Čo je to prototrofia a aké sú jej aplikácie?



prototrofy sú to organizmy alebo bunky, ktoré sú schopné produkovať aminokyseliny, ktoré vyžadujú pre svoje životne dôležité procesy. Tento pojem sa vo všeobecnosti používa vo vzťahu ku konkrétnej látke. Je to opačný k pojmu auxotrofný.

Posledný termín sa používa na definovanie mikroorganizmu, ktorý je schopný rásť a množiť sa v kultivačnom médiu len vtedy, ak sa k nej pridala špecifická živina. V prípade prototrofu môže prežiť bez uvedenej substancie, pretože je schopný sám produkovať.

Napríklad organizmus alebo kmeň, ktorý nie je schopný rásť v neprítomnosti lyzínu, sa nazýva auxotrofný lyzín. Prototrofný lyzínový kmeň zase rastie a môže sa reprodukovať nezávisle od prítomnosti alebo neprítomnosti lyzínu v kultivačnom médiu.. 

V podstate auxotrofný kmeň stratil funkčnú metabolickú cestu, ktorá mu umožnila syntetizovať základnú látku, ktorá je nevyhnutná pre jej životne dôležité procesy..

Tento nedostatok je zvyčajne spôsobený mutáciou. Mutácia vytvára nulovú alelu, ktorá nemá biologickú schopnosť produkovať látku prítomnú v prototrofe.

index

  • 1 Aplikácie
    • 1.1 Biochémia
    • 1.2 auxotrofné markery
    • 1.3 Amesov test
    • 1.4 Ďalšie aplikácie testu Ames
  • 2 Referencie

aplikácie

biochémie

Auxotrofné genetické markery sa často používajú v molekulárnej genetike. Každý gén obsahuje informácie, ktoré kódujú proteín. To demonštrovali výskumníci George Beadle a Edward Tatum v práci, ktorá z nich urobila veriteľov Nobelovej ceny..

Táto špecificita génov umožňuje mapovanie biosyntetických alebo biochemických dráh. Mutácia génu vedie k mutácii proteínu. Týmto spôsobom je možné v auxotrofných kmeňoch baktérií, ktoré sú študované, stanoviť, ktoré enzýmy sú dysfunkčné v dôsledku mutácií..

Ďalšou metódou na stanovenie biosyntetických ciest je použitie auxotrofných kmeňov špecifických aminokyselín. V týchto prípadoch využívame potrebu takýchto aminokyselín kmeňmi na pridanie neprirodzených analógov proteínov v kultivačnom médiu..

Napríklad nahradenie fenylalanínu para-azido fenylalanínom v kultúrach kmeňov Escherichia coli auxotrofný pre fenylalanín.

Auxotrofické markery

Mutácie v génoch, ktoré kódujú enzýmy zapojené do ciest biosyntézy metabolických stavebných molekúl, sa používajú ako markery v prevažnej väčšine genetických experimentov s kvasinkami.

Nedostatok výživy spôsobený mutáciou (auxotrofiou) možno kompenzovať dodaním požadovanej živiny do rastového média..

Takáto kompenzácia však nie je nevyhnutne kvantitatívna, pretože mutácie ovplyvňujú rôzne fyziologické parametre a môžu pôsobiť synergicky.

Z tohto dôvodu sa uskutočnili štúdie na získanie prototrofných kmeňov s cieľom eliminovať auxotrofné markery a znížiť bias vo fyziologických a metabolických štúdiách..

Amesov test

Test podľa Amesa, tiež nazývaný test mutagenézy Salmonella, vyvinul Bruce N. Ames v sedemdesiatych rokoch, aby určil, či je chemická látka mutagén.

Je založený na princípe inverznej mutácie alebo neskoršej mutácie. Využíva viacnásobné kmene Salmonella typhimurium auxotrofný voči histidínu.

Sila chemickej látky spôsobujúca mutáciu sa meria jej aplikáciou na baktérie na platni obsahujúcej histidín. Baktérie sa následne premiestnia na novú platňu s nízkym histidínom.

Ak látka nie je mutagénna, baktérie nevykazujú rast v novom plaku. V inom prípade auxotrofné histidínové baktérie zmutujú späť na prototrofné kmene na histidín.

Porovnanie podielu rastu baktérií v doštičkách s liečbou a bez nej umožňuje kvantifikovať mutagénnu silu zlúčeniny na baktériách..

Tento možný mutagénny účinok v baktériách naznačuje možnosť, že spôsobí rovnaké účinky v iných organizmoch, vrátane ľudí.

Predpokladá sa, že zlúčenina, ktorá je schopná spôsobiť mutáciu v bakteriálnej DNA, môže byť tiež schopná produkovať mutácie, ktoré môžu spôsobiť rakovinu..

