酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），又称面包酵母或者出芽酵母。酿酒酵母是与人类关系最广泛的一种酵母，用于制作面包和馒头等食品及酿酒。酿酒酵母的细胞为球形或者卵形，直径5-10μm。其繁殖的方法为出芽生殖。酿酒酵母与同为真核生物的动物和植物细胞具有很多相同的结构，又容易培养，酵母被用作研究真核生物的模式生物。酿酒酵母被认为是最具潜力的大规模生产菌种。
一、酿酒酵母的应用方向
酿酒酵母作为单细胞真核生物的代表，发酵工艺成熟，生物安全性高，主要用于燃料乙醇、白酒、葡萄酒、啤酒等的酿造生产中。酿酒酵母活菌、非活性成分及细胞组成成分也已广泛应用于畜牧养殖业和饲料工业。
1、在酿酒工业上的应用
酵母菌将葡萄糖、果糖、甘露糖等单糖吸入细胞内，在无氧的条件下，经过内酶的作用，把单糖分解为二氧化碳和乙醇，此作用即发酵。
酿酒酵母乙醇生成途径：葡萄糖是很容易利用的碳源，许多微生物都能够利用葡萄糖发酵生产乙醇。酵母菌在厌氧条件下进行葡萄糖乙醇发酵，发酵过程包括葡萄糖酵解和丙酮酸的无氧降解两大生化反应过程。该过程主要由两个阶段组成，第一阶段葡萄糖通过糖酵解途径分解成丙酮酸；第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被还原成乙醇。
2、在畜牧养殖业上的应用
活菌可以作为益生菌或发酵菌剂使用。酿酒酵母属于兼性厌氧菌，在进入动物胃肠道后，可以消耗胃肠道的氧气，造成厌氧环境，从而促进有益菌群的繁殖，改善动物消化道微生态平衡。体外试验研究表明，酿酒酵母还可以有效吸附肠道病原菌（鼠伤寒沙门氏菌）。布拉迪酵母是属于酵母属、酿酒酵母亚种的一种酵母，大部分酿酒酵母最适生长和代谢温度为30℃，而布拉迪酵母菌株具有天然耐热性，在37℃生长良好。目前布拉迪酵母已作为一种非毒性酵母菌，在欧洲、南美、非洲等地区广泛应用于腹泻治疗。 研究表明，布拉迪酵母菌株耐酸性能良好，pH 2条件下1h存活率达75%。布拉迪酵母可以分泌多胺物质（腐胺、精胺和亚精胺），促进动物肠道成熟，增强肠细胞对营养物质的吸收能力。在妊娠和泌乳日粮中添加布拉迪酵母，降低了母猪后肠微生物菌群大肠杆菌和产气荚膜梭菌总数。
酿酒酵母可以作为发酵菌剂使用，或与其他益生菌配伍，用于饲用原料的发酵处理，提升原料价值。如利用酿酒酵母固态发酵白酒糟生产蛋白饲料；利用酿酒酵母菌和植物乳杆菌混合发酵玉米加工副产物；通过酿酒酵母对玉米浆中亚硫酸盐进行无机硫的转化，降低其亚硫酸盐含量。采用酿酒酵母（4%）和米曲霉（0.5%）复合菌种发酵豆粕，发酵豆粕中的粗蛋白质和酸溶蛋白分别提高21.27%、695.97%。
3、在饲料工业上的应用
酿酒酵母非活性形式和细胞组分，可以作为酵母有机微量元素、功能性蛋白原料、免疫增强剂、霉菌毒素吸附剂、抑菌促生长剂使用。酿酒酵母通过对金属元素的细胞外富集、细胞表面吸附或络合、细胞内富集和转化，可以将金属无机形式转化为有机形式，已实现酵母铬、酵母硒、酵母铁、酵母锰、酵母铜的开发。作为有机微量元素，目前在畜牧养殖中应用最为广泛的是酵母硒。研究表明，与亚硒酸钠相比酵母硒能提高奶牛对养分的消化率以及受胎率，增强机体抗氧化能力，改善泌乳性能。与亚硒酸钠相比，在母猪饲料中添加酵母硒能显著提高仔猪初生窝重和个体重、断奶窝重和个体重，提高母猪乳汁、仔猪血液、肾脏、肝脏和肌肉中硒的存留量。摄食含酵母硒的饲料，明显降低了猪肉贮藏期间的硫代巴比妥酸值、肌肉的滴水损失。
酿酒酵母富含蛋白质、核酸、维生素、多糖等营养物质，且可以通过菌株筛选方式获得高营养成分的菌株，如高蛋白、高核酸酵母菌株的筛选。将酵母细胞自溶、酶解，可以获得酵母水解物。大量研究表明，酵母水解物作为一种功能性蛋白原料在饲料中使用，在诱食、促生长效果方面作用明显，具有替代血浆蛋白粉、鱼粉的潜力。
