerosos genes con los humanos. 16,18
¿Qué tipos de levadura se utilizan como modelos?
B) Levadura de gemación ( Saccharomyces cerevisiae )
La levadura de gemación se reproduce formando una pequeña célula hija, o "yema", a partir de la célula madre. A pesar de su diminuto tamaño, posee un genoma compacto y fácilmente manipulable, lo que la convierte en un sistema ideal para estudiar la genética, la división celular y el envejecimiento. 6,7
C) Levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe )
La levadura de fisión se alarga y se divide por la mitad, de forma muy similar a como se dividen las células humanas. Es un sistema útil para comprender el control del ciclo celular y las respuestas celulares al daño del ADN y al proceso de replicación del ADN. 10,13
D) ¿Qué ha enseñado la levadura a los investigadores?
A pesar de las dudas iniciales sobre la levadura, los investigadores trabajaron diligentemente para demostrar su potencial, y la levadura se consolidó como organismo modelo. La investigación con levadura ha ayudado a los científicos a comprender el funcionamiento de las células y ha impulsado avances en medicina, biotecnología y biología sintética.
Con vínculos claros entre la levadura y el control del ciclo celular humano, las implicaciones de estos descubrimientos trascendieron la biología básica. Los mismos genes que regulaban la división celular en la levadura estaban estrechamente relacionados con los que controlan la división en las células humanas. Rine, ahora profesor emérito de la Universidad de California, Berkeley, comentó que, al estudiar la levadura y el ciclo celular, «desde el principio fue evidente que aportaría valiosas lecciones para la investigación del cáncer».
Además, la levadura se ha convertido en una poderosa plataforma para el descubrimiento biomédico. Su rápido crecimiento y facilidad de manipulación genética permitieron enfoques de cribado de alto rendimiento en etapas tempranas , lo que permitió a los científicos modelar mutaciones asociadas a enfermedades e identificar compuestos capaces de restaurar la función celular normal; experimentos que serían mucho más complejos en organismos superiores. Asimismo, los investigadores modificaron genéticamente la levadura para el desarrollo de fármacos y recientemente completaron un proyecto de décadas para construir un genoma de levadura sintético que sirviera como plataforma para una mayor innovación biotecnológica. 20,21
Hoy en día, la levadura sigue siendo una herramienta fundamental para los biólogos, ampliando su utilidad desde la comprensión de la biología fundamental hasta áreas como el descubrimiento de fármacos, la genómica funcional y la biología sintética. Como la pequeña locomotora que lo logró, la levadura superó el escepticismo inicial, demostrando que incluso los organismos más pequeños pueden tener un impacto enorme.
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Referencias
levadura en gemación , Biología Celular y Molecular , ciclo celular , división celular , Genética , Premio Nobel , levadura
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Laura Tran es editora asociada de contenido y boletines informativos en The Scientist. Tiene formación en microbiología. Laura obtuvo su doctorado en ciencias biomédicas integradas en la Universidad Rush, donde investigó cómo los ritmos circadianos y el alcohol afectan al intestino. Durante sus estudios, escribió para el Consejo de Ciencia y Tecnología de Chicago y participó en ComSciCon Chicago en 2022. En 2023, Laura se convirtió en becaria de comunicación científica en OMSI, continuando así su pasión por la divulgación científica accesible.
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