Ďalšie aplikácie Amesovho testu

Vývoj nových kmeňov

Na získanie nových bakteriálnych kmeňov sa použil Amesov test. Boli vyvinuté napríklad kmene s nedostatkom nitroreduktázy.

Tieto kmene sa používajú na štúdium metabolizmu xenobiotík a systémov na opravu DNA. Boli tiež užitočné na vyhodnotenie metabolických mechanizmov nitrogroups na produkciu aktívnych mutagénov, ako aj nitračných mechanizmov genotoxických zlúčenín..

Antimutagénesis

Amesov test bol tiež použitý ako nástroj na štúdium a klasifikáciu prírodných antimutagénov. Antimutagény sú zlúčeniny, ktoré môžu znížiť mutagénne poškodenie DNA, najmä zlepšením ich systémov opravy.

Týmto spôsobom sa takéto zlúčeniny vyhnú počiatočným krokom vývoja rakoviny. Od začiatku 80. rokov (v dvadsiatom storočí) Ames a kolegovia uskutočnili štúdie na vyhodnotenie zníženia genotoxínov a rizík rakoviny prostredníctvom stravy bohatej na antimutagény..

Zistili, že populácie, ktoré mali diétu s vysokými hladinami antimutagénov, mali menšie riziko vzniku gastroenterického karcinómu.

Amesov test bol široko používaný na štúdium niekoľkých rastlinných extraktov, o ktorých je známe, že znižujú mutagenicitu. Tieto štúdie tiež ukázali, že zložky rastlín nie sú vždy bezpečné. Ukázalo sa, že mnohé jedlé rastliny majú genotoxické účinky.

Amesov test sa tiež ukázal ako užitočný pri detekcii toxických alebo antimutagénnych účinkov prírodných zlúčenín, ktoré sa často používajú v alternatívnej medicíne..

Štúdie genotoxického metabolizmu

Jednou zo slabých stránok Amesovho testu bola nedostatočná metabolická aktivácia genotoxických zlúčenín. Tento problém bol však vyriešený pridaním pečeňových homogenátov indukovaných CYP pripravených z hlodavcov.

CYP je hemoproteín spojený s metabolizmom rôznych látok. Táto modifikácia pridala nové schopnosti do Amesovho testu. Vyhodnotilo sa napríklad niekoľko induktorov CYP, čo ukázalo, že tieto enzýmy sú indukované rôznymi typmi zlúčenín.

Hodnotenie mutagénov v biologických tekutinách

Tieto testy používajú vzorky moču, plazmy a séra. Môžu byť užitočné pri hodnotení tvorby N-nitrózozlúčenín in vivo z aminokyselín.

Môžu byť tiež užitočné v epidemiologických štúdiách ľudských populácií vystavených mutagénom z povolania, fajčeniu a vystaveniu účinkom znečisťujúcich látok v životnom prostredí..

Tieto testy napríklad ukázali, že pracovníci vystavení odpadovým produktom majú vyššie hladiny mutagénov v moči ako tí, ktorí pracovali v zariadeniach na úpravu vody..

Slúži tiež na preukázanie, že používanie rukavíc znižuje koncentrácie mutagénov v zlievarňach vystavených aromatickým polycyklickým zlúčeninám.

Štúdie mutagénov v moči sú tiež cenným nástrojom antimutagénneho hodnotenia, pretože napríklad pri tomto teste sa dokázalo, že podávanie vitamínu C inhibuje tvorbu N-nitrózozlúčenín..

To tiež slúžilo na preukázanie, že spotreba zeleného čaju na mesiac znižuje koncentráciu močových mutagénov.

referencie

  1. B.N. Ames, J. McCann, E. Yamasaki (1975). Metódy na detekciu karcinogénov a mutagénov pri teste mutagénnosti salmonely / cicavcov a mikrozómov. Mutačný výskum / environmentálna mutagenéza a súvisiace subjekty.
  2. B. Arriaga-Alba, R. Montero-Montoya, J.J. Espinosa (2012). Amesov test v dvadsiatom prvom storočí. Výskum a recenzie: Journal of Toxicology.
  3. Auxotrofie. Vo Wikipédii. Zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/Auxotrophy.
  4. S. Benner (2001). Encyklopédia genetiky. Akademická tlač.
  5. F. Fröhlich, R. Christiano, T.C. Walther (2013). Natívne SILAC: Metabolické značenie proteínov v prototrofných mikroorganizmoch na základe regulácie syntézy lyzínu. Molekulová a bunková proteomika.
  6. M. Mülleder, F. Capuano, P. Pir, S. Christen, U. Sauer, S.G. Oliver, M. Ralser (2012). Prototrofný deléčný mutantný súbor pre kvasinkové metabolomické a biológické systémy. Nature Biotechnology.