酵母细胞壁的特殊空间结构可以通过氢键、离子键和疏水作用力等对霉菌毒素 （如黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮）有效进行吸附。目前，酵母细胞壁广泛应用于饲用霉菌毒素吸附剂产品开发。其他研究也表明，通过酿酒酵母菌株筛选、制备及提取工艺的优化，可以获得酵母葡聚糖及其衍生物，对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等均有抑制作用。
欧盟饲料原料目录（EU）No 68/2013中规定，可以在饲料中使用的微生物、微生物发酵（副）产物、酿造生产副产物、生物燃料生产副产物，涉及的11种酵母中就包括酿酒酵母。在我国饲料原料目录（2013）和饲料添加剂目录（2013）中，对单细胞蛋白、微量元素、着色剂、多糖、微生物的5个类别，18种原料或添加剂所使用的酵母菌种进行了限定。目前由我国农业部批准，在饲料原料和添加剂中可以合法使用的酵母就有酿酒酵母。
4、在生物科研上的应用
因酿酒酵母与同为真核生物的动物和植物细胞具有很多相同的结构，又容易培养，酵母被用作研究真核生物的模式生物。自1996年以来，酿酒酵母作为真核模式生物已经完成了全基因组测序、转录组分析、蛋白质相互作用网络图以及代谢功能图谱等工作。在众多的模式生物中，对酿酒酵母的研究最为深入，且最为广泛地被运用到各个领域。作为模式生物的先驱，酿酒酵母的优势在以下两个方面的应用尤为突出。
（1） 酿酒酵母作为模式生物在外源基因功能鉴定中的应用
酿酒酵母基因组小，生命周期短，繁殖快速，再加上实验操作上更简易，具有简便的平板影印能力，非常适合遗传周期短，繁殖快速，再加上实验操作上更简易，具有简便的平板影印能力，非常适合遗传学上的分析研究。同时，酿酒酵母具有稳定的单倍体和二倍体细胞，在实验条件下，酿酒酵母的二倍体和单倍体这两种状态可以相互转换。在众多的模式生物中，这是酿酒酵母较为突出的优点，这在基因功能鉴定上的应用尤为重要。目前，酿酒酵母基因转化与性状互补已经被广泛地应用到确定新外源基因的功能中。理论上，与任何一种遗传学特征相对应的不同生物的结构基因都可以通过质粒文库的互补作用，而在酿酒酵母缺失突变体中得到鉴定。研究表明，利用整合型质粒（Yip 型），可以精确地对酿酒酵母基因组中的任意基因进行置换，并可以通过孢子繁殖中的四分体分析技术，有效地进行相关基因功能的观测和研究。另外，也可以将外源基因克隆于酿酒酵母表达载体上，转化野生型或突变型酵母菌株，通过观察醇母的表型变化来推测该基因的生物学功能。例如，科学家将玉米中可能编码脂肪酸脱氢酶的基因fad2导入野生型的酵母细胞中，利用基因表达技术，发现带有玉米基因的野生型酵母中出现了相应的不饱和脂肪酸，证明该基因具有编码脂肪酸脱氢酶的功能。
（2）酿酒酵母作为模式生物在人类基因功能研究中的应用
酿酒酵母作为单细胞真核生物，具有和动植物细胞相似的结构特征，包括细胞核，内质网，高尔基体，线粒体，过氧化物酶体，细胞骨架等，而且其细胞生长发育过程和动植物细胞也有很高的相似性，很多基因在酵母和动植物细胞中是高度保守的。而且，酵母细胞很容易进行生物化学和分子生物学操作，因此，酵母是基因功能研究中常用的模式生物。作为模式生物，酿酒酵母在人类基因功能研究上做出了很大的贡献，若一个未知功能的人类基因通过功能互补实验能够补偿酿酒酵母当中某一个已知功能的突变基因，那么，这个未知功能的人类基因与已知功能的酿酒酵母突变基因之间就具有相似的功能。例如，这个未知功能的人类基因与已知功能的酿酒酵母突变基因之间就具有相似的功能。例如，人类有3个基因与半乳糖血症有关，它们分别是CALT （UDP-半乳糖转移酶）、CALK2（半乳糖激酶）以及GALE （UDP-半乳糖异构酶），相对应的，它们分别能补偿酿酒酵母中相应的GAL7、GAL1、 GAL10这3个基因的突变。利用酿酒酵母这种模式生物与人类基因之间的功能互补实验，两者越来越多的相关基因在遗传学水平上被验证。现在已经发现71对酿酒酵母与人类的互补基因，其中20个基因与基础代谢有关，16个与基因表达有关，1个与蛋白质运输有关，7个与DNA的合成修复有关，7个与信号转导相关，17 个与细胞周期有关。实验表明，在人类的遗传疾病中能够检测到接近50%的蛋白质和酿酒酵母蛋白质在氨基酸序列上具有一定的相似性，所以，人们能够较为合理地推测大部分的酵母蛋白质可以在人的蛋白质组当中找到相应同源物。最终根据酿酒酵母蛋白质组成员之间在结构以及功能上的等同性对人类的蛋白质做出分析。
作为一种重要的模式生物，酿酒酵母可以帮助人们鉴定更多影响衰老的哺乳动物基因。由于酿酒酵母很容易进行遗传学操作和高通量筛选，它将继续作为研究人类衰老和相关疾病的理想模型。
5、在医药方面的应用
在医药上，因酵母富含含维生素B、蛋白质和多种酶，所以菌体制成成酵母片，用于治疗消化不良；还可从酵母菌中提取出用于生产核酸类衍生物、辅酶A.细胞色素C、谷胱甘肽和多种氨基酸的原料。
用于生产重组乙型肝炎疫苗（酿酒酵母）。该疫苗系由重组酿酒酵母表达的乙型肝炎（简称乙肝）病表面抗原（ HESAR）经纯化，加入铝佐剂制成。用于预防乙型肝炎。
中美科学家针对目前已经研究清楚的四种天然苯二酚内酯聚酮化合物（monocillin II、resorcylide、lasiodiplodin和curvularin）的模式生物合成途径，利用组合生物合成技术，通过聚酮合酶亚基重排和随机组合，在酿酒酵母中异源表达新型聚酮合酶，实现一系列“非天然的”的聚酮类化合物的一步合成，为新一代药物筛选提供新的候选化合物库。
6、其他
酿酒酵母较其他微生物，具有良好的食品安全性；具有低pH耐受性，有利于高效积累有机酸、降低下游提取纯化成本；具有高葡萄糖耐受性，为实现高密度发酵奠定基础。酿酒酵母被认为是二羧酸生产的潜在高效细胞工厂。
二、酿酒酵母的相关研究
1、单染色体酵母
2018年8月《自然》杂志在线发表了一篇论文，覃重军研究团队与合作者在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞，中国科学家独立创造了全新的自然界不存在的生命。
研究人员历经4年时间，通过15轮的染色体融合，最终成功创建了只有一条线型染色体的酿酒酵母菌株。经过代谢、生理、繁殖功能及染色体三维结构的鉴定，覃重军等人发现，虽然人工酵母的单条线型染色体三维结构发生了巨大变化，但这种酵母与天然酵母一样具有正常的细胞功能。
酿酒酵母菌是最简单的真核模式生物之一，具有16条染色体。中美两国的科学家都希望挑战最大限度的酵母菌染色体融合。最后，Boeke团队获得了具有2条染色体的酵母菌，而中国学者把全部16条染色体融合成了一条。
单染色体酵母的诞生，被认为是继上世纪60年代中国人工合成牛胰岛素和tRNA之后，中国在合成生物学领域的又一个重要贡献。
2、合成酵母
合成生物学家重建酿酒酵母的大型项目将于2020年完成。研究人员过去已成功地在许多简单的生物中完成遗传密码替代，如丝状支原体，但是要在酵母细胞中完成这项工作具有更大的挑战性，因为它们十分复杂。“合成酵母2.0”项目由四大洲的15个实验室合作展开。研究小组已经利用合成版本，替换了酿酒酵母16条染色体上的DNA。
他们还试着对基因组进行重组和编辑——或删除某些片段——以了解酿酒酵母如何演化以及如何应对突变。研究人员希望经过基因工程改造的酵母细胞能够带来更高效灵活的方式，来制造更多产品，比如生物燃料和药物等。
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